Spoločnosť Leeg Instruments Co., Ltd. je high-tech podnik, ktorý sa špecializuje na výskum a vývoj, výrobu a predaj nástrojov priemyselnej automatizácie. Spoločnosť bola založená v roku 2005 a so sídlom v Šanghaji v Číne a môže sa pochváliť kompletnou výrobnou linkou a testovacími zariadeniami. Jeho portfólio produktu zahŕňa tlakové senzory, tlakové vysielač, vysielačky, teplotné vysielače, prietokové merače a rôzne ďalšie priemyselné meracie prístroje. Spoločnosť LeeG Instruments sa zaviazala kvalitou a získala certifikáciu systému riadenia kvality ISO9001, aj výrobky sa široko používajú v odvetviach, ako sú ropa a chemická látka, výroba energie, metalurgia a farmaceutiká. Leeg zdôrazňuje technologické inovácie so skúseným tímom výskumu a vývoja, ktorý sa venuje poskytovaniu spoľahlivých riešení merania pre zákazníkov.
Rozptýlené kremíkové senzory
Senzory tlaku monosilikónu
Monosilikónové senzory používajú vysokokvalitné kryštály kremíka, ktoré využívajú svoj vnútorný piezorezistívny účinok bez ďalšieho dopingu. Ich perfektná kryštálová štruktúra zaisťuje výnimočnú stabilitu (0. 1%fs\/rok) a široký rozsah prevádzkovej teploty (-40 do 125 stupňov), s presnosťou dosiahnutím 0. 05%fs. Tieto senzory sú ideálne pre vysoko presné aplikácie, ako je letecký a petrochemický priemysel.
Senzory diferenciálneho tlaku
Monosilikónové senzory diferenciálneho tlaku merajú rozdiel medzi dvoma tlakovými bodmi, napríklad v monitorovaní prietoku a úrovňou. Ich symetrická štruktúra a dizajn odolný voči pretlakom zabezpečujú vysokú presnosť, zatiaľ čo niektoré modely využívajú technológiu MEMS na miniaturizáciu. Všeobecne sa používajú v aplikáciách ropných, chemických, farmaceutických a environmentálnych monitorovacích aplikácií.
Multivariabilné senzory
Multivariabilné senzory integrujú merania tlaku, teploty a prietoku do jednej jednotky. Ich modulárny návrh v kombinácii s technológiou digitálneho spracovania signálu zvyšuje presnosť údajov. Tieto senzory sa vo veľkej miere používajú v odvetviach, ktoré si vyžadujú komplexné monitorovanie parametrov, ako je monitorovanie ropy a environmentálneho monitorovania.
Čo merajú tlakové senzory?
Tlakové senzory sa široko používajú v rôznych oblastiach na meranie rôznych parametrov. Pri regulácii priemyselného procesu monitorujú tlak kvapalného alebo plynu v potrubiach a nádobách, aby sa zabezpečilo bezpečné a stabilné operácie. V automobilovom priemysle merajú tlak na príjmy motora, tlak paliva a tlak v pneumatikách, aby sa zvýšil výkon a bezpečnosť vozidla. V zdravotníctve sa monitory krvného tlaku, ventilátory a dialyzačné stroje spoliehajú na senzory tlaku na monitorovanie životne dôležitých znakov. V leteckom sektore využíva senzory tlaku s vysokou presnosťou na meranie nadmorskej výšky, rýchlosti letu a podmienok motora. Domáce spotrebiče, ako sú práčky a umývačky riadu, používajú tlakové senzory na kontrolu hladiny vody. Okrem toho ich meteorologické stanice používajú na meranie atmosférického tlaku na predpovedanie počasia, zatiaľ čo prieskumníci hlbokomorského prieskumu využívajú špecializované tlakové senzory, aby odolali extrémnym pod vodným tlakom. Ako technologický pokrok, tlakové senzory nachádzajú nové aplikácie v inteligentných domoch a nositeľných zariadeniach, čím sa meranie tlaku stane nevyhnutným parametrom v moderných technológiách.
