У мерењу притиска, можете приметити да резултати мерења не одражавају одмах промене улазног притиска или у потпуности одговарају када се притисак врати у своје почетно стање. На пример, када користите вагу за купатило за мерење тежине, сензору ваге је потребно време да прецизно осети и стабилизује очитавање ваше тежине. Тхевреме одговорасензора доводи до почетних флуктуација података. Када се сензор прилагоди оптерећењу и заврши обраду података, очитавања ће приказати стабилније резултате.Ово није дефект сензора већ нормална карактеристика многих електронских мерних уређаја, посебно када укључује обраду података у реалном времену и постизање стабилног стања. Овај феномен се може назвати хистерезом сензора.
Шта је хистереза у сензорима притиска?
Сензорхистерезаобично се манифестује када постоји промена у улазу (као што је температура или притисак), а излазни сигнал не прати одмах промену улаза, или када се улаз врати у првобитно стање, излазни сигнал се не враћа у потпуности у првобитно стање . Овај феномен се може видети на карактеристичној кривој сензора, где постоји заостала крива у облику петље између улаза и излаза, а не права линија. Конкретно, ако почнете да повећавате улаз од одређене специфичне вредности, излаз сензора ће се такође повећати у складу са тим. Међутим, када улаз почне да се смањује назад до првобитне тачке, открићете да су излазне вредности веће од оригиналних излазних вредности током процеса редукције, формирајући петљу илихистерезисна петља. Ово показује да током процеса повећања и смањења, иста улазна вредност одговара две различите излазне вредности, што је интуитивни приказ хистерезе.
Дијаграм приказује однос између излазног и примењеног притиска у сензору притиска током процеса примене притиска, представљен у облику криве хистерезе. Хоризонтална оса представља излаз сензора, а вертикална оса представља примењени притисак. Црвена крива представља процес где се излаз сензора повећава са постепеним повећањем притиска, показујући путању одговора од ниског до високог притиска. Плава крива показује да како примењени притисак почиње да опада, излаз сензора такође опада, са високог притиска назад на ниски, што приказује реакцију сензора током растерећења притиска. Подручје између две криве, петља хистерезе, приказује разлику у излазу сензора на истом нивоу притиска током утовара и истовара, обично узроковану физичким својствима и унутрашњом структуром материјала сензора.
Разлози за хистерезу притиска
Феномен хистерезе усензори притискана који углавном утичу два главна фактора, који су уско повезани са физичким својствима и механизмом рада сензора:
- Еластична хистереза материјала Сваки материјал ће бити подвргнут одређеном степену еластичне деформације када је подвргнут спољним силама, што је директан одговор материјала на примењене силе. Када се спољна сила уклони, материјал покушава да се врати у првобитно стање. Међутим, овај опоравак није потпун због неуједначености унутрашње структуре материјала и благих неповратних промена унутрашње микроструктуре током поновљеног утовара и истовара. Ово резултира кашњењем у механичком понашању током континуираних процеса утовара и истовара, познатих каоеластична хистереза. Ова појава је нарочито евидентна у применисензори притиска, пошто сензори често морају тачно да мере и реагују на промене притиска.
- Трење У механичким компонентама сензора притиска, посебно онима које укључују покретне делове, трење је неизбежно. Ово трење може доћи од контаката унутар сензора, као што су клизне контактне тачке, лежајеви, итд. Када сензор подноси притисак, ове тачке трења могу ометати слободно кретање унутрашњих механичких структура сензора, узрокујући кашњење између одзива сензора и стварни притисак. Када је притисак растерећен, исте силе трења такође могу спречити да се унутрашње структуре одмах зауставе, чиме се такође приказује хистереза током фазе растерећења.
Ова два фактора заједно доводе до хистерезисне петље уочене у сензорима током поновљених тестова оптерећења и растерећења, што је карактеристика која је често од посебног значаја у апликацијама где су прецизност и поновљивост високо тражени. Да би се смањио утицај овог феномена хистерезе, пажљив дизајн и одабир материјала за сензор је од кључног значаја, а софтверски алгоритми такође могу бити потребни за компензацију ове хистерезе у апликацијама.
Феномен хистерезе усензори притискана њега утичу различити фактори који су директно повезани са физичким и хемијским својствима сензора и његовим радним окружењем.
Који фактори доводе до хистерезе сензора?
