Capteurs de pression piézorésistifs

Mais pourquoi choisir cette technologie ?

Dans ce qui suit, nous vous expliquerons comment ils fonctionnent et vous montrerons les avantages par rapport aux autres capteurs de pression pour faciliter le choix du bon capteur.

L’effet piézorésistif

Les effet piézorésistifdécrit comment résistance électrique d’un matériau change sous contrainte mécanique. En termes simples, la résistance du matériau change lorsqu’il est soumis à la pression ou à la tension. Percy W. Bridgman a découvert cet effet dans les années 1920.

L’effet est le suivant :

  • Phase 1: Au début, déformation mécaniquese produit lorsqu’une force extérieure (tension ou pression) agit sur le matériau. Ceci compresse ou étire la structure cristalline du matériau.
  • Phase 2: Dans les matériaux semi-conducteurs comme le silicium, la déformation change distance entre les atomes. Cela a un effet sur mobilité et nombre de transporteurs payantsdans le matériau.
  • Phase 3: Enfin, le changement de densité du transporteur de charge conduit à changement dans la résistance électriquedu matériel. Selon la façon dont le matériau est déformé, la résistance peut soit augmenter, soit diminuer.

Cet effet est utilisé dans les capteurs de pression pour convertir les changements de pression en signaux électriques.

Fonctionnalité des capteurs de pression piézorésistifs

Piézorésistive Capteurs de pressionutiliser l’effet décrit ci-dessus pour convertir la pression en un signal électrique mesurable. L’élément central est souvent puce en silicium avec résistances intégrées. Grâce à sa conception compacte, la technologie est également adaptée pour la construction de très peu d’espace Capteurs de pression miniatures.

Composants et mode de fonctionnement:

    1. Absorption de la pression : La pression à mesurer agit sur un diaphragme. Ce diaphragme peut être fait de différents matériaux, mais l’acier inoxydable est toujours utilisé.
    2. Transmission de la force: Le diaphragme transmet la force générale par la pression à une résistance piezorésitive.
    3. Changement de résistance: L’application de la force modifiée la résistance du matériel semi-conducteur. Le silicium a un effet particulier fortici. Sa structure cristalline changement léger sous pression, ce qui entraîne un changement significatif de résistance. Le silicium est beaucoup plus sensible que les jaunes de contrainte métallique, ce qui permet une résolution et une précision plus élevées.
    4. Pont de Wheatstone : Afin d’enregistrer avec précision les petits changements de résistance, les résistances sont déposées dans un pont de bléstone. Il s’agit de quatre résistances, dont deux sont situées sur la membrane dans des zones avec une contractante de traction et deux dans des zones avec une contractante de compression. La tension aux points nodaux du pont change proportionnellement au changement de résistance et fournit ainsi un signal de sortie électrique qui est en corrélation avec la pression appliquée.
    5. Conditionnement du signal : Le signal de sortie du pont Wheatstone est très petit et doit être amplifié. L’électronique intégrée assure une amplification, une linéarisation et une compensation de température, car les résistances peuvent dépenser de la température. Le signal de mesure conditionné est ensuite converti en signal de sortie normale (tension, courant ou numérique).
    6. Cellule de mesure: La puce en silicium avec le pont de résistance est sensible aux influences extérieures. Afin de rendre la méthode de mesure piézorésitive universlement applicable, la puce de silicium avec les résistances de pont est emballée dans une cellule dite de mesure. La cellule de mesure se compose d’un corps en acier inoxydable avec un maigre diaphragme de séparation. Tous les compositeurs sont soudés ensemble sans joint. La cavité entre la puce de silicium et la membrane de séparation est une solution d’un fluide afin de transmettre la pression du procédé. La cellule de mesure encapsulée de cette façon peut être utilisée universelle, largement indépendante du milieu. Il forme le cœur de chaque capteur de pression piézorésitive.