Vývoj tlakových senzorov
História tlakových senzorov siaha až do 17. storočia s vynálezom manometre na báze kvapalných stĺpcov. Koncom 19. storočia meracie tlakové trubice Bourdon označovali zrelosť merania mechanického tlaku. V 50. rokoch 20. storočia viedli pokroky v polovodičovej technológii k prvému kremíkovému piezorezistívnemu tlakovému senzora, ktorý uvádzal v ére merania elektronického tlaku. V 70. rokoch 20. storočia sa objavili tlakové senzory MEMS z pokroku mikrofabrikácie, čo výrazne znižuje veľkosť a náklady. V 80. rokoch 20. storočia -1990 s zlepšilo presnosť a stabilitu senzora digitálny signál, čo vedie k inteligentným senzorom. V 21. storočí bezdrôtová komunikácia a technológie internetu vecí podnietili vývoj senzorov bezdrôtového tlaku, zatiaľ čo nové materiály a procesy rozšírili svoje výkonnostné limity. Posledné prielomy v technológii monosilikónu majú zvýšenú presnosť merania tlaku do nových výšok, zatiaľ čo multifunkčná integrácia a aplikácie AI nanovo definujú budúcnosť senzorov tlaku. Od jednoduchých mechanických zariadení po inteligentné snímacie uzly sa senzory tlaku vyvinuli zo základných na zložité, jednoznačné na viac parameter a zapojené do bezdrôtových systémov.
Pracovné princípy rôznych tlakových senzorov
Tlakové senzory fungujú na rôznych princípoch, z ktorých každý má jedinečné vlastnosti. Piezorezistívne senzory využívajú piezorezistívny účinok v polovodičoch alebo kovoch, pričom zmeny odporu premieňajú na elektrické signály pomocou pšeničného mostíka, keď tlak deformuje membránu. Kapacitné senzory merajú tlakové zmeny vo vzdialenosti medzi kondenzátorovými doskami, ktoré ponúkajú nízku spotrebu energie a vysokú citlivosť. Resonančné senzory detegujú tlak monitorovaním frekvenčných posunov vo vibračných prvkoch (napr. Silikónové lúče alebo kremenné kryštály), čím sa dosiahne veľmi vysoká presnosť pri vyšších nákladoch. Optické senzory sa spoliehajú na zmeny vo vlastnostiach vlákniny alebo mriežky, vďaka čomu sú vhodné pre vysoké elektromagnetické interferenčné prostredia. Piezoelektrické senzory generujú náboje pod tlakom, ideálne na meranie dynamického tlaku. Medzi ďalšie typy patria elektromagnetické senzory založené na princípoch LVDT (lineárne variabilné diferenciálne transformátor) a senzory SAW (povrchová akustická vlna). Každý princíp určuje rozdiely v presnosti, stabilite, výkone teploty a nákladoch, čo používateľom umožňuje vybrať najlepší typ pre ich potreby. Moderné senzory často kombinujú viacero princípov s pokročilými kompenzačnými algoritmami pre optimálny výkon.
Bežné metódy výstupu pre senzory tlaku
Tlakové senzory ponúkajú rôzne výstupné signály, primárne kategorizované ako analógové alebo digitálne. Analógové výstupy zahŕňajú 4-20 mA Aktuálne signály a 0-5 v\/0-10 v napätie signálov, ktoré sú jednoduché, spoľahlivé a odolné proti hluku pre prenos na dlhé vzdialenosti v priemyselných nastaveniach. Pre vyššie požiadavky môžu byť výstupy na úrovni Millivolt spracované externými zosilňovačmi. Digitálne výstupy zahŕňajú sériové rozhrania ako I2C, SPI a RS485, ako aj priemyselné štandardy, ako je napríklad protokol zbernice a HART, ktoré ponúkajú lepšiu imunitu šumu a dátovú kapacitu pre integráciu počítača. Vďaka pokroku v oblasti internetu vecí povoľujú diaľkové monitorovanie bezdrôtové výstupy ako Lora, NB-IOT a Bluetooth. Inteligentné senzory môžu tiež integrovať protokoly FieldBus, ako sú Modbus a Profibus, pre priame pripojenie systému priemyselného riadenia. Niektoré špecializované senzory poskytujú výstupy frekvencie alebo PWM (modulácia šírky impulzov) pre konkrétne aplikácie. Výber závisí od prenosovej vzdialenosti, interferencie environmentálnej, kompatibility systému a požiadaviek na energiu, pričom moderné senzory často ponúkajú viac možností výstupu, aby vyhovovali rôznym potrebám.
