압력 센서의 선택과 응용

보낸 사람 : 발급 날짜 2019.10.10 뒤로

현대 측정 기술에는 중량, 힘 및 모멘트, 가속도, 압력, 유량 등 역학량, 온도, 열 등 열학량, 그리고 가스 액체 성분 및 농도와 같은 화학량 등 비 전기량이 포함됩니다. 이러한 물리량은 직접 측정을 진행하기가 매우 어렵고 불편하기 때문에 측정, 전송 및 처리가 용이한 전기량으로 전환하는 전환 장치가 필요합니다. 이것이 센서입니다. 센서에는 여러 타입이 있고 그중 압력 센서는 가장 성숙한 기술이며 시장 판매 수량이 센서 중 제일 많습니다. 현재 연간 20% 성장률을 유지하고 있으며 광범위한 응용 전망이 있습니다. 기술 성능이 다른 압력 센서를 다양한 측정 요구 사항에 적용하는 것은 현재 압력 센서의 개발 및 응용에서의 중요한 주제가 되고 있습니다.

압력 센서 선택

최신 측정 기술 및 오토메이션 기술의 지속적인 발전으로 매년 압력 센서의 수요량은 20 % 씩 증가하고 있습니다. 현재 시장에는 많은 종류의 압력 센서가 사용되고 있으며 사양과 기술 성능이 다르고 가격 차이도 매우 큽니다. 사용자에게 부딪치는 문제는 어떤 종류의 압력 센서를 선택하여야 현장 요구를 충족시킬수 있는가? 또 어떤 사양이 가장 중요한 것인가? 선택중 어떤 문제를 고려해야하는가? 여기에는 센서 모델 선택이 포함됩니다. 선택의 원칙는 가장 경제적인 가격으로 응용 범위, 압력 범위, 정확도, 사용 온도 범위, 전기 및 기계 요구 사양을 충족하는 압력 센서를 구입하는 것입니다. 센서가 설비에 장착 된 후에는 작동이 정상적이고 안정적이며 정확하여야 합니다. 다음은 압력 센서를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 요소입니다.

압력 센서 선택

응용

센서 구조에 따라 압력 센서는 절대 압력, 대기압에 대한 상대 압력 및 차압으로 나눌 수 있습니다. 절대 압력을 측정 할 때 센서 자체는 참고용 진공 기준 압력이 있으며 측정 압력은 대기압과 관련이 없으며 진공을 기준으로한 압력입니다. 대기압에 대한 상대 압력은 대기압을 기준으로하며 센서 구조중 실리콘 다이어프램의 다른 한 측면은 항상 대기압과 연결되어 있습니다. 대기압은 지면으로부터의 높이, 사계절의 대기의 수분 함량의 변화 및 다른 지역와 대기에서의 다양한 가스의 함량의 변화와 관련이 있습니다. 따라서 측정 된 상대 압력은 위의 요소와 관련이 있습니다. 또한, 센서 실리콘 다이어프램의 양측으로부터 각각 다른 유체 압력을 도입하여 유체의 다른 위치 또는 유체간 차압을 측정할 수 있습니다. 측정 압력의 요구 사양에 따라 적용하는 구조의 압력 센서를 선택해야합니다.

압력 범위

압력 센서의 압력 범위는 등급이 있습니다. 이는 압력 센서의 탄성 다이어프램이 견딜수 있는 압력에 한계가 있기 때문입니다. 이 한계를 초과하면 일반적으로 탄성 다이어프램이 파손될 수 있습니다. 일반적으로 압력 센서는 120～300% 과압 성능이 있습니다. 따라서 제품 사양의 최대 압력 범위는 과압 한계의 30～80%입니다. 과도한 압력 범위를 사용할 필요는 없습니다. 압력 범위의 선택은 주로 센서의 최대 과압 능력, 정확도와 압력 범위 사이의 관계, 센서 가격과 압력 범위 사이의 관계 등 세가지 요소를 고려해야합니다. 압력 센서의 최대 과압과 정압 및 동적 압력과는 매우 다릅니다. 후자는 충격 압력과 충격파 같은 압력이 발생합니다. 충격 압력은 정압보다 훨씬 높습니다. 선택한 최대 작동 압력 범위가 정압인 경우, 센서가 사용중 동적 압력을 받는다면 높은 과압 성능을 가진 제품을 사용해야합니다. 그렇지 않으면 충격 압력이 최대 과압을 쉽게 초과하여 압력 센서가 손상될 수 있습니다. 정확도와 압력 범위의 관계에서는 압력 센서의 열 제로 드리프트 계수, 열 감도 드리프트 계수 및 비 선형성 오차는 센서의 정확도에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.

