Der Bedarf an hochgenauen Ultra-Niederdrucksensoren

Erfahren Sie mehr über die Vorteile von platinenmontierten Drucksensoren und die Überlegungen bei deren Auswahl.

Viele Anwendungen erfordern Ultra-Niederdrucksensoren (Abbildung 1), die eine extrem hohe Genauigkeit bieten, darunter so unterschiedliche Designs wie medizinische Beatmungsgeräte und variable Luftvolumen (VAV)-Steuerungssysteme zur Energieeinsparung in Gebäuden. Und immer mehr Ingenieure wenden sich platinenmontierten Drucksensoren zu, um häufige Probleme wie Platzmangel und Zuverlässigkeit anzugehen.

Abbildung 1. Extrem niedrige, hochgenaue Drucksensoren sind als platinenmontierte Lösungen erhältlich, die Absolut-, Relativ- und Differenzdruck messen können. Bild mit freundlicher Genehmigung von Honeywell.

Vorteile von platinenmontierten Drucksensoren

Drucksensoren für die Leiterplattenmontage (Abbildung 2) sind zu einer beliebten Wahl für Ingenieure geworden, die mit Anwendungen arbeiten, die Niederdrucksensoren mit hoher Genauigkeit erfordern. Diese kompakten Sensoren lassen sich einfach auf einer Leiterplatte (Printed Circuit Board) montieren und können so direkt in die Elektronikbaugruppe integriert werden.

Ihre kompakte Grundfläche berücksichtigt Platzbeschränkungen und sie verwenden eine Mikrostruktur, die sehr empfindlich auf Druckänderungen (einschließlich Absolutdruck, Differenzdruck und Überdruck) reagiert, sodass genaue, extrem niedrige Druckmesswerte erhalten werden können.

Darüber hinaus sind platinenmontierte Drucksensoren energieeffizient.

Abbildung 2. Drucksensoren für die Leiterplattenmontage sind sehr kompakt und lassen sich leicht in Schaltungen und Elektronik integrieren. Bild mit freundlicher Genehmigung von Honeywell.

Medizinische Anwendungen für hochgenaue Ultra-Niederdrucksensoren

Zu den medizinischen Anwendungen, die hochpräzise Ultra-Niederdrucksensoren erfordern, gehören:

• Hämodialysegeräte
• Beatmungsgeräte
• Anästhesiegeräte
• Schlafapnoe-Geräte
• medizinische Chemie

In Hämodialysegeräten sind diese Drucksensoren zur Regulierung des Drucks im Mischtank abhängig, wenn sich das Blut der künstlichen Niere nähert und den Blutfluss zum und vom Patienten reguliert.

Alternativ in Beatmungsgeräten helfen sie bei der Überwachung der Atmung eines Patienten und der Erkennung, ob sie sich plötzlich verschlechtert, sowie das Vorhandensein eines verstopften Filters. Hochpräzise Drucksensoren erfüllen einen ähnlichen Zweck in Anästhesiegeräten, da sie den Druck von Luft und Sauerstoff sowohl zum Patienten als auch vom Patienten messen, um sicherzustellen, dass er niemals ein sicheres Niveau überschreitet.

Schlafapnoe-Geräte (Abbildung 3), einschließlich CPAP, Auto-PAP und Bilevel-PAP, verwenden Ultra-Niederdrucksensoren, um den Druck zu überwachen, mit dem dem Patienten Luft zugeführt wird. Sie werden auch zur Überwachung des Blutdrucks und der Krankenhausraumluft verwendet.

Abbildung 3. Hochgenaue Niederdruck-Drucksensoren zur Leiterplattenmontage werden in Beatmungs- und Anästhesiegeräten verwendet. Bild mit freundlicher Genehmigung von Pixabay.

