Capteur de pression conception

Mesure du diaphragme et de l’élément capteur

Le diaphragme de mesure et l’élément capteur forment le cœur de chaque capteur de pression. Les mesure du diaphragme est en contact direct avec le milieu à mesureret se déforme de façon minime mais mesurable lorsque la pression change. Cette déformation est transférée à l’élément de capteur derrière lui, qui convertitdes impulsion mécanique dans un signal électrique. Ce signal est proportionnel à la pression appliquée et sert de base à un traitement ultérieur. Selon le type de capteur, le diaphragme et l’élément de capteur sont faits de différents matériaux et technologies conçus pour la détection précise des changements de pression. Le mode de fonctionnement peut être divisé en trois étapes:

• Premièrement, détection de pression par déformation du diaphragme
• Deuxième, la conversion physique en variable mesurable – par exemple en modifiant la résistance, la capacité, l’inductance ou les effets piézo.
• Troisième, la transmission du signal à l’unité de mesure ou de contrôle en aval.

Raccordement à pression

Les raccord sous pressionest une interface essentielle dans un Capteur de pression. Sa tâche principale est de veiller à ce que pressionà mesurer entre de façon fiable dans le boîtier du capteuret peut agir sur élément de mesure. Le raccordement à la pression permet donc de mesurer la pression réelle.

Les fonctions essentielles de la connexion sous pression comprennent: transmission sous pression, qui garantit que le milieu (par exemple air, eau, pétrole, gaz) atteint le capteur pour enregistrer la valeur de pression du courant. En outre, étanchéité et protection sontd’importance cruciale pour prévenir les fuites et protéger le capteur des dommages causés par le milieu. Les matériaux et les joints de la connexion sont spécialement adaptés aux applications respectives. Pour assurer une connexion sécurisée au système, différents types de fils(par exemple G1/4, TNP, M20x1.5) ou raccords à bridesqui sont utilisés selon l’application.

Un autre aspect important est distribution de pression et stabilité, car la connexion assure une distribution de pression uniforme sur le diaphragme de mesure ou l’élément capteur afin d’obtenir des résultats de mesure précis. La connexion sous pression fournit également protection contre les influences environnementalesen protégeant le capteur des influences externes telles que la saleté, l’humidité ou les produits chimiques agressifs.

Convertisseur de signaux

Les convertisseur de signaljoue un rôle décisif dans le conception d’un capteur de pressionen assumant la tâche conversiondes signal physique (pression) généré par le élément de mesuredans un signal électrique, qui peut ensuite être traité ou affiché. La fonction principale està convertir le signal de pressiondans une quantité électrique proportionnelle telle que

• La tension,
• Actuellement,
• Résistance ou
• Fréquence.

Il peut également être utilisé pour filtrage et suppression du bruitafin de minimiser l’interférence ou les fluctuations du signal. Un autre aspect important est linéarisationde certains capteurs dont les caractéristiques ne sont pas linéaires. Dans de tels cas, le convertisseur de signal ajuste le signal de sortie afin d’établir une relation linéaire entre la pression et le signal de sortie électrique. Enfin, le signal de sortieest souvent normalisé dans des formats normalisés tels que 4-20 mA ou 0-10 Vou en interfaces numériques telles que I2C ou SPIfaciliter l’intégration dans divers systèmes industriels. Selon les exigences de l’application industrielle, convertisseurs de signaux analogiques ou numériquessont utilisés.

Traitement et étalonnage des signaux

Traitement des signauxdans une Capteur de pressiona la tâche centrale de traiter les signal brutprovenant de l’élément capteurd’une manière telle que valeur mesurée précise, stable et évaluableest produite. Ce processus comporte plusieurs étapes clés. Premièrement, le signal est converti et amplifié, car le signal initial est souvent très faible et doit être augmenté. Un autre aspect important est compensation de température, car les capteurs de pression sont sensibles à la température. Ici, les fluctuations de température sont détectées par un capteur supplémentaire et les erreurs sont corrigées électroniquement à l’aide d’algorithmes.

Si le signal doit être traité numériquement, conversion analogique-numérique (ADC) est effectuée. Pour accroître encore la précision des mesures, filtrage et suppression du bruitsont utilisés pour éviter le bruit ou les interférences à haute fréquence.

