Під час вимірювання тиску ви можете помітити, що результати вимірювань не відразу відображають зміни вхідного тиску або повністю відповідають, коли тиск повертається до початкового стану. Наприклад, коли для вимірювання ваги використовуються ваги, датчику ваг потрібен час, щоб точно визначити та стабілізувати показання вашої ваги. Theчас відповідідатчика призводить до початкових коливань даних. Коли датчик адаптується до навантаження та завершить обробку даних, показники відображатимуть більш стабільні результати.Це не дефект датчика, а нормальна характеристика багатьох електронних вимірювальних пристроїв, особливо коли йдеться про обробку даних у реальному часі та досягнення стабільного стану. Це явище можна назвати гістерезисом датчика.
Що таке гістерезис у датчиках тиску?
датчикгістерезисзазвичай проявляється, коли відбувається зміна вхідного сигналу (наприклад, температури або тиску), і вихідний сигнал не слідує відразу за зміною вхідного сигналу, або коли вхідний сигнал повертається до початкового стану, вихідний сигнал не повністю повертається до початкового стану . Це явище можна побачити на характеристичній кривій датчика, де між входом і виходом є петлеподібна крива, що відстає, а не пряма лінія. Зокрема, якщо ви починаєте збільшувати вхідний сигнал від певного конкретного значення, вихід датчика також відповідно збільшиться. Однак, коли вхідні дані починають зменшуватися до початкової точки, ви побачите, що вихідні значення вищі за початкові вихідні значення під час процесу зменшення, утворюючи петлю абопетля гістерезису. Це показує, що під час процесу збільшення та зменшення одне й те саме вхідне значення відповідає двом різним вихідним значенням, що є інтуїтивно зрозумілим відображенням гістерезису.
Діаграма показує залежність між вихідним сигналом і прикладеним тиском у датчику тиску під час процесу застосування тиску, представленого у вигляді кривої гістерезису. Горизонтальна вісь представляє вихід датчика, а вертикальна вісь – прикладений тиск. Червона крива представляє процес, коли вихідний сигнал датчика збільшується з поступовим підвищенням тиску, показуючи шлях реакції від низького до високого тиску. Синя крива вказує на те, що коли прикладений тиск починає зменшуватися, вихід датчика також зменшується, від високого тиску назад до низького, що відображає реакцію датчика під час розвантаження тиску. Область між двома кривими, петля гістерезису, відображає різницю вихідного сигналу датчика при однаковому рівні тиску під час завантаження та розвантаження, що зазвичай спричинено фізичними властивостями та внутрішньою структурою матеріалу датчика.
Причини гістерезису тиску
Явище гістерезису вдатчики тискув основному під впливом двох основних факторів, які тісно пов’язані з фізичними властивостями та робочим механізмом датчика:
- Пружний гістерезис матеріалу Будь-який матеріал зазнає певного ступеня пружної деформації під дією зовнішніх сил, прямої реакції матеріалу на прикладені сили. Коли зовнішня сила припиняється, матеріал намагається повернутися до початкового стану. Однак це відновлення не є повним через нерівномірність внутрішньої структури матеріалу та незначні незворотні зміни внутрішньої мікроструктури під час багаторазового завантаження та розвантаження. Це призводить до затримки механічної поведінки під час безперервних процесів завантаження та розвантаження, відомих якпружний гістерезис. Особливо яскраво це явище проявляється при застосуваннідатчики тиску, оскільки датчикам часто потрібно точно вимірювати й реагувати на зміни тиску.
- Тертя У механічних компонентах датчика тиску, особливо тих, що включають рухомі частини, тертя неминуче. Це тертя може виникати через контакти всередині датчика, наприклад точки контакту ковзання, підшипники тощо. Коли датчик зазнає тиску, ці точки тертя можуть перешкоджати вільному руху внутрішніх механічних структур датчика, викликаючи затримку між відповіддю датчика та фактичний тиск. Коли тиск розвантажується, ті самі сили тертя також можуть перешкоджати миттєвій зупинці внутрішніх структур, таким чином також демонструючи гістерезис під час фази розвантаження.
Ці два фактори разом призводять до петлі гістерезису, що спостерігається в датчиках під час повторюваних тестів навантаження та розвантаження, характеристика, яка часто викликає особливе занепокоєння в додатках, де висока вимога до точності та повторюваності. Щоб зменшити вплив цього явища гістерезису, вирішальним є ретельний вибір конструкції та матеріалу для датчика, а також можуть знадобитися програмні алгоритми для компенсації цього гістерезису в програмах.
Явище гістерезису вдатчики тискуна нього впливають різноманітні фактори, безпосередньо пов’язані з фізичними та хімічними властивостями датчика та його робочим середовищем.