Insgesamt werden in der Medizinalchemie hochgenaue Drucksensoren in Chemie-Analysatoren eingesetzt. Drucksensoren werden beispielsweise mit Pipetten verwendet, um die richtige Flüssigkeitsmenge aufzusaugen, zu erkennen, ob das Fläschchen falsch platziert ist, um sicherzustellen, dass keine Luft angesaugt wird, und um das Vorhandensein von Hindernissen zu erkennen. Weitere Anwendungen sind Durchflusszytometrie, Molekulartests und andere Kategorien von automatisierten Labortestgeräten.

Andere Anwendungen

Es besteht auch ein Bedarf an ultraniedrigen, hochpräzisen Drucksensoren zur Energieeinsparung in Gebäuden, z. Hochgenaue Drucksensoren können für die Druckänderung verwendet werden, die mit einem geöffneten Fenster verbunden ist, so dass automatisierte Änderungen des Luftstroms oder Fensterpositionseinstellungen vorgenommen werden können.

Sie werden auch in VAV-Systeme integriert, um sicherzustellen, dass der Luftstrom im gesamten Gebäude ausgeglichen ist. Ultraniedrige, hochgenaue Drucksensoren können unter anderem auch in Durchflusskalibratoren, pneumatischen Steuerungen, Gasdurchflussinstrumenten, Gaschromatographie und Barometrie verwendet werden.

Und all diese Anwendungen eignen sich direkt für den Einsatz von platinenmontierten Drucksensorlösungen.

Überlegungen bei der Auswahl eines platinenmontierten Drucksensors

Die Auswahl eines platinenmontierten Sensors beinhaltet die Designentscheidungen, die typischerweise bei Drucksensoren getroffen werden (z. B. Betriebsdruckbereich, Umgebungstemperatur, Art des Mediums). Um jedoch den am besten geeigneten hochgenauen Ultra-Niederdrucksensor aus den Produktlinien für die Leiterplattenmontage auszuwählen, müssen Überlegungen genauer untersucht werden.

Druckbereiche und Berstdrücke

Bei einigen Anwendungen kann es zu erheblichen Unsicherheiten hinsichtlich des Druckbereichs in Bezug auf den höchsten Druck sowie zu möglichen Problemen mit dem Berstdruck kommen. Bereiche mit einem hohen Arbeitsdruck (im Gegensatz zum kalibrierten Druckbereich) können es ermöglichen, dass Ultra-Niedrigdruck-Sensoren kontinuierlich Drücken oberhalb des kalibrierten Bereichs ohne Schaden ausgesetzt werden. In Kombination mit hohen Berstdrücken kann der Systementwurfsprozess vereinfacht, potenzielle Systemausfallzeiten reduziert und die Gesamtzuverlässigkeit des Systems verbessert werden.

Genauigkeit

Es gibt drei grundlegende Fehlertypen, die die Genauigkeit eines Drucksensors beeinträchtigen können:Druck-Nichtlinearität, Hysterese und Nicht-Wiederholbarkeit. Eine extrem hohe Genauigkeit, die oft in Bezug auf FSS BFSL (Full Scale Span, Best Fit Straight Line) gemessen wird, kann die Systemeffizienz verbessern, die Kalibrierungsanforderungen für den Kunden reduzieren, die Softwareentwicklung vereinfachen und das Design für das System minimieren.

Gesamtfehlerband

Das TEB (Total Error Band) berücksichtigt Fehler in Bezug auf Genauigkeit sowie Offset, FSS (Full Scale Span), thermische Auswirkung auf Offset, thermische Auswirkung auf die Spanne und thermische Hysterese – über den gesamten kompensierten Temperaturbereich. Damit ein hochpräziser Drucksensor genaue, zuverlässige und wiederholbare Messwerte liefert, muss der TEB berücksichtigt werden.

Das Vertrauen auf TEB bietet neben der Verbesserung der Gesamtsystemgenauigkeit noch weitere Vorteile. Die Auswahl eines platinenmontierten hochpräzisen Drucksensors mit niedrigem TEB unterstützt auch minimale Genauigkeitsabweichungen von Teil zu Teil, was die Austauschbarkeit der Sensoren verbessert. Schließlich reduzieren Drucksensoren mit einem kleinen TEB die Herstellungszeit und -kosten, da nicht jeder Sensor einzeln kalibriert und getestet werden muss.

