Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia to rodzaj czujnika ciśnienia, który wykorzystuje efekt piezorezystancyjny do pomiaru ciśnienia. Efekt piezorezystancyjny odnosi się do zmiany rezystancji elektrycznej materiału poddawanego mechanicznemu naprężeniu lub odkształceniu. W piezorezystancyjnych czujnikach ciśnienia zwykle stosuje się membranę lub membranę w celu przekształcenia przyłożonego ciśnienia w odkształcenie mechaniczne, co z kolei powoduje zmiany rezystancji elementów piezorezystancyjnych.
Na zależność pomiędzy ciśnieniem i mocą wyjściową piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia wpływa konstrukcja i właściwości materiału czujnika. Oto przegląd ogólnych zależności:
1. Bezpośrednia relacja proporcjonalna:
W większości piezorezystancyjnych czujników ciśnienia istnieje bezpośrednia i liniowa zależność pomiędzy przyłożonym ciśnieniem a zmianą oporu elektrycznego. Wraz ze wzrostem ciśnienia membrana lub membrana czujnika ulega deformacji, co powoduje naprężenie elementów piezorezystancyjnych. Odkształcenie to prowadzi do zmiany oporu, a zmiana ta jest proporcjonalna do przyłożonego ciśnienia. Zmianę rezystancji można zmierzyć za pomocą obwodu mostka Wheatstone'a lub innych metod kondycjonowania sygnału.
2. Konfiguracja mostka Wheatstone'a:
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia często wykorzystują obwód mostka Wheatstone'a do dokładnego pomiaru zmiany rezystancji. Obwód mostkowy składa się z wielu elementów piezorezystancyjnych, z których niektóre są poddawane naprężeniom wywołanym ciśnieniem, a inne nie. Różnicowa zmiana rezystancji pomiędzy elementami naprężonymi i nienaprężonymi wykorzystywana jest do generowania napięcia wyjściowego proporcjonalnego do przyłożonego ciśnienia.
3. Kondycjonowanie sygnału wyjściowego:
Wyjściem piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia jest zazwyczaj analogowy sygnał napięciowy. Napięcie wyjściowe odpowiada zmianie rezystancji, a co za tym idzie, przyłożonemu ciśnieniu. Obwód kondycjonowania sygnału może służyć do wzmacniania, filtrowania i kalibracji sygnału wyjściowego w celu uzyskania dokładnych odczytów ciśnienia.
4. Kalibracja:
Ze względu na tolerancje produkcyjne i różnice we właściwościach czujników, piezorezystancyjne czujniki ciśnienia często wymagają kalibracji, aby zapewnić dokładne pomiary ciśnienia. Kalibracja polega na określeniu dokładnej zależności pomiędzy napięciem wyjściowym czujnika a rzeczywistym zastosowanym ciśnieniem. Kalibrację tę można przeprowadzić poprzez testowanie i porównanie z normą referencyjną.
Podsumowując, zależność pomiędzy ciśnieniem i sygnałem wyjściowym w przypadku piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia jest zazwyczaj liniowa i proporcjonalna. Wraz ze wzrostem ciśnienia zmienia się rezystancja czujnika, co prowadzi do odpowiedniej zmiany napięcia wyjściowego. Konfiguracja mostka Wheatstone'a i kondycjonowanie sygnału odgrywają ważną rolę w przekształcaniu zmian rezystancji w użyteczny i dokładny pomiar ciśnienia.
Czas publikacji: 06 września 2023 r