동일한 압력 센서의 경우, 열 제로 드리프트 계수는 작동 압력의 증가에 따라 감소되며 열 감도 계수 및 비 선형성 오차는 작동 압력의 증가에 따라 증가합니다. 따라서, 작동 압력의 증가는 열 제로 드리프트를 감소하는데 유리하고 열 감도 드리프트 및 비 선형성 오차를 감소하는데는 불리합니다. 열 제로 드리프트가 비교적 큰 경우는 작동 압력 범위를 늘리면 압력 센서의 정확도를 향상시키데 도움이 됩니다. 열 제로 드리프트가 비교적 작은 경우는 작동 압력 범위를 줄이면 정확도를 향상시키는데 도움이 됩니다. 압력 범위가 다른 센서일 경우 감도도 다릅니다. 저압 범위 센서는 높은 감도와 높은 분해 능력을 가지고 있습니다.

센서의 가격과 압력 범위 사이의 관계에서 일반적으로 압력 센서는 0.3～0.1 MPa 범위가 저렴하고 0.1 MPa 이하 또는 1 MPa 이상의 압력 센서가 비교적 비쌉니다. 2～3kPa 압력을 측정할 때 10-50kPa의 압력 센서를 구입할 수 있습니다. 특히, 사용자가 보상 회로를 스스로 디자인 및 선택할 때 정확도를 더욱 향상시킬 수 있고 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 일반적으로 품질이 우수한 압력 센서의 풀 스케일 출력은 대략 100mV / 10V입니다. 압력 범위의 절반만 사용하는 경우는 해당 출력은 50mV / 10V입니다. 따라서 최대 작동 범위는 제품 설명서에 표시된 압력 센서의 측정 범위와 가능한 가까워야합니다.

정확도

압력 센서는 압력 측정 요소 또는 자동 제어를 위한 센서 요소로 사용될 수 있습니다. 특히 압력 측정 사용에는 비교적 높은 정확도 요구 사항을 제시합니다. 반도체 칩으로 제조한 압력 센서의 정확도는 온도의 영향을 받기 때문에 센서의 작동 온도 범위에 주의를 기울여야합니다. 정적 정확도는 특정 온도 (실온 25 ° C)에서 도달해야하는 정확도를 말합니다. 0.01～0.1 % FS는 초 고정확도; 0. 1～0.5 % FS는 고정확도; 0.5～1 % FS 는 일반 정확도, 1-5 % FS는 낮은 정확도 입니다. 전체 온도 범위 정확도는 압력 센서가 전체 작동 온도 범위에서 달성해야하는 정확도입니다. 0. 01～0. 1 % FS; 0. 1～0.5 % FS; 0.5～1 % FS; 1～5 % FS의 네 부분으로 나눌 수 있습니다. 정적 정확도가 0.1～1 % FS일 경우, 전체 온도 범위의 정확도는 1～2 %FS 또는 2～10 %FS일 수도 있습니다.

사용자는 압력 센서의 정확도가 가능한 높은 것을 선호합니다. 그러나 압력 센서가 고정확도에 도달하려면 생산 과정에서 많은 추가 공정이 필요하며 더 정밀한 교정 프로세스 및 보정 기술이 필요하기 때문에 해당 비용이 증가됩니다. 물론 판매 제품 단가도 크게 증가됩니다. 따라서 압력 센서의 실제 적용 및 요구 사항에 따라 합리적인 정확도 요구 사항과 해당 온도 범위를 선택해야합니다.