Stabilität

Stabilität ist wichtig für die Gesamtsystemleistung und hilft bei der Minimierung des Kalibrierungsbedarfs. Es unterstützt auch die Gesamtbetriebszeit des Systems, indem es den Wartungs- oder Austauschbedarf des Sensors minimiert. Dies gilt insbesondere für geschäftskritische Anwendungen, die sich auf Gesundheit und Wohlbefinden auswirken.

Energieeffizienz

Der Stromverbrauch von platinenmontierten Drucksensoren ist aus verschiedenen Gründen extrem wichtig, einschließlich ihres Beitrags zur Gesamtsystemleistung. Darüber hinaus müssen viele der Anwendungen für hochgenaue Niederdrucksensoren tragbar sein, und ein geringer Stromverbrauch ermöglicht eine längere Batterielebensdauer. Noch besser sind Produktlinien, die einen optionalen Schlafmodus enthalten, um den Strombedarf weiter zu reduzieren.

Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 1

Drucksensoren, die die Anforderungen der IIPC/JEDEC J-STD-020D.1 Feuchteempfindlichkeitsstufe 1 erfüllen, machen das Aufschmelzen von Lötzinn und/oder die Reparatur zu einem viel sichereren Prozess, ohne dass ein langwieriges Backen erforderlich ist. Damit vermeidet der Anwender die beim Reflow häufig auftretenden mechanischen und thermischen Schäden und unterstützt eine schlanke Fertigung, da das Ergebnis nach dem Reflow-Prozess sowohl stabil als auch sehr schnell einsatzbereit ist. Darüber hinaus unterstützt die Erfüllung solch strenger Standards in Bezug auf die Feuchtigkeitsempfindlichkeit auch eine unbegrenzte Lebensdauer des Bodens, wenn er richtig gelagert wird.

Beispielprodukt:Honeywell TruStability HSC

Wenn Anwendungen hochpräzise Sensorlösungen mit extrem niedrigem Druck erfordern, sind platinenmontierte Optionen eine ausgezeichnete Wahl. Die Honeywell TruStability HSC-Serie (High-accuracy Silicon Ceramic) von Drucksensoren für die Leiterplattenmontage ist in weiten Druckbereichen erhältlich, einschließlich ±1,6 mbar bis ±10 bar, ±160 Pa bis ±1 MPa und ±0,5 inH20 bis ±150 psi mit Unterstützung für Druckstöße. Sie bieten eine branchenführende Genauigkeit von ±0,25 % FSS BFSL, kalibriert über den Temperaturbereich von 0 °C bis 50 °C [32 °F bis 122 °F] und sind temperaturkompensiert bei ±1 % FSS bis ±3 % FSS TEB .

Die TruStability HSC (Ultra-Niederdrucksensoren sind zum Messen von Absolut-, Differenz- und Relativdrücken erhältlich, alle mit ausgezeichneter Stabilität bei extrem niedrigem Stromverbrauch (typischerweise weniger als 10 mW) mit einem optionalen Schlafmodus, der auf Anfrage erhältlich ist.

Die HSC-Serie von Honeywell erfüllt auch die Anforderungen der IIPC/JEDEC J-STD-020D.1-Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe 1. Darüber hinaus sind diese Ultra-Niederdrucksensoren vollständig kalibriert und temperaturkompensiert für Temperatureffekte, Empfindlichkeit, Sensor-Offset und Nichtlinearität unter Verwendung einer integrierten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) auf der Platine.

Sager Electronics ist ein autorisierter Lagerdistributor von Honeywell Sensing und IoT und bietet eine breite Palette von TruStability-Drucksensoren für die Leiterplattenmontage sowie andere Sensor- und Schaltlösungen an. Klicken Sie hier, um mehr über diese Sensoren zu erfahren, oder besuchen Sie den Honeywell-Katalog auf sager.com.

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