컨텐츠 메뉴
>> 3. 압전 압력 센서
>> 4. 박막 압력 센서
>> 5. 광학 압력 센서
>> 6. 공진 압력 센서
● 압력 측정 유형
>> 산업 자동화
>> 자동차 산업
>> 의료 기기
>> 환경 모니터링
>> 항공 우주 및 항공
>> 소비자 전자 장치
>> 교정 및 보상
>> 온도 효과
>> 과압 및 파열 보호
>> 전기 소음 및 간섭
>> 미디어 호환성
● 결론
● FAQ
>> 1. 압력 센서, 트랜스 듀서 및 송신기의 차이점은 무엇입니까?
>> 2. 응용 프로그램에 적합한 압력 센서를 어떻게 선택합니까?
>> 3. 압력 센서가 액체와 가스를 모두 측정 할 수 있습니까?
● 인용 :
압력 센서는 수많은 현대 시스템에서 중요한 구성 요소로 자동차 및 항공 우주에서 건강 관리 및 환경 모니터링에 이르는 산업의 정확한 측정 및 압력 제어를 가능하게합니다. 방법 이해 압력 센서 작업에는 기본 원리, 다양한 유형, 내부 아키텍처, 신호 처리 및 적용에 대한 실제 고려 사항을 탐색하는 것이 포함됩니다. 이 포괄적 인 기사는 압력 센서의 과학, 기술 및 실제 사용을 탐구하여 엔지니어, 학생 및 센서 기술에 관심이있는 사람을위한 철저한 가이드를 제공합니다.
압력 센서는 표면에서 유체 (액체 또는 가스)에 의해 가하는 힘을 감지 하고이 힘을 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 그런 다음이 신호는 자동화 시스템에서 피드백 제어에 측정, 표시 또는 사용될 수 있습니다. 압력 센서는 종종 설계 및 출력에 따라 압력 변환기, 송신기 또는 스위치라고합니다.
핵심에서, 압력 센서는 감지 요소에 적용되는 물리적 압력을 전기 신호로 변환함으로써 기능한다. 프로세스에는 일반적으로 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.
1. 힘 수집 : 유연한 다이어프램 또는 막 압력에 반응하여 변형됩니다.
2. 신호 변환 : 변형은 변형 게이지, 용량 성 플레이트 또는 압전 결정과 같은 변형 요소에 의해 감지되며, 이는 기계적 변화를 전기 신호로 변환합니다.
3. 출력 생성 : 전기 신호는 추가로 사용하기 위해 전압, 전류 또는 디지털 신호로 처리되고 출력됩니다.
이 변환 프로세스의 정확성과 신뢰성은 실제 응용 프로그램에서 센서의 효과에 중요합니다.
압력 센서는 다양한 유형으로 제공되며 각각 고유 한 작업 원리와 적절한 응용 프로그램이 있습니다. 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.
- 구조 :이 센서는 종종 휘트 스톤 브리지 구성에 배열 된 스트레인 게이지가 결합 된 얇은 다이어프램을 사용합니다.
- 작동 : 압력이 가해지면 다이어프램이 구부러져 스트레인 게이지의 저항이 변합니다. 이러한 저항의 변화는 압력에 비례하는 전압 출력을 변경합니다.
- 응용 프로그램 : 신뢰성과 비용 효율성으로 인해 산업 자동화, 자동차 시스템 및 의료 기기에 널리 사용됩니다.
- 구조 : 두 개의 전도도 플레이트 - 하나의 고정 및 유연한 (다이어프램)로 구성됩니다.
- 작동 : 압력으로 인해 다이어프램이 움직여 플레이트와 커패시턴스 사이의 거리가 변경됩니다. 이 변형은 감지되어 전기 신호로 변환됩니다.
-응용 프로그램 : 저압 측정, 고정밀 응용 프로그램 및 저전력 소비가 필요한 환경에 이상적입니다.
- 구조 : 기계적으로 스트레스를받을 때 전하를 생성하는 석영 또는 특정 세라믹과 같은 재료를 사용하십시오.
- 작동 : 압력이 가해지면 압전 재료는 힘에 비례하는 전압을 생성합니다. 이 센서는 동적 (빠르게 변화하는) 압력을 측정 할 때 탁월합니다.
- 응용 프로그램 : 진동 분석, 충격 모니터링, 동적 압력 측정 및 음향 응용 분야에서 사용됩니다.
- 구조 : 금속 다이어프램에 퇴적 된 금속 박막 게이지 특징.
- 작동 : 압력은 다이어프램을 구부려 박막의 전기 저항을 변경하여 출력 신호로 측정됩니다.
-응용 프로그램 : 고온, 높은 안정성 및 가혹한 산업 환경에 적합합니다.
- 구조 : 광 전송 또는 반사의 압력 유발 변화를 감지하기 위해 광 섬유 또는 구성 요소를 사용하십시오.
- 작동 : 압력은 광 신호를 조절하는 굽힘 또는 굴절률과 같은 광 경로의 물리적 특성을 변경합니다.
- 응용 프로그램 : MRI 기계 또는 고전압 장비와 같은 강한 전자기 간섭이있는 환경에 적합합니다.