Étalonnageest une autre étape cruciale pour compenser les tolérances de fabrication du capteur de pressionet à correctdes erreurs telles que dérive ou hystérésis offset. Enfin, Le signal traité est fourni dans un format prédéfini.

Signal de sortie & interface

Les signal de sortieet les interfaced’une Capteur de pressiondéfinir comment les valeurs de pression mesurées sont transmises aux systèmes en aval pour un traitement ultérieur. Les signal de sortieelle-même fournit valeur de pression mesurée sous forme de signal électrique. Ce signal est utilisé pour fournir des contrôleurs, des écrans ou d’autres systèmes de mesure avec les informations nécessaires. Selon l’application, le signal de sortie peut analogique ou numérique:

• Signaux de sortie analogiquesinclure 0-10 V, une sortie de tension qui peut être plus sensible aux interférences et mieux adaptée aux courtes distances, et 4-20 m A, une sortie de courant moins sensible au brouillage et idéale pour les câbles plus longs.
• Signaux de sortie numériquesutiliser divers Protocoles de communicationtels que I2C et SPI, qui sont souvent utilisés pour se connecter aux microcontrôleurs ou aux systèmes embarqués. Protocoles tels que Modbus et CAN bussont utilisés pour les systèmes de bus de terrain industriels pour la transmission de données.

Protection & composants supplémentaires

Éléments de protection et composants supplémentairesjouer un rôle important dans conception d’un capteur de pressionpour assurer la fonctionnalité, la durabilité et la précision des mesuresdans diverses conditions d’exploitation. Composants de protectionsont utilisés pour protéger le capteur des dommages potentiels causés par des influences mécaniques, électriques ou thermiques. Protection mécaniquecomprend, par exemple, membrane protectricequi protège les élément de mesuredu contact direct avec le milieu mesuré et prévient ainsi la contamination ou les réactions chimiques.

Les logementet scellésassurer un robuste et souvent conception résistante à l’eau ou à la corrosion. Protection contre les chocs et les vibrationspeuvent également être intégrés pour absorber les chocs qui pourraient autrement conduire à des écarts de mesure ou des dommages. Dans le domaine protection électrique, composants tels que Protection contre les surtensions, qui empêche les dommages causés par les pics de tension soudaine, Protection CEM(compatibilité électromagnétique) pour réduire l’interférence des champs externes et protection contre la polarité inverseprotéger contre les connexions électriques incorrectes est important. Protection thermiquecomprend compensation de température, qui corrige les écarts de mesure dus aux fluctuations de température, ainsi que Protection contre la surchauffeprotéger contre les températures excessives dans le capteur. Outre ces fonctions de protection, composants supplémentairespeut étendre les performances et la fonctionnalité du capteur de pression.

Quels sont les compositeurs critiques d’un capteur de pression ?

Parmi les différents composants d’un capteur de pression, certains sont notamment critiquesà sa fonction et à sa performance. Ces composants essentiels peuvent être divisés en composants mécaniques et électriques.

1. composants mécaniques:

• Mesure du diaphragme (cellule de mesure): C’est la coeur du capteur, comme il est directement détectedes pressionà mesurer et à convertir en une variable électrique.
• Logement: Le logement protège les composants internesd’influences extérieures telles que stress mécanique, humidité et produits chimiques. Les matériauxutilisé comprennent l’acier inoxydable, l’aluminium et le plastique.
• Sceaux: Ils assurent joint résistant à la pressionentre le capteur et le milieu de traitement et ainsi éviter les fuites.

2. composants électriques:

• Circuit de pont (pont de pierre): Ce circuit est souvent utilisé dans Capteurs de pression piézorésistifspour convertir les changements de résistance en une tension mesurable.
• Compensation de température: Comme les capteurs de pression sont sensibles à la température, il est essentiel de écarts de mesure correctsen raison des fluctuations de température. Cela peut être fait en utilisant capteurs thermiques ou algorithmes spéciaux.
• Amplificateur de signal: Les signaux générés par l’élément capteur sont souvent très faibles et doivent être amplifiéréduire le bruit et les interférences extérieures et permettre un traitement ultérieur précis.

Ces composantes sont cruciales pour fiabilité et précisiond’un capteur de pression. Une défaillance ou un dysfonctionnement d’un de ces composants critiques peut affecter l’ensemble de la mesure.