Які фактори призводять до гістерезису датчика?
1. Властивості матеріалу
- Модуль пружності: модуль пружності матеріалу визначає ступінь пружної деформації під дією сили. Матеріали з більшим модулем пружності менше деформуються, а їхпружний гістерезисможе бути відносно нижчим.
- Коефіцієнт Пуассона: Коефіцієнт Пуассона описує відношення бічного скорочення до поздовжнього подовження матеріалу під дією сили, що також впливає на поведінку матеріалу під час завантаження та розвантаження.
- Внутрішня структура: мікроструктура матеріалу, включаючи кристалічну структуру, дефекти та включення, впливає на його механічну поведінку та характеристики гістерезису.
2. Процес виготовлення
- Точність обробки: точність обробки компонентів датчика безпосередньо впливає на їх продуктивність. Компоненти з вищою точністю підходять краще, зменшуючи додаткове тертя та концентрацію напруги, викликану поганою підгонкою.
- Шорсткість поверхні: якість обробки поверхні, наприклад шорсткість поверхні, впливає на величину тертя, тим самим впливаючи на швидкість реакції датчика та гістерезис.
- Зміни температури впливають на фізичні властивості матеріалів, такі як модуль пружності та коефіцієнт тертя. Високі температури зазвичай роблять матеріали м’якшими, зменшуючи модуль пружності та збільшуючи тертя, тим самим збільшуючи гістерезис. І навпаки, низькі температури можуть зробити матеріали твердішими та крихкішими, по-різному впливаючи на гістерезис.
3. Температура
- Зміни температури впливають на фізичні властивості матеріалів, такі як модуль пружності та коефіцієнт тертя. Високі температури зазвичай роблять матеріали м’якшими, зменшуючи модуль пружності та збільшуючи тертя, тим самим збільшуючи гістерезис. І навпаки, низькі температури можуть зробити матеріали твердішими та крихкішими, по-різному впливаючи на гістерезис.
Ризики
Наявність гістерезису вдатчики тискуможе спричинити помилки вимірювання, впливаючи на точність і надійність датчика. У додатках, що вимагають високоточних вимірювань, таких як точне керування промисловими процесами та моніторинг важливого медичного обладнання, гістерезис може призвести до значних помилок вимірювань і навіть спричинити збій усієї вимірювальної системи. Тому розуміння та мінімізація впливу гістерезису є ключовою частиною забезпечення ефективної та точної роботидатчики тиску.
Рішення для гістерезису в датчиках тиску:
Щоб забезпечити найменший можливий ефект гістерезису вдатчики тискувиробники вжили кількох ключових заходів для оптимізації роботи сенсора:
- Вибір матеріалу: Вибір матеріалів відіграє вирішальну роль у гістерезисі. Тому виробники ретельно вибирають основні матеріали, які використовуються в конструкції датчика, такі як діафрагми, ущільнювачі та наповнювальні рідини, щоб забезпечити мінімальний гістерезис у різних робочих умовах.
- Оптимізація конструкції: покращуючи структурну конструкцію датчиків, наприклад форму, розмір і товщину діафрагм, а також оптимізуючи методи ущільнення, виробники можуть ефективно зменшити гістерезис, спричинений тертям, статичним тертям і деформацією матеріалу.
- Лікування старіння: нещодавно виготовлені датчики можуть демонструвати значний початковий гістерезис. Черезлікування старінняі спеціальні програми тестування, матеріали можна прискорити для стабілізації та адаптації, таким чином зменшуючи цей початковий гістерезис. На зображенні нижче показаноXDB305проходитьлікування старіння.
- Суворий контроль виробництва: суворо контролюючи допуски та якість під час виробничого процесу, виробники забезпечують узгодженість кожного датчика та мінімізують вплив варіацій виробництва на гістерезис.
- Розширене калібрування та компенсація: деякі виробники використовують передову технологію цифрової компенсації та методи багатоточкового калібрування для точного моделювання та коригування гістерезису на виходах датчиків.
- Перевірка продуктивності та класифікація: усі датчики проходять детальне тестування для оцінки їх гістерезисних характеристик. На основі результатів випробувань датчики класифікуються, щоб забезпечити випуск на ринок лише продуктів, які відповідають певним стандартам гістерезису.
- Прискорене тестування на термін служби: щоб перевірити стабільність роботи датчиків протягом очікуваного терміну служби, виробники проводять тести на прискорене старіння та термін служби зразків, щоб переконатися, що гістерезис залишається в прийнятних межах.
Ці комплексні заходи допомагають виробникам ефективно контролювати та зменшувати явище гістерезису вдатчики тиску, гарантуючи, що датчики відповідають вимогам високої точності та надійності в реальних застосуваннях.
Час публікації: травень-09-2024