Mesure de la pression piézorésistive par rapport à la mesure de la pression résistive

La mesure de la pression piézorésitive et la mesure de la pression résistive utilisent le principe de la modification de la résistance pour mesurer la pression, mais il y a des différences importantes dans leur fonctionnement et leurs propriétés.

  • Mesure de la pression de résistance (manomètre): Dans la mesure de la pression résistive, jauge de contrainteest utilisé qui est appliqué sur un support et relié à l’objet à mesurer. Si la pression change, l’objet se déforme, ce qui provoque l’étirement ou la compression du manomètre. Cette contrainte mécaniqueconduit à une changement dans la résistance électriquede la jauge de contrainte.
  • Mesure de la pression piézorésistive: En revanche, la mesure de la pression piézorésistive utilise effet piézorésistif dans les matériaux semi-conducteursComme le silicium. Ici, la résistance des changements matériels directement en raison de la force dela pression, non due à une déformation mécanique de l’objet.

Le tableau suivant présente une comparaison des propriétés des deux technologies:

CritèreCapteur de pression piézorésistiveCapteur de pression de résistance (DMS)
Principe de mesureVariation de la résistance des semi-conducteurs due à l’effet piézorésistifChangement de résistance dû à l’étirement mécanique d’une bande métallique ou semi-conducteur
SensibilitéTrès haut Jusqu’à 300 mV10 à 100 fois plus bas que les capteurs piézorésistifs
Plages de mesure typiques100 mbar à 200 bar10 bar à 1000 bar
Résistance à la surcharge4 fois la plage de mesure1,5 fois la plage de mesure
PrécisionGénéralement 0,05 %Généralement 0,1
Stabilité à long termeTrès bon, pratiquement aucune dérive ou fatigue matérielle, car le silicium fonctionne sans hystérésis comme le verre.Plus pauvre, car l’expansion mécanique conduit à la fatigue des matériaux

Quels types de pression peuvent être détectés par des capteurs de pression piézorésistifs?

Les capteurs de pression piézorésistive sont polyvalents et peuvent détecter différents types de pression. L’aperçu suivant montre les types de pression les plus courants et comment les capteurs piézorésiques sont utilisés pour eux:

  • Pression relative: Les capteurs de pression relatifs mesurent la pression par rapport à la pression atmosphérique actuelle. Ils ont une ouverture de ventilation qui relie le capteur à l’environnement. Ces capteurs sont marqués de “gauge” ou “g”. Des exemples d’applications comprennent la mesure de la pression des pneus ou le niveau de remplissage dans des contenants ouverts. Plusieurs capteurs de pression de DDM, tels que les PV15, PV15H, PV22, PV22 TES, PV22H, PV22H2, PV25H, PV25L, PX25H et PX25L, peuvent mesurer la pression relative.
  • Pression absolue: Capteurs de pression absolus mesurer la pression par rapport à vide absolu. Ils sont indépendamment des fluctuations de la pression atmosphérique. Ces capteurs sont appelés «absolus» ou «a». Les exemples d’application sont la mesure de la pression d’air dans les avions ou le contrôle de la pression dans les applications de vide. Plusieurs capteurs de pression de DDM, tels que les PV15, PV15H, PV22, PV22 TES, PV22H, PV22H2, PV25H, PV25L, PX25H et PX25L, peuvent mesurer la pression absolue.
  • Pression différentielle: Capteurs de pression différentiellemesure la différence de pression entre deux points. Ils sont souvent utilisés pour la surveillance des filtres, les mesures du débit ou la mesure du niveau dans des récipients fermés. Les capteurs de pression différentielle PV2722, PV2722H et PV2722L de DDM conviennent pour mesurer les pressions différentielles.

DDM Capteurs offre une large gamme de capteurs de pression piézorésistants pour différents types de pression et applications.

