Considerações para incluir um sensor de pressão de suporte de placa

Neste artigo, descubra o que são os sensores de pressão de montagem em placa, como funcionam, seus benefícios, aplicações e como escolher um para um projeto.

Sensores de pressão de montagem em placa (Figura 1) já estão sendo usados ​​em várias aplicações, incluindo dispositivos médicos, automação industrial e HVACR. Mas por que eles podem ser escolhidos em vez de sistemas de detecção de pressão mais tradicionais?

Figura 1:Exemplos de sensores de pressão de montagem na placa. Imagem usada cortesia da Honeywell

Sensores de pressão de montagem em placa, como o nome indica, são sensores de pressão projetados para serem montados em uma PCB (Placa de Circuito Impresso), tornando-se parte integrante de um conjunto eletrônico. Enquanto alguns sensores são projetados para avaliar a pressão de contato físico entre um sensor e um objeto sólido, outros são projetados especificamente para medir a pressão de um líquido ou gás.

Benefícios dos sensores de suporte de placa

Em geral, os benefícios do sensor de pressão de montagem em placa consistem em incluir os sensores e ASIC (Circuito Integrado de Aplicação Específica) em um único chip que é fácil de colocar, mesmo em PCBs muito lotados.

Tal abordagem:

• Reduz os custos da peça
• Simplifica a complexidade do design
• Reduz a pegada do sistema
• Aumenta a flexibilidade do projeto na implementação do sensor

Além disso, alguns desses sensores incluem calibração, amplificação e compensação de temperatura integrada em um único pacote que:

• Aumenta o tempo de atividade do sistema
• Torna a substituição de sensores muito mais fácil
• Cria uma pegada mais compacta e leve de sistemas de medição de pressão.

Outro benefício é como esses sensores são projetados para funcionar em ambientes que envolvem altos níveis de umidade e / ou exposição a vários fluidos e gases. Isso permite que o sensor seja exposto diretamente à mídia que está sendo medida, o que pode ser extremamente importante em aplicações como ventiladores ou aparelhos para apneia do sono (consulte a Figura 2).

Figura 2:Exemplo de diagrama de sensores usados ​​em uma máquina de apnéia do sono. Imagem usada cortesia da Honeywell

Finalmente, existem certos tipos desses sensores que fornecem níveis extremamente altos de precisão, juntamente com boa precisão, resolução e repetibilidade, os quais podem ser críticos em muitos dispositivos.

Tipos de pressão para sensores de pressão

Quase todos os sensores de pressão de montagem em placa dependem de algum tipo de estrutura de nível micro (por exemplo, diafragma) que exibe uma mudança em uma característica elétrica que é proporcional à deformação que experimenta quando deformada.

As características elétricas podem incluir uma mudança na capacitância, resistência ou carga, todas as quais podem ser medidas e transformadas em um sinal elétrico.

Os três tipos de pressões medidas por sensores de pressão são:

• Pressão manométrica , a pressão relativa à pressão atmosférica
• Pressão diferencial , a diferença de pressão entre dois pontos
• Pressão absoluta, a pressão relativa a 0 psi

Na maioria dos casos, os sensores de pressão manométrica fornecem uma saída que é proporcional a qualquer variação da pressão atmosférica, enquanto a pressão diferencial é baseada em medições de pressão entre duas portas. Finalmente, os sensores de pressão absoluta usam uma referência de vácuo interno e geralmente são usados ​​para medir mudanças de pressão barométrica ou mudanças de altitude.

Aplicações:Médicas e Industriais

Sensores de pressão de montagem em placa são usados ​​em muitas aplicações e setores diferentes (Figura 3), desde dispositivos médicos de missão crítica até fabricação automatizada.

Eles podem ser encontrados em HVACR detectando filtros entupidos, auxiliando no monitoramento ambiental e IAQ (qualidade do ar interno), e na conservação de energia de edifícios.

Esses sensores de pressão também funcionam bem para medir a pressão estática do duto, detectar a presença de filtros e oferecer suporte ao controle de VAV (Volume de ar variável).

Figura 3:Dois exemplos de aplicações onde este tipo de sensor pode ser aplicado são em dispositivos médicos (esquerda) e ambientes industriais (direita). Imagem usada cortesia da Honeywell

Indústria Médica

Na indústria médica, eles se mostraram indispensáveis ​​em vários equipamentos, incluindo:

• Ventiladores
• Máquinas de anestesia
• Pressão de ar do quarto de hospital
• Espirômetros

Sensores de pressão de montagem em placa também são usados ​​em equipamentos relacionados a análises sanguíneas, diálise, centrifugação e distribuição de gases como oxigênio e nitrogênio.

