ترانسپسها ستون فقرات سیستم های اندازه گیری و کنترل مدرن هستند، تبدیل پدیده های فیزیکی مانند فشار، دما، نیرو یا جابجایی به سیگنال های الکتریکی.از نظارت فرآیند صنعتی به تشخیص های پزشکی، وفاداری این سیگنال ها به طور مستقیم کیفیت داده ها و قابلیت اطمینان عملیاتی را تعیین می کند.با این حال، شرایط زیست محیطی - به ویژه دما و رطوبت - معرفی خطاهای سیستماتیک و صدای که یکپارچگی سیگنال را کاهش می دهد، این اثرات ضروری برای اطمینان از سیستم های گسترده ای از محیط های عملیاتی است.

این مقاله بررسی می کند که چگونه عملکرد مبدل دما و رطوبت تاثیر می گذارد، مکانیسم های فیزیکی اساسی را مورد بحث قرار می دهد و استراتژی های عملی را برای کاهش اثرات زیست محیطی فراهم می کند.با ادغام تکنیک های جبران خسارت، انتخاب دقیق مواد و کالیبراسیون دقیق، مهندسان می توانند وفاداری سیگنال را حتی در شرایط چالش برانگیز حفظ کنند.

چگونه دما بر عملکرد ترانسیسر تأثیر می گذارد

تغییرات دما خواص فیزیکی و الکتریکی مواد مبدل و اجزای آن را تغییر می دهد.این تغییرات به عنوان حرکت جبران، تغییرات حساسیت و عدم شفافیت، که همه آنها دقت اندازه گیری سازش بستگی دارد.

ترانسدوسرهای مقاومت

آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTDs)، سنج های سویه و سنسورهای رطوبت مقاومتی به تغییرات دقیق در مقاومت متکی هستند. ضریب دما مقاومت (TCR) برای فلزات مانند پلاتین یا مس باعث تغییرات قابل اندازه گیری مقاومت حتی با نوسانات دمای کوچک می شود.برای مثال، RTD پلاتین معمولا دارای TCR از 0.00385 Ω / Ω / ° C است که اگر غیر قابل اندازه گیری باشد - اگر می تواند چندین درجه حرارت قابل توجهی را تولید کند.

مهندسی Omega دستورالعمل های دقیق در اندازه گیری RTD و جبران خسارت را ارائه می دهد.[۱۰]

سنسور های Piezoالکتریک

مواد کمزوالکتریک، مانند کوارتز یا سرب zirconate (PZT)، شارژ در پاسخ به استرس مکانیکی تولید می کنند، خروجی شارژ آنها بسیار وابسته به دما است. ثابت پایزوالکتریک (د ) با افزایش دما، کاهش حساسیت، علاوه بر این، pyroالکتریک - که در آن، سیگنال های ناخواسته می توانند سیگنال های ضد حرارت تولید کنند.

تولید کنندگان از برش های کریستالی با درجه حرارت یا الگوریتم پردازش سیگنال برای اصلاح این اثرات استفاده می کنند.برای اندازه گیری های پویا، فیلترینگ با پاس بالا می تواند سیگنال های سویه واقعی را از حرکت حرارتی کم فرکانس جدا کند.

ظرفیت و محرک های ترانسدوسر

ثابت دی الکتریک مواد در سنسورهای خازن با دما متفاوت است، تغییر خازن به طور مشابه، مبدل های استنتاجی (به عنوان مثال، LVDTs) تغییرات در مقاومت هسته ای و کویل را تجربه می کنند.این اثرات نیاز به دما یا جبران الکترونیکی با استفاده از عناصر مرجع دارند.

تکنیک های جبران خسارت برای اثرات دما

به جای حذف حساسیت به دما به طور کامل، سیستم های عملی آن را از طریق جبران خسارت مدیریت می کنند.

  • استفاده از فرستنده ها یا RTD ها در پیکربندی پل برای لغو حرکت ناشی از دما می تواند شامل یک سنجه ساختگی در معرض تنها در معرض دما، نه فشار، برای کاهش اثرات حرارتی.
  • جبران خسارت دیجیتال.[۱۰] میکروکنترلرها یا ASICها بر اساس قرائت سنسور دمایی برد، این روش انعطاف پذیری و دقت بالایی را در محدوده دمای گسترده ای ارائه می دهد.
  • انتخاب مواد با استفاده از آلیاژهای کم TCR (به عنوان مثال، ایوانوهم برای اندازه گیری های سویه) یا سرامیک دما کاهش می یابد در منبع.
  • مدیریت الکتروماتیک حرارت فعال یا خنک کننده مبدل را در دمای ثابت نگه می دارد، که در سنسورهای آزمایشگاهی دقیق رایج است.

