보드 장착 압력 센서 포함 시 고려 사항

이 기사에서는 기판 실장 압력 센서가 무엇인지, 작동 방식, 이점, 응용 분야 및 설계에 적합한 센서를 선택하는 방법에 대해 알아봅니다.

기판 실장 압력 센서(그림 1)는 이미 의료 기기, 산업 자동화 및 HVACR을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다. 하지만 기존의 압력 감지 시스템보다 선택해야 하는 이유는 무엇입니까?

그림 1:기판 실장 압력 센서의 예. Honeywell 제공 이미지 사용

기판 실장 압력 센서는 이름에서 알 수 있듯이 PCB(인쇄 회로 기판)에 실장되도록 설계된 압력 센서로, 전자 어셈블리의 통합 부품이 됩니다. 일부 센서는 센서와 고체 물체 사이의 물리적 접촉 압력을 평가하도록 설계되었지만 다른 센서는 특히 액체 또는 기체의 압력을 측정하도록 설계되었습니다.

보드 실장 센서의 이점

일반적으로 기판 실장 압력 센서의 장점은 매우 복잡한 PCB에도 쉽게 배치할 수 있는 단일 칩에 센서와 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)을 포함한다는 점입니다.

이러한 접근 방식:

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부품 비용 절감

설계 복잡성 단순화

시스템 설치 공간 감소

센서 구현 시 설계 유연성 향상

또한 이러한 센서 중 일부에는 다음과 같은 단일 패키지에 통합된 보정, 증폭 및 온도 보상이 포함되어 있습니다.

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시스템 가동 시간 향상

센서를 훨씬 쉽게 교체할 수 있습니다.

압력 측정 시스템의 보다 작고 가벼운 설치 공간을 만듭니다.

또 다른 이점은 이러한 센서가 높은 수준의 습도 및/또는 다양한 유체 및 가스에 대한 노출과 관련된 환경에서 작동하도록 설계된 방법입니다. 이를 통해 센서가 측정 중인 매체에 직접 노출될 수 있으며 이는 인공호흡기 또는 수면 무호흡증 기계와 같은 애플리케이션에서 매우 중요할 수 있습니다(그림 2 참조).

그림 2:수면 무호흡증 기계에 사용되는 센서 다이어그램의 예. Honeywell 제공 이미지 사용

마지막으로, 많은 장치에서 매우 중요할 수 있는 우수한 정밀도, 분해능 및 반복성과 함께 매우 높은 수준의 정확도를 제공하는 특정 유형의 센서가 있습니다.

압력 센서의 압력 유형

거의 모든 기판 실장 압력 센서는 변형될 때 경험하는 변형에 비례하는 전기적 특성의 변화를 나타내는 일부 유형의 마이크로 레벨 구조(예:다이어프램)에 의존합니다.

전기적 특성에는 정전용량, 저항 또는 전하의 변화가 포함될 수 있으며, 이 모든 것은 측정되어 전기 신호로 변환될 수 있습니다.

압력 센서로 측정되는 세 가지 유형의 압력은 다음과 같습니다.

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게이지 압력 , 대기압에 대한 압력

차압 , 두 점 사이의 압력차

절대 압력 0psi에 대한 압력

대부분의 경우 게이지 압력 센서는 대기압의 변화에 ​​비례하는 출력을 제공하는 반면 차압은 두 포트 간의 압력 측정을 기반으로 합니다. 마지막으로 절대 압력 센서는 내부 진공 기준을 사용하며 일반적으로 기압 변화 또는 고도 변화를 측정하는 데 사용됩니다.

응용 프로그램:의료 및 산업

기판 실장 압력 센서는 미션 크리티컬 의료 기기에서 자동화 제조에 이르기까지 다양한 애플리케이션과 산업에서 사용됩니다(그림 3).

막힌 필터를 감지하는 HVACR, 환경 모니터링 및 IAQ(실내 공기질) 지원, 건물 에너지 절약에서 찾을 수 있습니다.

이 압력 센서는 정적 덕트 압력 측정, 필터 존재 감지, VAV(가변 풍량) 제어 지원에도 적합합니다.

그림 3:이러한 유형의 센서를 적용할 수 있는 두 가지 예시 애플리케이션은 의료 기기(왼쪽)와 산업 설정(오른쪽)입니다. Honeywell 제공 이미지 사용

의료 산업

의료 산업에서 다음과 같은 다양한 장비에 필수 불가결한 것으로 입증되었습니다.

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환풍기

마취 기계

병실 기압

폐활량계

기판 장착 압력 센서는 혈액 분석, 투석, 원심분리 및 산소 및 질소와 같은 가스 분배와 관련된 장비에도 사용됩니다.

