Basınç ölçümünde, ölçüm sonuçlarının giriş basıncındaki değişiklikleri hemen yansıtmadığını veya basınç başlangıç durumuna döndüğünde tam olarak karşılık gelmediğini fark edebilirsiniz. Örneğin, ağırlığı ölçmek için bir banyo terazisi kullanırken, terazinin sensörünün ağırlığınızı doğru bir şekilde algılaması ve okumayı dengelemesi için zamana ihtiyaç vardır.tepki süresiSensörün bozulması başlangıçtaki verilerde dalgalanmalara yol açar. Sensör yüke uyum sağladığında ve veri işlemeyi tamamladığında okumalar daha istikrarlı sonuçlar verecektir.Bu, sensörün bir kusuru değil, birçok elektronik ölçüm cihazının, özellikle de gerçek zamanlı veri işleme ve kararlı durum başarısını içerdiğinde normal bir özelliğidir. Bu olaya sensör histerisi adı verilebilir.
Basınç sensörlerinde histerezis nedir?
Sensörhisterezistipik olarak girişte bir değişiklik olduğunda (sıcaklık veya basınç gibi) ve çıkış sinyali giriş değişikliğini hemen takip etmediğinde veya giriş orijinal durumuna döndüğünde çıkış sinyali başlangıç durumuna tam olarak dönmediğinde ortaya çıkar . Bu olay, giriş ve çıkış arasında düz bir çizgi yerine gecikmeli döngü şeklinde bir eğrinin bulunduğu sensörün karakteristik eğrisinde görülebilir. Spesifik olarak, girişi belirli bir değerden artırmaya başlarsanız sensörün çıkışı da buna göre artacaktır. Ancak giriş orijinal noktasına geri dönmeye başladığında, azaltma işlemi sırasında çıkış değerlerinin orijinal çıkış değerlerinden daha yüksek olduğunu, bir döngü oluşturduğunu veya bir döngü oluşturduğunu göreceksiniz.histerezis döngüsü. Bu, artırma ve azaltma işlemi sırasında aynı giriş değerinin iki farklı çıkış değerine karşılık geldiğini, yani histerezisin sezgisel gösterimini gösterir.
Diyagram, basınç uygulama işlemi sırasında bir basınç sensöründe çıkış ile uygulanan basınç arasındaki ilişkiyi histerezis eğrisi şeklinde gösterir. Yatay eksen sensör çıkışını, dikey eksen ise uygulanan basıncı temsil eder. Kırmızı eğri, kademeli olarak artan basınçla birlikte sensör çıkışının arttığı süreci temsil eder ve düşük basınçtan yüksek basınca doğru tepki yolunu gösterir. Mavi eğri, uygulanan basınç düşmeye başladıkça sensör çıkışının da yüksek basınçtan düşüğe doğru azaldığını gösterir ve basıncın boşaltılması sırasında sensörün tepkisini gösterir. İki eğri arasındaki alan, histerezis döngüsü, tipik olarak sensör malzemesinin fiziksel özellikleri ve iç yapısından kaynaklanan, yükleme ve boşaltma sırasında aynı basınç seviyesinde sensör çıkışındaki farkı gösterir.
Basınç Histerezisinin Nedenleri
Histerezis fenomenibasınç sensörleriesas olarak sensörün fiziksel özellikleri ve çalışma mekanizmasıyla yakından ilişkili olan iki ana faktörden etkilenir:
- Malzemenin elastik histerezisi Herhangi bir malzeme, dış kuvvetlere maruz kaldığında, malzemenin uygulanan kuvvetlere doğrudan tepkisi olarak belirli bir derecede elastik deformasyona uğrayacaktır. Dış kuvvet ortadan kaldırıldığında malzeme orijinal durumuna dönmeye çalışır. Ancak malzemenin iç yapısındaki düzensizlik ve tekrarlanan yükleme ve boşaltma sırasında iç mikro yapıdaki hafif geri dönüşü olmayan değişiklikler nedeniyle bu iyileşme tam değildir. Bu, sürekli yükleme ve boşaltma işlemleri sırasında mekanik davranış çıktısında bir gecikmeye neden olur.elastik histerezis. Bu olgu özellikle uygulamada belirgindir.basınç sensörleriSensörlerin sıklıkla basınç değişikliklerini doğru bir şekilde ölçmesi ve yanıt vermesi gerektiğinden.