Indústria Industrial

Em um contexto industrial, esses sensores são usados ​​em:

• Maquinaria geral
• Monitoramento de condição
• Dispositivos IIoT (Internet das coisas industrial)
• Indústria 4.0
• Robótica

Esses sensores são usados ​​em configurações industriais com:

• Controle pneumático de ar
• Controle de processo
• Detecção de vazamento
• Sistemas de controle do clima
• Vacuostatos
• Altímetros
• Barômetros

Escolha de um sensor:especificações e características

Antes de escolher um sensor de pressão de montagem em placa, é importante compreender algumas das principais especificações e características desses sensores.

Quando se trata das especificações desse tipo de sensor, elas geralmente incluem a faixa do sinal de saída e a tensão de alimentação. Além disso, deve-se escolher se o sinal de saída é raciométrico VDC analógico ou digital I ² C ou Interface Periférica Serial (SPI), que pode ter interface direta com um microprocessador ou microcontrolador.

Analógico ou digital também afeta a frequência com que os valores dos dados podem ser atualizados, o que normalmente é medido em kHz.

Quanto às características básicas para sensores de pressão de montagem em placa, muitas vezes incluem:

• Faixa - pressão mínima e máxima que o sensor pode detectar com precisão
• Resolução - mudança de pressão mínima que deve estar presente para que o sinal de saída a reflita

Lembre-se de que existe uma relação entre alcance e resolução:quanto maior o alcance, menor é a resolução possível e vice-versa.

Além das características de pressão padrão, é aconselhável considerar a pressão de ruptura. Algumas aplicações, incluindo aquelas na área médica, podem envolver procedimentos de limpeza ou higienização que podem levar a um aumento temporário, mas significativo, da pressão. Picos de pressão que, embora transitórios, ainda excedem o limite de sobrepressão do dispositivo.

Outra característica importante a ser considerada é a temperatura. Uma vez que a temperatura tem um impacto significativo na pressão, alguns (mas não todos) sensores de pressão de montagem em placa são compensados ​​por fatores como:

• Deslocamento do sensor
• Sensibilidade
• Efeitos da temperatura
• Não linearidade.

Essa compensação de temperatura geralmente é realizada por meio do uso de ASICs integrados.

A precisão, que indica quão próximo o valor de pressão relatado pelo sensor está da pressão real sendo medida, também é crucial.

A precisão é relatada como uma porcentagem dos sensores de pressão de escala total (FS) ou amplitude de banda de escala total (FSS). Também pode ser relatado em termos de Banda de erro total (TEB), que representa a precisão do sensor em uma faixa compensada por temperatura.

Uma característica final desses sensores envolve o tipo de meio com o qual trabalha (por exemplo, fluidos, gases secos) e se o meio deve atender a requisitos adicionais, como não corrosivo ou não iônico.

Embora essas sejam apenas algumas especificações e considerações, é necessário considerar cada uma ao escolher o sensor de pressão a ser selecionado.

Linha de produtos de cerâmica de silício de precisão padrão TruStability da Honeywell (SSC)

No geral, esses sensores podem ser benéficos para aplicações que requerem uma pequena pegada e exposição direta à mídia. Quando selecionados e integrados corretamente, eles podem provar ser altamente confiáveis ​​com excelente precisão em uma ampla faixa de pressões.

A linha de produtos Honeywell TruStability Standard Accuracy Silicon Ceramic (SSC) é uma opção para gases e líquidos não iônicos e não corrosivos, incluindo ar e outros gases secos, em uma ampla faixa de pressão de ± 1,6 mbar a ± 10 bar (± 160 Pa para ± 1 MPa).

Esta família de sensores foi calibrada e compensada por temperatura para deslocamento do sensor, não linearidade, sensibilidade, efeitos de temperatura (-20 ° C a 85 ° C), usando um ASIC integrado, suporta altas pressões de ruptura e atende IPC / JEDEC J-STD-020D.1 Requisito do Nível 1 de Sensibilidade à Umidade.

Esses sensores podem medir pressão manométrica, diferencial e absoluta e oferecer suporte a analógico raciométrico e I ² Saída digital C / SPI.

Além disso, esses sensores incluem:

• Leituras que são atualizadas em 2 kHz para digital e 1 kHz para analógico
• Um erro total de ± 2% FSS a ± 5% FSS, dependendo da faixa de pressão, com níveis de precisão líderes da indústria de ± 0,25% FSS BFSL.
• Um modo de suspensão de suporte para eficiência de energia.
• Uma ampla gama de configurações de portas e caixas para encurtar o tempo de projeto e desenvolvimento para engenheiros.

A Sager Electronics é uma distribuidora de estoque autorizada da Honeywell Sensing e IoT, oferecendo um amplo escopo de sensores de pressão de montagem de placa TruStability, bem como outros sensores e soluções de comutação. Clique aqui para saber mais sobre esses sensores ou visite o catálogo da Honeywell em sager.com.

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