Avantages des capteurs de pression piézorésistive

Les capteurs de pression piézorésistifs offrent un certain nombre d’avantages par rapport à d’autres technologies de mesure de la pression, notamment la mesure de la pression résistive avec des gages de déformation. Ces avantages les rendent attrayants pour un large éventail d’applications:

  • Précision supérieure: Les capteurs piézorésistifs sont caractérisés par une plus grande sensibilité, ce qui permet une meilleure résolution et une meilleure précision dans la mesure de la pression.
  • Conception compacte: Grâce à leur conception, les capteurs piézorésitifs peuvent être plus compacts que les capteurs à jauge de contrainte.
  • Élargissement de la plage de mesure: Les capteurs de pression piézorésistifs peuvent couvrir une plus grande plage de mesure, ce qui les rend plus polyvalents pour différentes applications. Les plages de mesure typiques se situent entre 100 mbar et 200 bar.
  • Plus grande stabilité à long terme: En utilisant le silicium comme matériau capteur, les capteurs piézorésistifs ont une grande stabilité à long terme, car le silicium ne montre guère de fatigue matérielle. Il en résulte une moindre dérive et des mesures plus fiables sur de longues périodes.

En résumé, les capteurs de pression piézorésistifs sont un excellent choix pour des applications de mesure de pression exigeantes en raison de leur précision, de leur conception compacte, de leur large portée de mesure et de leur grande stabilité à long terme.

Areas of application for piezoresistive pressure sensors

Les capteurs de pression piézorésistifs sont utilisés dans de nombreuses applications en raison de leur haute précision, fiabilitéet conception compacte. Voici quelques exemples :

  • Industrie automobile:
    • Mesure de la pression du frein: Des capteurs piézorésistifs sont utilisés pour mesurer précisément la pression de freinage dans les véhicules afin d’assurer la sécurité et l’efficacité du système de freinage. Le PV-15B Capteur de pression de freinDDM a été spécialement développé pour cette application.
    • Commande du moteur: Dans les moteurs à combustion, les moteurs hybrides et électriques, les capteurs de pression aident à mesurer la pression des mélanges air/carburant.
  • Automatisation industrielle:
    • Contrôle du processus: Des capteurs de pression piézorésistifs sont utilisés dans l’industrie des procédés pour surveiller et contrôler la pression dans divers procédés.
    • Systèmes hydrauliques: Dans les systèmes hydrauliques, ils sont utilisés pour mesurer et contrôler la pression afin d’assurer une performance optimale.
    • Systèmes pneumatiques: En pneumatique, ils sont utilisés pour un contrôle précis de la pression.
    • Surveillance des filtres: Les capteurs de pression surveillent l’état des filtres en mesurant la chute de pression et en signalant ainsi le besoin de remplacement en temps utile.
  • Autres domaines d’application:
    • Industrie alimentaire et des boissons: Dans la production d’aliments et de boissons, ils sont utilisés pour le contrôle de la pression dans divers procédés.
    • aérospatiale : Les capteurs de pression sont utilisés dans l’industrie aérospatiale, par exemple dans les bancs d’essai à turbine.
    • Course : Des capteurs de pression sont également utilisés pour surveiller différents paramètres.
    • Gestion de l’eau:
      • Niveau de puits: Des capteurs piézorésistifs sont utilisés pour mesurer le niveau d’eau dans les puits.
      • Surveillance élevée des citernes: Ils sont utilisés pour surveiller le niveau de remplissage dans des réservoirs surélevés.
    • Essai de fuite: La mesure de la pression piézorésistive est utilisée pour l’essai des fuites en utilisant la méthode de chute de pression.

Capteurs de pression piézorésistants DDM Capteurs

Comme DDM Capteurs équipe, nous vous offrons capteurs de pression piézorésistifs de haute qualité et précisqui sont adaptés à vos besoins. Nos capteurs se caractérisent par haute qualitéet précisionet conviennent à un large éventail d’applications. Notre gamme comprend des capteurs miniaturisés (PV10, PV15), des capteurs de pression de frein (PV15B), des capteurs avec mémoire de paramètre intégrée (PV22 TEDS), des capteurs pour applications hydrogène (PV-22H2) et des capteurs de pression différentielle (PV2722). Visitez notre site Web pour plus d’informations ou contactez-nous pour une consultation individuelle.