- Sürtünme Bir basınç sensörünün mekanik bileşenlerinde, özellikle hareketli parçaları içerenlerde sürtünme kaçınılmazdır. Bu sürtünme, sensörün içindeki kayan temas noktaları, yataklar vb. temaslardan kaynaklanabilir. Sensör basınca maruz kaldığında, bu sürtünme noktaları sensörün iç mekanik yapılarının serbest hareketini engelleyerek sensörün tepkisi ile sensör tepkisi arasında bir gecikmeye neden olabilir. gerçek basınç. Basınç boşaltıldığında aynı sürtünme kuvvetleri iç yapıların hemen durmasını da engelleyebilir, böylece boşaltma aşamasında da histerezis görülebilir.
Bu iki faktör birlikte, tekrarlanan yükleme ve boşaltma testleri sırasında sensörlerde gözlemlenen histerezis döngüsüne yol açar; bu, hassasiyet ve tekrarlanabilirliğin yüksek düzeyde talep edildiği uygulamalarda genellikle özellikle endişe duyulan bir özelliktir. Bu histerezis olgusunun etkisini azaltmak için sensörün dikkatli tasarımı ve malzeme seçimi çok önemlidir ve uygulamalarda bu histerezi telafi etmek için yazılım algoritmalarına da ihtiyaç duyulabilir.
Histerezis fenomenibasınç sensörlerisensörün fiziksel ve kimyasal özellikleri ve çalışma ortamıyla doğrudan ilgili çeşitli faktörlerden etkilenir.
Sensör histerezisine hangi faktörler neden olur?
1. Malzeme özellikleri
- Elastik modül: Malzemenin elastik modülü, kuvvete maruz kaldığında elastik deformasyonun derecesini belirler. Daha yüksek elastik modüle sahip malzemeler daha az deforme olur veelastik histerezisnispeten daha düşük olabilir.
- Poisson oranı: Poisson oranı, bir malzemede kuvvete maruz kaldığında yanal büzülmenin boylamasına uzamaya oranını tanımlar; bu aynı zamanda malzemenin yükleme ve boşaltma sırasındaki davranışını da etkiler.
- İç yapı: Malzemenin kristal yapısı, kusurları ve kalıntıları da dahil olmak üzere mikro yapısı, mekanik davranışını ve histerezis özelliklerini etkiler.
2. Üretim süreci
- İşleme hassasiyeti: Sensör bileşeni işlemenin hassasiyeti, performansını doğrudan etkiler. Daha yüksek hassasiyete sahip bileşenler daha iyi uyum sağlar ve zayıf uyumdan kaynaklanan ek sürtünmeyi ve stres konsantrasyonunu azaltır.
- Yüzey pürüzlülüğü: Yüzey pürüzlülüğü gibi yüzey işleminin kalitesi sürtünmenin büyüklüğünü etkiler, dolayısıyla sensörün tepki hızını ve histerezisini etkiler.
- Sıcaklık değişiklikleri malzemelerin elastik modülü ve sürtünme katsayısı gibi fiziksel özelliklerini etkiler. Yüksek sıcaklıklar genellikle malzemeleri daha yumuşak hale getirir, elastik modülü azaltır ve sürtünmeyi arttırır, böylece histerezisi artırır. Tersine, düşük sıcaklıklar malzemeleri daha sert ve daha kırılgan hale getirerek histerezi farklı şekillerde etkileyebilir.
