Como funcionam os sensores de pressão baseados em silício?

Os sensores de pressão à base de silício são uma pedra angular na moderna tecnologia de medição de pressão. Como fornecedor de sensores de pressão, vi em primeira mão como essas pequenas maravilhas transformaram as indústrias, do automotivo ao aeroespacial e de dispositivos médicos à automação industrial. Então, vamos mergulhar em como eles funcionam e por que eles são tão importantes.

O básico da detecção de pressão

Antes de entrarmos no âmago da questão dos sensores de pressão baseados em silício, é importante entender o que é a sensação de pressão. A pressão é a força aplicada por unidade de área. Em termos simples, quando você tem um fluido (gás ou líquido) empurrando contra uma superfície, isso é pressão. Os sensores de pressão são dispositivos que podem detectar essa força e convertê -la em um sinal elétrico que pode ser medido e analisado.

A estrutura dos sensores de pressão baseados em silício

Os sensores de pressão baseados em silício são geralmente fabricados usando técnicas de microfabricação. No coração desses sensores está um diafragma de silício. Esse diafragma é um pedaço de silício fino e flexível que se dobra quando a pressão é aplicada a ele. O diafragma é tipicamente parte de um chip de silicone maior, que também contém outros componentes como os piezoresistores.

Os piezoresistores são resistores especiais que mudam sua resistência quando são deformados. Eles são feitos de silício e são cuidadosamente colocados no diafragma. Quando o diafragma se dobra devido à pressão, os piezoresistores também ficam deformados, o que, por sua vez, muda sua resistência.

Como funciona o processo de detecção

Vamos quebrar o processo de detecção passo a passo.

1. Aplicação de pressão: Quando um fluido (gás ou líquido) entra em contato com o diafragma do sensor de pressão baseado em silício, ele exerce uma força no diafragma. Quanto maior a pressão, maior a força.
2. Deformação do diafragma: A força do fluido faz com que o diafragma se dobre. Essa flexão é proporcional à pressão aplicada. Se a pressão estiver baixa, o diafragma dobrará um pouco. Se a pressão estiver alta, dobrará mais.
3. Resposta do piezoresistor: À medida que o diafragma se dobra, os piezoresistores são esticados ou compactados. Essa deformação altera a resistência dos piezoresistores. Por exemplo, se um piezoresistor estiver esticado, sua resistência aumentará. Se for comprimido, a resistência diminuirá.
4. Geração de sinal elétrico: A mudança na resistência dos piezoresistores é então usada para gerar um sinal elétrico. Geralmente, os piezoresistores fazem parte de um circuito de Wheatstone Bridge. Uma ponte de Wheatstone é um circuito que pode medir com precisão pequenas mudanças na resistência. Quando a resistência dos piezoresistores muda, o equilíbrio da ponte Wheatstone é interrompido, e isso resulta em uma tensão de saída. A magnitude dessa tensão de saída é proporcional à pressão aplicada ao diafragma.

Tipos de sensores de pressão baseados em silício

Existem diferentes tipos de sensores de pressão baseados em silício, cada um adequado para diferentes aplicações.

Sensores de pressão absoluta

Esses sensores medem a pressão em relação a um vácuo perfeito. Eles têm uma câmara de referência selada que é evacuada para criar um vácuo. A pressão que está sendo medida é comparada a essa referência a vácuo. Os sensores de pressão absoluta são comumente usados ​​em aplicações como medição de altitude na aviação e previsão do tempo.

Sensores de pressão de medidor

Os sensores de pressão do medidor medem a pressão em relação à pressão atmosférica. Eles estão abertos à atmosfera de um lado do diafragma, portanto a pressão de referência é a pressão atmosférica atual. Esses sensores são amplamente utilizados em aplicações industriais, como monitorar a pressão em tubos e tanques.

Sensores de pressão diferencial

Os sensores de pressão diferenciais medem a diferença na pressão entre dois pontos. Eles têm duas portas de pressão e o diafragma responde à diferença de pressão entre essas duas portas. Os sensores de pressão diferencial são usados ​​em aplicações como medição de fluxo, onde a queda de pressão em um restritor de fluxo pode ser usada para calcular a taxa de fluxo.

Vantagens dos sensores de pressão baseados em silício

Os sensores de pressão baseados em silício oferecem várias vantagens sobre outros tipos de sensores de pressão.

