Dalam pengukuran tekanan, anda mungkin perasan bahawa keputusan pengukuran tidak serta-merta mencerminkan perubahan dalam tekanan input atau sepadan sepenuhnya apabila tekanan kembali ke keadaan asalnya. Contohnya, apabila menggunakan penimbang bilik mandi untuk mengukur berat, penderia penimbang memerlukan masa untuk mengesan dan menstabilkan bacaan berat anda dengan tepat. Themasa tindak balasdaripada sensor membawa kepada turun naik data awal. Setelah penderia melaraskan beban dan menyelesaikan pemprosesan data, bacaan akan memaparkan hasil yang lebih stabil.Ini bukan kecacatan penderia tetapi ciri biasa bagi kebanyakan peranti pengukuran elektronik, terutamanya apabila melibatkan pemprosesan data masa nyata dan pencapaian keadaan mantap. Fenomena ini boleh dirujuk sebagai histeresis sensor.
Apakah histerisis dalam penderia tekanan?
Sensorhisterisisbiasanya ditunjukkan apabila terdapat perubahan dalam input (seperti suhu atau tekanan), dan isyarat keluaran tidak serta-merta mengikuti perubahan input, atau apabila input kembali kepada keadaan asalnya, isyarat keluaran tidak kembali sepenuhnya kepada keadaan asalnya. . Fenomena ini boleh dilihat pada lengkung ciri sensor, di mana terdapat lengkung berbentuk gelung ketinggalan antara input dan output, bukannya garis lurus. Khususnya, jika anda mula meningkatkan input daripada nilai tertentu tertentu, output sensor juga akan meningkat dengan sewajarnya. Walau bagaimanapun, apabila input mula menurun kembali ke titik asal, anda akan mendapati bahawa nilai output adalah lebih tinggi daripada nilai output asal semasa proses pengurangan, membentuk gelung ataugelung histerisis. Ini menunjukkan bahawa semasa proses meningkat dan menurun, nilai input yang sama sepadan dengan dua nilai output yang berbeza, iaitu paparan intuitif histerisis.
Rajah menunjukkan hubungan antara output dan tekanan yang dikenakan dalam penderia tekanan semasa proses aplikasi tekanan, diwakili dalam bentuk lengkung histerisis. Paksi mendatar mewakili output sensor, dan paksi menegak mewakili tekanan yang dikenakan. Lengkung merah mewakili proses di mana output sensor meningkat dengan tekanan yang meningkat secara beransur-ansur, menunjukkan laluan tindak balas dari tekanan rendah ke tinggi. Lengkung biru menunjukkan bahawa apabila tekanan yang dikenakan mula berkurangan, output sensor juga berkurangan, dari tekanan tinggi kembali ke rendah, menggambarkan tindak balas sensor semasa pemunggahan tekanan. Kawasan antara dua lengkung, gelung histerisis, memaparkan perbezaan dalam output penderia pada tahap tekanan yang sama semasa pemuatan dan pemunggahan, biasanya disebabkan oleh sifat fizikal dan struktur dalaman bahan penderia.
Sebab Histeresis Tekanan
Fenomena histerisis dalampenderia tekananterutamanya dipengaruhi oleh dua faktor utama, yang berkait rapat dengan sifat fizikal dan mekanisme operasi sensor:
- Histeresis kenyal bahan Mana-mana bahan akan mengalami tahap ubah bentuk anjal tertentu apabila tertakluk kepada daya luar, tindak balas langsung bahan kepada daya yang dikenakan. Apabila daya luaran dikeluarkan, bahan cuba kembali ke keadaan asalnya. Walau bagaimanapun, pemulihan ini tidak lengkap disebabkan oleh ketidakseragaman dalam struktur dalaman bahan dan sedikit perubahan tidak boleh balik dalam struktur mikro dalaman semasa pemuatan dan pemunggahan berulang. Ini mengakibatkan ketinggalan dalam output gelagat mekanikal semasa proses pemuatan dan pemunggahan berterusan, yang dikenali sebagaihisterisis elastik. Fenomena ini amat ketara dalam aplikasipenderia tekanan, kerana penderia selalunya perlu mengukur dan bertindak balas terhadap perubahan tekanan dengan tepat.
- Geseran Dalam komponen mekanikal penderia tekanan, terutamanya yang melibatkan bahagian yang bergerak, geseran tidak dapat dielakkan. Geseran ini mungkin datang daripada sentuhan dalam penderia, seperti titik sesentuh gelongsor, galas, dsb. Apabila penderia menanggung tekanan, titik geseran ini boleh menghalang pergerakan bebas struktur mekanikal dalaman penderia, menyebabkan kelewatan antara tindak balas penderia dan tekanan sebenar. Apabila tekanan dipunggah, daya geseran yang sama juga boleh menghalang struktur dalaman daripada berhenti serta-merta, dengan itu juga memaparkan histerisis semasa fasa pemunggahan.
Kedua-dua faktor ini bersama-sama membawa kepada gelung histerisis yang diperhatikan dalam penderia semasa ujian pemuatan dan pemunggahan berulang, satu ciri yang sering menjadi perhatian khusus dalam aplikasi yang memerlukan ketepatan dan kebolehulangan. Untuk mengurangkan kesan fenomena histerisis ini, reka bentuk yang teliti dan pemilihan bahan untuk penderia adalah penting, dan algoritma perisian mungkin juga diperlukan untuk mengimbangi histerisis ini dalam aplikasi.
Fenomena histerisis dalampenderia tekanandipengaruhi oleh pelbagai faktor yang berkaitan secara langsung dengan sifat fizikal dan kimia sensor dan persekitaran operasinya.