3. Sıcaklık
- Sıcaklık değişiklikleri malzemelerin elastik modülü ve sürtünme katsayısı gibi fiziksel özelliklerini etkiler. Yüksek sıcaklıklar genellikle malzemeleri daha yumuşak hale getirir, elastik modülü azaltır ve sürtünmeyi arttırır, böylece histerezisi artırır. Tersine, düşük sıcaklıklar malzemeleri daha sert ve daha kırılgan hale getirerek histerezi farklı şekillerde etkileyebilir.
Riskler
Histerezis varlığıbasınç sensörlerisensörün doğruluğunu ve güvenilirliğini etkileyen ölçüm hatalarına neden olabilir. Hassas endüstriyel proses kontrolü ve kritik tıbbi ekipman izleme gibi yüksek hassasiyetli ölçümler gerektiren uygulamalarda histerezis, önemli ölçüm hatalarına yol açabilir ve hatta tüm ölçüm sisteminin arızalanmasına neden olabilir. Bu nedenle histerezisin etkisini anlamak ve en aza indirmek, sistemin verimli ve doğru çalışmasını sağlamanın önemli bir parçasıdır.basınç sensörleri.
Basınç Sensörlerinde Histerezis Çözümleri:
Mümkün olan en düşük histerezis etkilerini sağlamak içinbasınç sensörleriüreticiler sensör performansını optimize etmek için birkaç temel önlem aldı:
- Malzeme seçimi: Malzeme seçimi histereziste belirleyici bir rol oynar. Bu nedenle üreticiler, farklı çalışma koşulları altında minimum histerezis göstermelerini sağlamak için sensör yapısında kullanılan diyaframlar, contalar ve doldurma sıvıları gibi temel malzemeleri dikkatli bir şekilde seçmektedir.
- Tasarım optimizasyonu: Üreticiler, diyaframların şekli, boyutu ve kalınlığı gibi sensörlerin yapısal tasarımını iyileştirerek ve sızdırmazlık yöntemlerini optimize ederek sürtünme, statik sürtünme ve malzeme deformasyonundan kaynaklanan histerezi etkili bir şekilde azaltabilir.
- Yaşlanma tedavisi: Yeni üretilen sensörler, başlangıçta önemli bir histerezis sergileyebilir. Başından sonuna kadaryaşlanma tedavisive özel test programları sayesinde malzemelerin stabil hale getirilmesi ve uyum sağlaması hızlandırılabilir, böylece başlangıçtaki histerezi azaltılabilir. Aşağıdaki resimdeXDB305geçirenyaşlanma tedavisi.
- Sıkı üretim kontrolü: Üreticiler, üretim süreci sırasında toleransları ve kaliteyi sıkı bir şekilde kontrol ederek her sensörün tutarlılığını sağlar ve üretimdeki değişikliklerin histerezis üzerindeki etkisini en aza indirir.
- Gelişmiş kalibrasyon ve kompanzasyon: Bazı üreticiler, sensör çıkışlarındaki histerisi hassas bir şekilde modellemek ve düzeltmek için gelişmiş dijital kompanzasyon teknolojisi ve çok noktalı kalibrasyon yöntemlerini kullanır.
- Performans testi ve derecelendirme: Tüm sensörler, histerezis özelliklerini değerlendirmek için ayrıntılı testlere tabi tutulur. Test sonuçlarına göre sensörler, yalnızca belirli histerezis standartlarını karşılayan ürünlerin pazara sunulmasını sağlayacak şekilde derecelendirilir.
- Hızlandırılmış ömür testi: Sensörlerin beklenen ömürleri boyunca performans kararlılığını doğrulamak için üreticiler, histerezisin kabul edilebilir sınırlar içinde kalmasını sağlamak amacıyla numuneler üzerinde hızlandırılmış eskitme ve ömür testleri gerçekleştirir.
Bu kapsamlı önlemler, üreticilerin histerezis olayını etkili bir şekilde kontrol etmesine ve azaltmasına yardımcı olur.basınç sensörlerisensörlerin gerçek uygulamalarda yüksek doğruluk ve güvenilirlik gereksinimlerini karşılamasını sağlar.
Gönderim zamanı: Mayıs-09-2024