1. Својства материјала
- Модул еластичности: Модул еластичности материјала одређује степен еластичне деформације када је изложен сили. Материјали са већим модулом еластичности мање се деформишу, а њиховаеластична хистерезаможе бити релативно нижа.
- Поиссонов однос: Поиссонов однос описује однос бочне контракције и уздужног издужења у материјалу када је изложен сили, што такође утиче на понашање материјала током утовара и истовара.
- Унутрашња структура: Микроструктура материјала, укључујући кристалну структуру, дефекте и инклузије, утиче на његово механичко понашање и карактеристике хистерезе.
2. Процес производње
- Прецизност обраде: Прецизност обраде сензорских компоненти директно утиче на њен учинак. Компоненте са већом прецизношћу се боље уклапају, смањујући додатно трење и концентрацију напрезања узроковане лошим уклапањем.
- Храпавост површине: Квалитет површинске обраде, као што је храпавост површине, утиче на величину трења, чиме утиче на брзину одзива сензора и хистерезу.
- Промене температуре утичу на физичка својства материјала, као што су модул еластичности и коефицијент трења. Високе температуре генерално чине материјале мекшим, смањујући модул еластичности и повећавајући трење, чиме се повећава хистереза. Насупрот томе, ниске температуре могу учинити материјале тврђим и крхким, утичући на хистерезу на различите начине.
3. Температура
- Промене температуре утичу на физичка својства материјала, као што су модул еластичности и коефицијент трења. Високе температуре генерално чине материјале мекшим, смањујући модул еластичности и повећавајући трење, чиме се повећава хистереза. Насупрот томе, ниске температуре могу учинити материјале тврђим и крхким, утичући на хистерезу на различите начине.
Ризици
Присуство хистерезе усензори притискаможе изазвати грешке у мерењу, што утиче на тачност и поузданост сензора. У апликацијама које захтевају високо прецизна мерења, као што су прецизна контрола индустријских процеса и праћење критичне медицинске опреме, хистереза може довести до значајних грешака у мерењу, па чак и да доведе до отказа целог мерног система. Стога је разумевање и минимизирање утицаја хистерезе кључни део обезбеђивања ефикасног и тачног радасензори притиска.
Решења за хистерезу у сензорима притиска:
Да би се обезбедили најнижи могући ефекти хистерезе усензори притиска, произвођачи су предузели неколико кључних мера за оптимизацију перформанси сензора:
- Избор материјала: Избор материјала игра одлучујућу улогу у хистерези. Због тога произвођачи пажљиво бирају материјале језгра који се користе у конструкцији сензора, као што су дијафрагме, заптивке и течности за пуњење, како би осигурали да испољавају минималну хистерезу у различитим радним условима.
- Оптимизација дизајна: Побољшањем структурног дизајна сензора, као што су облик, величина и дебљина дијафрагме, и оптимизацијом метода заптивања, произвођачи могу ефикасно смањити хистерезу узроковану трењем, статичким трењем и деформацијом материјала.
- Третман старењем: Новопроизведени сензори могу показати значајну почетну хистерезу. Крозтретман старењаи специфичним програмима тестирања, материјали се могу убрзати да би се стабилизовали и прилагодили, смањујући тако ову почетну хистерезу. Слика испод приказујеКСДБ305подвргавајући сетретман старења.
- Строга контрола производње: Строгом контролом толеранција и квалитета током производног процеса, произвођачи обезбеђују конзистентност сваког сензора и минимизирају утицај варијација производње на хистерезу.
- Напредна калибрација и компензација: Неки произвођачи користе напредну технологију дигиталне компензације и методе калибрације у више тачака за прецизно моделовање и корекцију хистерезе у излазима сензора.
- Тестирање и оцењивање перформанси: Сви сензори се подвргавају детаљном тестирању да би се процениле њихове карактеристике хистерезе. На основу резултата тестирања, сензори се оцењују како би се осигурало да се на тржиште пуштају само производи који испуњавају специфичне стандарде хистерезе.
- Убрзано тестирање радног века: Да би проверили стабилност перформанси сензора током њиховог очекиваног животног века, произвођачи спроводе убрзано старење и тестове животног века на узорцима како би осигурали да хистереза остаје у прихватљивим границама.
Ове свеобухватне мере помажу произвођачима да ефикасно контролишу и смање феномен хистерезе усензори притиска, обезбеђујући да сензори испуњавају захтеве високе прецизности и поузданости у стварним применама.
Време поста: 09.05.2024