Apakah faktor yang membawa kepada histerisis sensor?
1. Sifat bahan
- Modulus anjal: Modulus anjal bahan menentukan tahap ubah bentuk anjal apabila tertakluk kepada daya. Bahan dengan modulus keanjalan yang lebih tinggi kurang berubah bentuk, dan merekahisterisis elastikmungkin lebih rendah.
- Nisbah Poisson: Nisbah Poisson menerangkan nisbah penguncupan sisi kepada pemanjangan membujur dalam bahan apabila dikenakan daya, yang juga mempengaruhi tingkah laku bahan semasa pemuatan dan pemunggahan.
- Struktur dalaman: Struktur mikro bahan, termasuk struktur kristal, kecacatan dan kemasukan, mempengaruhi tingkah laku mekanikal dan ciri histerisisnya.
2. Proses pembuatan
- Ketepatan pemesinan: Ketepatan pemesinan komponen sensor secara langsung mempengaruhi prestasinya. Komponen dengan ketepatan yang lebih tinggi padan dengan lebih baik, mengurangkan geseran tambahan dan kepekatan tegasan yang disebabkan oleh kesesuaian yang kurang baik.
- Kekasaran permukaan: Kualiti rawatan permukaan, seperti kekasaran permukaan, mempengaruhi magnitud geseran, dengan itu mempengaruhi kelajuan tindak balas dan histerisis sensor.
- Perubahan suhu menjejaskan sifat fizikal bahan, seperti modulus keanjalan dan pekali geseran. Suhu tinggi biasanya menjadikan bahan lebih lembut, mengurangkan modulus keanjalan dan meningkatkan geseran, dengan itu meningkatkan histerisis. Sebaliknya, suhu rendah boleh menjadikan bahan lebih keras dan rapuh, menjejaskan histerisis dengan cara yang berbeza.
3. Suhu
- Perubahan suhu menjejaskan sifat fizikal bahan, seperti modulus keanjalan dan pekali geseran. Suhu tinggi biasanya menjadikan bahan lebih lembut, mengurangkan modulus keanjalan dan meningkatkan geseran, dengan itu meningkatkan histerisis. Sebaliknya, suhu rendah boleh menjadikan bahan lebih keras dan rapuh, menjejaskan histerisis dengan cara yang berbeza.
Risiko
Kehadiran histerisis dalampenderia tekananboleh menyebabkan ralat pengukuran, menjejaskan ketepatan dan kebolehpercayaan penderia. Dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran ketepatan tinggi, seperti kawalan proses industri ketepatan dan pemantauan peralatan perubatan kritikal, histerisis boleh membawa kepada ralat pengukuran yang ketara malah menyebabkan keseluruhan sistem pengukuran gagal. Oleh itu, memahami dan meminimumkan kesan histerisis adalah bahagian penting dalam memastikan operasi yang cekap dan tepatpenderia tekanan.
Penyelesaian untuk Histeresis dalam Penderia Tekanan:
Untuk memastikan kesan histeresis yang paling rendah dalampenderia tekanan, pengeluar telah mengambil beberapa langkah utama untuk mengoptimumkan prestasi sensor:
- Pemilihan bahan: Pilihan bahan memainkan peranan yang menentukan dalam histerisis. Oleh itu, pengeluar dengan teliti memilih bahan teras yang digunakan dalam pembinaan penderia, seperti diafragma, pengedap dan cecair pengisi, untuk memastikan bahan tersebut mempamerkan histeresis yang minimum dalam keadaan kerja yang berbeza.
- Pengoptimuman reka bentuk: Dengan menambah baik reka bentuk struktur penderia, seperti bentuk, saiz, dan ketebalan diafragma, dan mengoptimumkan kaedah pengedap, pengilang boleh mengurangkan histerisis yang disebabkan oleh geseran, geseran statik dan ubah bentuk bahan dengan berkesan.
- Rawatan penuaan: Penderia yang baru dihasilkan mungkin menunjukkan histerisis awal yang ketara. Melaluirawatan penuaandan program ujian khusus, bahan boleh dipercepatkan untuk menstabilkan dan menyesuaikan diri, sekali gus mengurangkan histerisis awal ini. Imej di bawah menunjukkanXDB305sedang menjalanirawatan penuaan.
- Kawalan pengeluaran yang ketat: Dengan mengawal toleransi dan kualiti dengan ketat semasa proses pengeluaran, pengeluar memastikan ketekalan setiap sensor dan meminimumkan kesan variasi pengeluaran pada histerisis.
- Penentukuran dan pampasan lanjutan: Sesetengah pengeluar menggunakan teknologi pampasan digital termaju dan kaedah penentukuran berbilang titik untuk memodelkan dan membetulkan histerisis dalam output sensor dengan tepat.
- Ujian prestasi dan penggredan: Semua sensor menjalani ujian terperinci untuk menilai ciri histerisisnya. Berdasarkan keputusan ujian, penderia digredkan untuk memastikan bahawa hanya produk yang memenuhi piawaian histerisis tertentu dikeluarkan ke pasaran.
- Ujian hayat dipercepatkan: Untuk mengesahkan kestabilan prestasi penderia sepanjang jangka hayatnya, pengeluar menjalankan ujian penuaan dan hayat dipercepatkan ke atas sampel untuk memastikan histerisis kekal dalam had yang boleh diterima.
Langkah-langkah komprehensif ini membantu pengeluar mengawal dan mengurangkan fenomena histerisis dengan berkesan dalampenderia tekanan, memastikan penderia memenuhi keperluan ketepatan dan kebolehpercayaan yang tinggi dalam aplikasi sebenar.
Masa siaran: Mei-09-2024