• Alta sensibilidade: Eles podem detectar mudanças muito pequenas na pressão, tornando -as adequadas para aplicações que requerem alta precisão.
• Miniaturização: Graças às técnicas de microfabricação, os sensores de pressão baseados em silício podem ser muito pequenos. Isso os torna ideais para uso em dispositivos compactos, como dispositivos médicos e smartphones vestíveis.
• Baixo custo: A produção em massa de sensores baseados em silício, usando processos de fabricação de semicondutores, os tornou relativamente baratos. Isso os tornou acessíveis para uma ampla gama de aplicações.
• Boa linearidade: A relação entre a pressão aplicada e o sinal elétrico de saída é geralmente muito linear. Isso simplifica a calibração e o processamento de sinal dos sensores.

Aplicações de sensores de pressão baseados em silício

Os sensores de pressão baseados em silício são usados ​​em um grande número de aplicações em diferentes indústrias.

Indústria automotiva

Nos carros, esses sensores são usados ​​para vários propósitos. Por exemplo, eles são usados ​​no sistema de gerenciamento do motor para medir a pressão do coletor de admissão, o que ajuda a otimizar a mistura de combustível - ar. Eles também são usados ​​nos sistemas de monitoramento de pressão dos pneus (TPMs) para garantir que os pneus sejam inflados com a pressão correta. Você pode encontrar alguns acessórios úteis para compressores em carros, como oCinto de compressoreVálvula de segurança do compressor, que pode funcionar em conjunto com sensores de pressão em sistemas automotivos.

Indústria médica

No campo médico, os sensores de pressão baseados em silício são usados ​​em dispositivos como ventiladores para monitorar a pressão do ar que está sendo entregue aos pacientes. Eles também são usados ​​em monitores de pressão arterial para medir a pressão do sangue nas artérias.

Automação industrial

Em ambientes industriais, esses sensores são usados ​​para controle de processo. Eles podem monitorar a pressão em pipelines, tanques e outros equipamentos para garantir que os processos estejam funcionando sem problemas. Por exemplo, em uma planta química, os sensores de pressão podem detectar se há um bloqueio em uma tubulação, monitorando a queda de pressão. Adicionalmente,Medidor de ponto de orvalhopode ser usado em ambientes industriais, juntamente com os sensores de pressão para garantir condições ideais em sistemas de ar comprimidos.

Desafios e considerações

Embora os sensores de pressão baseados em silício sejam altamente versáteis, há alguns desafios e considerações a serem lembrados.

• Efeitos de temperatura: A temperatura pode ter um impacto significativo no desempenho dos sensores de pressão baseados em silício. As mudanças de temperatura podem fazer com que a resistência dos piezoresistores mude, mesmo sem nenhuma mudança de pressão. Para compensar isso, a maioria dos sensores possui circuitos de compensação de temperatura construídos - IN.
• Proteção de excesso de pressão: Se a pressão aplicada ao sensor exceder o máximo nominal, poderá danificar o diafragma e os piezoresistores. Portanto, é importante ter mecanismos adequados de proteção de sobrepressão.

Por que escolher nossos sensores de pressão

Como fornecedor de sensores de pressão, orgulhamos de oferecer sensores de pressão baseados em silício de alta qualidade. Nossos sensores são projetados com a mais recente tecnologia para garantir uma medição de pressão precisa e confiável. Oferecemos uma ampla gama de sensores, incluindo sensores de pressão absolutos, meditórios e diferenciais, para atender às diversas necessidades de nossos clientes.

Nossos sensores também são cuidadosamente calibrados para minimizar erros e fornecer desempenho consistente. Entendemos os desafios que acompanham o uso de sensores de pressão, como efeitos de temperatura e sobrepressão, e incorporamos recursos para resolver esses problemas.

Se você está no mercado de sensores de pressão, seja para aplicações automotivas, médicas ou industriais, gostaríamos de conversar com você. Podemos ajudá -lo a escolher o sensor certo para suas necessidades específicas e fornecer todo o suporte necessário, desde a instalação até o serviço de vendas depois.

Se você estiver interessado em discutir seus requisitos ou tiver alguma dúvida sobre nossos sensores de pressão, não hesite em alcançar. Estamos aqui para ajudá -lo a tomar a melhor decisão para suas necessidades de medição de pressão.

Referências

• Smith, J. (2018). "Fundamentos de sensores de pressão". Elsevier.
• Jones, A. (2020). "Sensores de pressão MEMS baseados em silício: design e aplicações". Springer.