- 구조 : 공진 주파수가 적용된 압력으로 변화하는 진동 요소 (예 : 실리콘 빔)를 사용합니다.
- 작동 : 압력 유발 응력은 전자적으로 측정되는 공진 주파수를 변경합니다.
- 응용 프로그램 : 고정밀 과학 도구 및 항공 우주 시스템에 사용됩니다.
압력 센서는 다양한 응용 분야의 요구에 맞게 다양한 형태로 신호를 출력 할 수 있습니다.
- 전압 출력 : 압력에 비례하여 직접 전압을 제공하는 압력 변환기에서 일반적입니다.
- 현재 출력 (4–20 Ma) : 산업 송신기의 표준으로 최소한의 손실로 장거리 신호 전송이 가능합니다.
- 디지털 출력 : 마이크로 컨트롤러 인터페이스 (I2C, SPI, CAN 등)가있는 최신 센서에서 사용되어 디지털 시스템 및 IoT 장치에 통합 할 수 있습니다.
신호 컨디셔닝 회로는 종종 센서 패키지 내에 포함되어 출력을 증폭, 필터링 및 선형화하여 정확하고 안정적인 판독 값을 보장합니다.
압력 센서는 측정에 사용되는 기준점에 따라 분류됩니다.
- 게이지 압력 : 대기압과 관련된 측정 (예 : 타이어 압력).
- 절대 압력 : 완벽한 진공 (예 : 기압)에 대한 측정.
- 차등 압력 : 두 지점 (예 : 필터 또는 오리피스를 통해)의 차이를 측정합니다.
각 유형은 특정 응용 프로그램을 제공하며 적절한 센서 설계가 필요합니다.
압력 센서는 산업 및 기술 전반에 걸쳐 보편적입니다. 일부 주요 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.
- 유압 및 공압 시스템 모니터링 및 제어.
- 공정 제어의 안전성 보장 (예 : 보일러, 압축기).
- 누출 감지 및 예방 유지 보수.
- 타이어 압력 모니터링 시스템 (TPMS).
- 엔진 관리 (매니 폴드 공기 압력, 오일 압력).
- 에어백 배치 및 브레이크 시스템.
- 혈압 모니터 (비 침습적 및 침습적).
- 호흡기 장비 (인공 호흡기, 마취 기계).
- 주입 펌프 및 유체 전달 시스템.
- 기상 관측소 (기압).
- 지하수 및 홍수 모니터링.
- 대기 질 및 오염 감지.
- 객실 압력 제어.
- 고도 및 대기 속도 측정.
- 엔진 및 연료 시스템 모니터링.
- 스마트 폰 및 웨어러블 (고도계, 바로메트).
- 홈 자동화 (HVAC, 스마트 어플라이언스).
- 파이프 라인 모니터링 및 누출 감지.
- 웰 헤드 압력 측정.
- 발전소 안전 시스템.
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술은 소형화 및 대량 생산을 가능하게하여 압력 센서에 혁명을 일으켰습니다. MEMS 압력 센서는 미세 가재 다이어프램과 압전성 또는 용량 성 요소를 사용하여 다음을 제공합니다.
- 작은 크기와 낮은 무게.
- 저전력 소비.
- 높은 신뢰성과 반복성.
- 디지털 전자 제품과의 통합.
MEMS 센서는 작품과 비용 효율성으로 인해 자동차, 의료 및 소비자 전자 제품에 널리 사용됩니다.
사물 인터넷 (IoT)이 증가함에 따라 압력 센서는 무선 통신 모듈 (Bluetooth, Zigbee, Lora 등)과 점점 더 통합되어 원격 모니터링 및 데이터 로깅이 가능합니다. 스마트 센서에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 온보드 신호 처리.
- 자기 교체 및 진단.
- 보안 전송을위한 데이터 암호화.
이러한 발전은 압력 센서의 범위를 예측 유지 보수, 스마트 도시 및 연결 의료로 확장합니다.
정확도를 보장하기 위해 압력 센서는 알려진 표준에 비해 교정됩니다. 제조업체에는 종종 환경 영향과 센서 드리프트에 대응하기위한 온도 보상 및 선형화 알고리즘이 포함됩니다. 고급 센서는 교정 데이터를 온보드 메모리에 저장하여 플러그 앤 플레이 교체가 가능합니다.
올바른 압력 센서를 선택하려면 여러 요인 균형을 잡는 것이 포함됩니다.
- 압력 범위 : 센서가 적절한 안전 마진으로 예상 작동 범위를 커버하는지 확인하십시오.
- 정확도와 정밀도 : 센서의 정확도를 애플리케이션 요구 사항과 일치시킵니다. 온도와 시간에 대한 총 오차 대역을 고려하십시오.
- 환경 조건 : 극한의 온도, 습도, 진동, 충격 및 부식 미디어에 대한 노출 평가.
- 출력 신호 유형 : 시스템과 호환되는 출력이있는 센서를 선택하십시오 (아날로그 전압, 전류 루프, 디지털).
- 응답 시간 : 빠른 응답은 동적 압력 측정 (예 : 엔진 모니터링, 폭발 감지)에 중요합니다.