Výhody monosilikónových senzorov
Senzory monosilikónu predstavujú vrchol technológie merania tlaku, ktorá ponúka niekoľko kľúčových výhod. Po prvé, ich vysokoškolská kryštalická štruktúra bez defektov zaisťuje mimoriadnu dlhodobú stabilitu a opakovateľnosť, zvyčajne dosahuje 0. 1%fs\/rok. Po druhé, vynikajúce mechanické a elastické vlastnosti umožňujú veľmi vysokú presnosť, pričom niektoré modely dosahujú 0. 01%fs. Po tretie, minimálne teplotné koeficienty umožňujú stabilný výkon v širokom rozsahu (-40 do 125 stupňov) bez komplexnej kompenzácie. Okrem toho vynikajúca rezistencia na únavu vydrží viac ako 10 miliónov tlakových cyklov bez degradácie. Z výrobného hľadiska zabezpečujú polovodičové procesy konzistentnosť, schopnosť hromadnej výroby a kompaktné veľkosti. V drsných prostrediach tieto senzory demonštrujú vynikajúci odolnosť voči šoku a vibrácií spolu s lepšou kompatibilitou médií. Vďaka týmto výhodám sú monosilikónové senzory ideálne pre náročné aplikácie, ako je letecký priestor, presné nástroje a prieskum ropy, kde vyššie počiatočné náklady sú kompenzované dlhodobou spoľahlivosťou a výkonom.
Výrobný proces senzorov monosilikónov
Výroba monosilicónových senzorov kombinuje polovodičové a presné technológie obrábania, ktoré zahŕňajú zložité a prísne procesy. Začína sa s vysokou výškovou prípravou kremíkových ingot s použitím metód czochralského (CZ) alebo Float Zone (FZ) na pestovanie monokryštalických tyčí bez defektov, ktoré sa nakrájajú na doštičky. Po presnej mletí a leštení do rovinnosti submikronov fotolitografia definuje citlivé oblasti na povrchu oblátky. Anizotropné mokré alebo suché leptanie potom tvorí presné membránové štruktúry, zvyčajne s hrúbkami riadenými na desiatky mikrónov (tolerancia ± 1 um). Ionná implantácia alebo difúzia vytvára piezoresistory v kritických oblastiach, aktivované vysokoteplotným žíhaním. Pasivačné vrstvy sa ukladajú na ochranu citlivých prvkov, po ktorých nasleduje anodická väzba na sklo alebo inú kremíkovú doštičku, aby sa vytvorila referenčné vákuum alebo tlakové dutiny. Po balení na úrovni čipu zabezpečujú laserové orezávanie a kompenzácia teploty konzistentné výstupné charakteristiky. Nakoniec sa snímací čip zostavuje do nehrdzavejúcej ocele alebo keramických puzdier s obvodmi na kondicionovanie signálu, ktoré sa podrobia prísnym testom starnutia a kalibráciou pred hotovým výrobkom. Celý proces si vyžaduje prostredie pre čistú miestnosť, zahŕňa stovky krokov a vyžaduje prísny kľúč na kontrolu kvality vysokého výkonu senzora.
Budúci vývoj monosilicónových senzorov
Technológia senzorov monosilikónu pokračuje v rýchlo, pričom budúce trendy sa zameriavajú na niekoľko oblastí. Na vylepšenie výkonu optimalizovaná orientácia kryštálov a doping zvýšia citlivosť a zároveň zníži hluk pre vyššie rozlíšenie. Nové materiály, ako je karbid kremíka, môžu pre extrémne prostredie predĺžiť prevádzkové teploty nad 800 stupňov. Integrácia je ďalším kľúčovým smerom, pričom monosilikónové senzory kombinujú teplotu, zrýchlenie a chemické snímanie na jedinom čipe pre multifunkčné systémy. Bezdrôtové a inteligentné trendy povedú k samo-poháňaným senzorom s energetickými zberateľmi a čipmi AI pre výpočty na okraji. Výroba môže prijať 3D tlač a sebazostavanie, aby sa znížili náklady na zložité štruktúry. Aplikácie sa rozšíria od priemyselnej kontroly na biomedicín a spotrebnú elektroniku, ako sú implantovateľné monitory krvného tlaku a rozpoznávanie gest. Kvantové účinky v monosilikóne by mohli odomknúť nové princípy merania nad rámec klasickej fyziky. S proliferáciou 5G a internetu vecí sa tieto senzory stanú kritickými uzlami v siete Smart Sensing, čím sa poskytujú presné tlakové údaje pre digitalizovanú spoločnosť.