ابزار ملی ارائه می دهد یک کاغذ سفید جامع در جبران دما در سیستم های اندازه گیری.[۱۰]

نقش رطوبت در کاهش سیگنال

رطوبت بالا و تراکم رطوبت، حالت های شکست چندگانه را معرفی می کند: خوردگی تماس های فلزی و سرب، افزایش جریان نشت در سراسر عایق ها، تورم هیستروسکوپی پلیمرها و کوتاه های الکتریکی. این اثرات کاهش نسبت سیگنال به نویز، باعث جبران و کاهش ثبات بلند مدت.

خوردگی و مقاومت تماس

رطوبت باعث می شود که خوردگی گالوانیک در اتصالات الکتریکی، افزایش مقاومت تماسی.در مدارهای سیگنال سطح پایین (به عنوان مثال خروجی های ترمزو)، مقاومت اضافه تقسیم ولتاژ را تغییر می دهد و خطا را در طول زمان، اتصالات متناوب یا مدارهای باز می تواند رخ دهد.

مقاومت در برابر و جریان های نشتی

جذب آب در تخته های مدار چاپی و سطوح اتصال مقاومت عایق را کاهش می دهد، ایجاد مسیرهای نشت انگلی، این به ویژه در سنسورهای با چگالی بالا مانند میکروفون خازن یا شارژ خروجی شتاب سنج خروجی مشکل است، که در آن جریان نشتی رقیب سیگنال فعلی است. A قطره در مقاومت از 100 GΩ به 10.

آسیب داخلی و داخلی

تغییرات سریع دما می تواند باعث تراکم در داخل مسکن های مبدل شود.آب قطره ممکن است مسیرهای الکتریکی کوتاه یا باعث خرابی دی الکتریک شود، علاوه بر این، مواد هیستروسکوپی در مهر و موم ها ممکن است ورم کند، تغییر پیش بارگذاری مکانیکی و در نتیجه تغییر حساسیت.

کاهش اثرات رطوبت

محافظت از مبدل ها از رطوبت نیازمند ترکیبی از موانع فیزیکی و طراحی سیستم مناسب است.

  • پوشش های فرمال ، سیلیکون، یا پوشش های پاروین مانع از رطوبت در پیشبرد در مجموعه های PCB می شوند.
  • هرماتیک آب و موم فلز به فلز و فلز به فلز یا مهر و موم شیشه به فلز عناصر حساس از رطوبت محیط مشترک در فرستنده های فشار صنعتی جدا.
  • و desiccants برای محفظه های غیر مهرآمیز، استفاده از پورت های تنفس با غشای هیدروفوبیک یا بسته های ژل سیلیکا برای کنترل رطوبت داخلی.
  • انتخاب مواد مقاوم در برابر خوردگی (نفت فولاد، تماس های با قالب طلا) و پلیمرهای کم جذب (PTFE، PEEK) برای مسکن و عایق ها انتخاب کنید.
  • تهویه مطبوع در موارد شدید، محفظه های تصفیه شده با نیتروژن خشک یا هوای فشرده برای حفظ رطوبت نسبی زیر 30٪.

مجله سانسورها یک مرور کلی از اثرات رطوبت بر عملکرد سنسور و استراتژی های محافظت فراهم می کند.[۱۰]

تداخلات دمای ترکیبی و رطوبت

دما و رطوبت به طور مستقل عمل نمی کند. دمای بالا فشار بخار اشباع را افزایش می دهد، اجازه می دهد رطوبت بیشتری در هوا در رطوبت نسبی معین باقی بماند، هنگامی که افت دما، تراکم رخ می دهد - اغلب به نام "خشک" یا "بازنشسته" در داخل محفظه ها. تغییرات حرارتی سیکلیک می تواند مکررا مرطوب و خشک، سرعت و خستگی مکانیکی.

علاوه بر این، دمای واکنش های شیمیایی را تسریع می کند: نرخ خوردگی تقریباً برای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش می یابد، بنابراین یک محیط گرم و مرطوب (به عنوان مثال، آب و هوای گرمسیری یا مناطق بخار صنعتی) به ویژه برای طول عمر مبدل به چالش می کشد.

در برنامه های بحرانی، نظارت بر هر دو دما و رطوبت در محل مبدل توصیه می شود که اصلاح پویا یا هشدار های تعمیر و نگهداری را اجرا کنید.