- 재료 호환성 : 센서 습식 부품은 공정 매체의 부식 또는 화학 공격에 저항해야합니다.
- 크기 및 장착 : 사용 가능한 공간 및 설치 제약 조건을 고려하십시오.
- 비용 및 장수 : 예상 서비스 수명 및 유지 보수 요구 사항에 대한 초기 비용의 균형.
압력 센서는 온도 변화에 민감하여 드리프트 또는 비선형 성을 유발할 수 있습니다. 솔루션은 다음과 같습니다.
- 내장 온도 보정 회로.
- 열 팽창이 낮은 재료 사용.
- 운영 환경에서 정기적으로 교정.
정격 최대 값을 넘어 압력에 센서를 노출 시키면 영구적 인 손상이 발생할 수 있습니다. 많은 센서에는 다음이 포함됩니다.
- 다이어프램 편향을 제한하기 위해 기계식 정지.
- 중요한 응용 분야에서 압력 릴리프 밸브 또는 버스트 디스크.
산업 환경은 센서 정확도에 영향을 미치는 전기 노이즈를 도입 할 수 있습니다. 완화 전략에는 다음이 포함됩니다.
- 차폐 케이블 및 적절한 접지.
- 차동 신호 전송 (예 : 4-20 MA 루프).
- 강력한 데이터 무결성을위한 디지털 신호 출력.
올바른 센서 재료 (예 : 스테인리스 스틸, Hastelloy, Ceramic)를 선택하면 부식성 또는 연마 환경에서 장기적인 성능을 보장합니다.
압력 센서 기술의 미래는 몇 가지 트렌드로 형성됩니다.
- AI 및 데이터 분석과 통합 : 온보드 처리가있는 스마트 센서는 이상을 감지하고 고장을 예측할 수 있습니다.
- 유연하고 웨어러블 센서 : 의료 및 스포츠 응용을위한 유연한 기판에 대한 압력 센서 개발.
- 에너지 수확 : 유지 보수가없는 작동을 위해 주변 에너지 (진동, 열 또는 태양)로 구동되는 센서.
- 환경 지속 가능성 : 친환경 재료 및 제조 공정.
압력 센서는 오늘날의 기술적으로 진보 된 세계에서 필수적이어서 물리적 환경과 전자 시스템 사이의 중요한 연결을 제공합니다. 압력을 정확하고 안정적으로 측정하는 능력은 산업 전반의 안전, 효율성 및 혁신을 뒷받침합니다. 스마트 폰의 작은 MEMS 센서에서 석유 리그의 강력한 산업 송신기에 이르기까지 압력 센서 기술의 발전은 자동화, 의료, 운송 및 그 이상의 진전을 이끌고 있습니다. 압력 센서의 작동 방식, 유형 및 선택 기준을 이해하면 엔지니어와 사용자가 현재 및 미래의 응용 프로그램에 대한 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.
압력 센서는 압력을 감지하고이를 전기 신호로 변환합니다. 압력 변환기는 일반적으로 압력에 비례하는 전압 신호를 출력하는 센서를 지칭하는 반면, 압력 송신기는 감지 된 압력을 산업 응용 분야의 전류 출력 (종종 4-20 Ma)으로 변환합니다.
필요한 압력 범위, 정확도, 환경 조건, 출력 신호 유형 및 측정중인 매체와의 호환성과 같은 요소를 고려하십시오. 또한 특정 환경에 대한 센서의 응답 시간과 재료 호환성을 평가하십시오.
예, 대부분의 압력 센서는 센서 재료가 배지와 호환되고 압력 범위가 적절한 경우 액체와 가스의 압력을 측정하도록 설계되었습니다.
일반적인 원인으로는 호환되지 않는 화학 물질, 극한 온도, 기계적 충격 또는 진동, 전기 서지 및 다이어프램 또는 감지 요소에 대한 물리적 손상에 대한 노출이 포함됩니다.
일반적으로 참조 표준을 사용하는 제조업체의 지침에 따라 정기적 인 교정이 권장됩니다. 유지 보수에는 센서를 깨끗하게 유지하고, 누출을 확인하고, 연결이 안전하고 부식이 없는지 확인하는 것이 포함됩니다.
[1] https://www.sameskydevices.com/blog/an-overview-of-pressure-sensors
[2] https://superiorsensors.com/how-do-pressure-sensors-work/
[3] https://www.variohm.com/news-media/technical-blog-archive/working-principle-of-a-pressure-sensor
[4] https://www.dwyeromega.com/en-us/resources/pressure-transducers-how-it-works
[5] https://my.avnet.com/abacus/solutions/technologies/sensors/pressure-sensors/
[6] http://www.valcom.co.jp/english/product/pse/principle/
[7] https://nz.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/pressure-sensors-guide
[8] https://patents.google.com/patent/wo2016192409a1/zh
[9] http://www.valcom.co.jp/english/product/pse/line/
[10] https://generalinstruments.co.in/blogs/5-applications-of-analogue-pressure-sensors-in-the-industry/
[11] https://huggingface.co/datasets/huangxb1998/dataset_08_29/viewer/default/train?p=10