산업 산업

산업적 맥락에서 이러한 센서는

에 사용됩니다. <울>

일반 기계

상태 모니터링

IIoT(산업용 사물 인터넷) 장치

인더스트리 4.0

로봇공학

이 센서는 다음과 같은 산업 환경에서 사용됩니다.

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공압 공기 제어

공정 제어

누출 감지

날씨 제어 시스템

진공 스위치

고도계

기압계

센서 선택:사양 및 특성

기판 실장 압력 센서를 선택하기 전에 이러한 센서의 몇 가지 주요 사양과 특성을 이해하는 것이 중요합니다.

이러한 유형의 센서 사양에는 종종 출력 신호 범위와 공급 전압이 포함됩니다. 또한 출력 신호가 비율계량 VDC 아날로그인지 디지털 I ² 인지 여부를 선택해야 합니다. 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러에 직접 인터페이스할 수 있는 C 또는 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI).

아날로그 또는 디지털은 일반적으로 kHz로 측정되는 데이터 값을 업데이트할 수 있는 빈도에도 영향을 미칩니다.

기판 실장 압력 센서의 기본 특성은 다음과 같은 경우가 많습니다.

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범위 – 센서가 정확하게 감지할 수 있는 최소 및 최대 압력

해상도 – 출력 신호가 이를 반영하기 위해 존재해야 하는 최소 압력 변화

범위와 해상도 사이에는 관계가 있음을 명심하십시오. 범위가 높을수록 가능한 해상도가 낮고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

표준 압력 특성 외에도 파열 압력을 고려하는 것이 좋습니다. 의료 분야를 포함한 일부 응용 분야에는 일시적이지만 상당한 압력 증가로 이어질 수 있는 청소 또는 위생 절차가 포함될 수 있습니다. 일시적이기는 하지만 여전히 장치의 과압 한계를 초과하는 압력 스파이크.

고려해야 할 또 다른 주요 특성은 온도입니다. 온도는 압력에 상당한 영향을 미치므로 일부(전부는 아님) 기판 실장 압력 센서는 다음과 같은 요인에 대해 온도 보상을 받습니다.

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센서 오프셋

감도

온도 영향

비선형성.

이 온도 보상은 종종 온보드 ASIC을 사용하여 수행됩니다.

센서에 의해 보고된 압력 값이 측정되는 실제 압력과 얼마나 가까운지를 나타내는 정확도도 중요합니다.

정확도는 압력 센서 Full Scale(FS) 또는 Full Scale Band Span(FSS)의 백분율로 보고됩니다. 온도 보상 범위에 대한 센서의 정확도를 나타내는 TEB(총 오류 대역)로 보고될 수도 있습니다.

이러한 센서의 마지막 특성 중 하나는 작동하는 매체 유형(예:유체, 건조 가스)과 매체가 비부식성 또는 비이온성과 같은 추가 요구 사항을 충족해야 하는지 여부와 관련됩니다.

이것은 몇 가지 사양과 고려 사항에 불과하지만 어떤 압력 센서를 선택할지 선택할 때 각각을 고려해야 합니다.

Honeywell의 TruStability 표준 정확도 실리콘 세라믹(SSC) 제품 라인

전반적으로 이러한 센서는 설치 공간이 작고 매체에 직접 노출되어야 하는 애플리케이션에 유용할 수 있습니다. 올바르게 선택하고 통합하면 광범위한 압력에서 뛰어난 정확도로 높은 신뢰성을 입증할 수 있습니다.

Honeywell TruStability 표준 정확도 SSC(실리콘 세라믹) 제품 라인은 ±1.6 mbar ~ ±10 bar(±160 Pa ~ ±1 MPa).

이 센서 제품군은 온보드 ASIC을 사용하여 센서 오프셋, 비선형성, 감도, 온도 효과(-20°C ~ 85°C)에 대해 보정 및 온도 보정되었으며 높은 버스트 압력을 지원하고 IPC/JEDEC를 충족합니다. J-STD-020D.1 수분 감도 레벨 1 요구 사항.

이 센서는 게이지, 차동 및 절대 압력을 측정하고 비율계량 아날로그 및 I ² 를 지원할 수 있습니다. C/SPI 디지털 출력.

또한 이러한 센서에는 다음이 포함됩니다.

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디지털의 경우 2kHz, 아날로그의 경우 1kHz로 업데이트된 판독값

압력 범위에 따라 ±2% FSS ~ ±5% FSS의 총 오류, 업계 최고의 정확도 수준은 ±0.25% FSS BFSL입니다.

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