بهترین روش ها برای حفظ یکپارچگی سیگنال

توسعه یک سیستم اندازه گیری قوی نیاز به پیش بینی و برنامه ریزی سیستماتیک دارد.در زیر بهترین شیوه های صنعت اثبات شده است:

  • ] کالیبر در سراسر پاکت محیط زیست. کالیبراسیون در دمای انتظار و رطوبت شدید، نه فقط در محیط استفاده از یک اتاق آب و هوایی برای شخصیت سازی جامع.
  • خود را به خود اختصاص دهید. استفاده در دمای صفحه و سنسور رطوبت (به عنوان مثال، یک عنصر رطوبت مقاومتی به علاوه RTD) برای اصلاح خروجی اولیه در زمان واقعی است. بسیاری از مبدل های مدرن شامل ماژول های جبران یکپارچه.
  • نوع مبدل مناسب را انتخاب کنید. برای رطوبت نوسان، سنسورهای مهر و موم شده با مواد کم هیgroscopic را انتخاب کنید.برای نوسانات دمای گسترده، فن آوری های مبدل با حساسیت حرارتی پایین (به عنوان مثال، اندازه گیری های سویه vibizing) ممکن است سودمند باشد.
  • Install با ملاحظات زیست محیطی.[۱۰] [FLT ۱] از مبدل های نصب شده در نزدیکی منابع گرما، در نور مستقیم خورشید، یا در مناطق با خطر تراکم استفاده از استراحت حرارتی یا کاهش حرارت در صورت لزوم اجتناب کنید.
  • استفاده از سیگنال عاقلانه تنظیم تقویت کننده با رد و فیلتر رایج بالا می تواند نویز معرفی شده توسط دخالت محیط زیست را کاهش دهد. Guarding و محافظت از جریان نشت به حداقل رساندن جریان نشت.
  • نگهداری و بازرسی منظم برای خوردگی اتصال، یکپارچگی مهر و موم و تقویت تراکم بررسی کنید.
  • تست سطح سیستمAdopt شرایط دنیای واقعی را با استفاده از HALT (تأ سریع تست زندگی) برای شناسایی نقاط ضعف قبل از استقرار، ساده می کند.

Endevco تجزیه و تحلیل اثرات دما بر روی شتاب سنج های پازوالکتریک را فراهم می کند.[۱۰]

مثال های Application

سنسور های نفت و گاز Downholes

در به خوبی، مبدل ها با 200 درجه سانتیگراد و 100٪ رطوبت نسبی مواجه هستند. مسکن های حفاظتی، الکترونیک با درجه حرارت بالا و آلیاژهای مقاوم در برابر کورتیاری اجباری هستند. مدارهای جبران هیبریدی با استفاده از سنسورهای مبتنی بر یاقوت کبود برای حفظ دقت توسعه یافته اند.

ایستگاه های هواشناسی و نظارت بر محیط زیست

سنسورهای رطوبت و ردیاب های رطوبت به طور مستقیم در معرض شرایط محیطی قرار می گیرند تا حرکت را به حداقل برسانند، تولید کنندگان پوشش های پلیمری را اعمال می کنند و از الگوریتم های اصلاح دیجیتال استفاده می کنند.

تجهیزات تشخیصی پزشکی

مبدل های فشار در تهویه کننده ها در مدارهای بیمار اشباع شده رطوبت کار می کنند. طرح های ضد انعقاد، موانع هیدروفوبیک و کالیبراسیون مکرر مانع از تخریب سیگنال می شوند که می تواند ایمنی بیمار را به خطر اندازد.

نتیجه گیری

دما و رطوبت یکی از فراگیرترین عوامل استرس زا محیطی است که بر یکپارچگی سیگنال مبدل تأثیر می گذارد. اثرات آنها از حرکت ظریف به شکست فاجعه بار است.با درک مکانیسم های فیزیکی - ضریب حرارتی، خوردگی، خرابی عایق - مهندسان می توانند تکنیک های جبران مناسب و اقدامات حفاظتی را انتخاب کنند. مبدل های مدرن به طور فزاینده ای ادغام جبران دیجیتال و مهر و موم قوی، اما طراحی سیستم مناسب، کالیبراسیون و نگهداری ضروری هستند.

برای مطالعه بیشتر، با منابع فنی از تولید کنندگان سنسور و استانداردهای صنعت مانند ] ASTM E230 برای سنسورهای دما مشورت کنید.