전기적 요구 사항

일반적으로 압력 센서의 출력은 아날로그 신호이며 풀 스케일 스팬 압력 범위의 출력 전압은 100-150mV에 도달할 수 있고 출력 전류는 0-0.01mA입니다. 장거리 전압 출력 신호는 감쇠되어 전류 출력 신호를 사용해야합니다. 압력 트랜스미터에 의해 전류가 증폭 된 후 20 mA이하의 전류 신호가 출력될 수 있습니다. 그리고 가격도 기하 급수적으로 증가합니다. 또한 디지털 신호 및 주파수 신호는 A / D 및 V / F 전환 후에 얻을 수 있습니다. 정전류와 정전압은 모두 기존 센서에서 사용되는 두 가지 유형의 공급 전원입니다. 두 가지 공급 전원은 여기 방법이 다르며 그 효과도 다릅니다. 정전류 여기는 열 감도 드리프트의 보상에 유리합니다. 브리지 압저항의 온도 계수는 플러스이고 감도의 온도 계수는 마이너스이기 때문입니다. 정전류 여기일 경우 출력 신호 전압의 온도 계수는 두개 대수의 합입니다. 정전압 여기는 감도 온도 보상을 직접 제공 할 수 없습니다. 그러나 정전압 여기일 경우는 서미스터 또는 다이오드를 브리지 외부에 직렬로 연결하여 열 감도 드리프트를 보상할 수 있습니다. 이런 감도 보상 방법은 정전류 여기일 경우는 적용할 수 없습니다. 때문에 정전압 여기와 정전류 여기는 서로 교환할 수 없습니다. 일반적인 정확도는 정전류 여기에 의해 측정됩니다. 정전압 여기일 경우 측정의 정확도는 정전압 공급 장치의 정확도에 따라 다릅니다. 또한, 압력 센서의 여기 전원은 비례 여기 및 고정 여기로 나눕니다. 비례 여기는 압력 센서 브리지를 공급 전원 장치에 직접 연결하는 것으로 전원 전압이 변경되면 압력 센서의 감도와 영점 출력도 따라서 변경됩니다. 고정 여기는 내부에 기준 전압이 있으며 압력 센서 브리지는 기준 전압에 의해 여기됩니다. 기준 전압은 전원 전압과 관계없이 일정합니다. 전원 전압이 지정된 전압 범위 내에서 변하는 한 기준 전압은 변하지 않습니다. 따라서 센서의 출력은 변경되지 않고 전원 전압의 영향을 받지 않습니다.

압력 센서는 배터리 전원을 사용할 수 있지만 일반적으로 DC 정전력 전원 공급 장치가 사용됩니다. 배터리 전원을 사용하면 노이즈가 작지만공급 전압이 점차 감소됩니다. 특히 센서가 비례 전압을 사용할 경우 감도가 점차 감소되어 측정 값이 부정확합니다. 때문에 압력을 측정할 때는 보상 (예 : 압력 센서 및 A / D 변환기가 하나의 배터리를 공유 함) 또는 저전력, 저 전류용 압력 센서를 사용하며 수명이 긴 배터리를 사용하여야 합니다. 그리고 에너지 절약을 위해 압력 측정시만 배터리 전원을 연결하고 측정하지 않을 경우는 꺼져 있어야 합니다. 새 배터리를 교체한 후 압력 센서를 다시 교정해야합니다. 이는 브랜드가 다른 배터리의 기전력과 내부 저항은 일정한 차이가 있기 때문입니다. 압력 센서의 브리지 여기 전압이 변경되면 감도가 변경됩니다.

작업 방법

작업 방식도 고려해야 할 중요한 문제입니다. 예를 들어, 가스 압력 측정에 사용되는 것과 액체 압력 측정에 사용되는 것은 상황이 다릅니다. 가스는 압축성 유체로서 압력 증가시 일정량의 압축 에너지를 저장하고 압력 감소시는 운동 에너지로 방출하어 센서의 탄성 다이어프램에 충격파를 가합니다. 때문에 가스 측정에 사용되는 압력 센서는 과부하 능력이 커야합니다. 액체는 비압축성 유체이고 압력 센서를 설치할 때는 나사를 조여 압축 가능한 공간이 없기 때문에 액체 압력이 탄성 다이어프램의 압력 한계를 초과하여 탄성 다이어프램을 파열시킬 수 있습니다. 이러한 상황이 자주 발생하므로 액체 측정에 사용되는 압력 센서는 과압 능력이 커야합니다.

그리고 압력 센서의 작업 환경이 좋지 않은 경우, 예를 들어 진동, 충격 및 전자기 간섭이 클 경우 센서에 대한 엄격한 요구 사항이 적용됩니다. 과압 능력이 강할뿐만 아니라 기계적 밀폐 구도가 신뢰할 수 있어야하며 느슨해지는 것을 방지하고 센서는 정확하게 설치되어 있어야합니다. 센서 자체의 리드, 리드 및 외부 리드는 전자 기적으로 차폐되고 차폐는 잘 접지되어야합니다.

또한, 압력 센서와 피측정 유체 매체와의 호환성을 고려해야합니다. 예를 들어, 센서의 실리콘 다이어프램은 부식성 매체와 분리되고 스테인레스 스틸 다이어프램을 사용하며 실리콘 오일은 센서의 압력 전달 매체로 사용됩니다. 센서가 가연성 및 폭발성 매체의 압력을 측정할 경우는 작은 여기 전류를 사용하여 탄성 다이어프램이 파손될 때 발생되는 스파크 및 불티를 방지하며 또한 내압 능력이 강한 압력 센서 케이스를 선택해야 합니다.

온도 요구 사항

반도체 칩을 사용하여 제조된 압력 센서는 온도 영향을 많이 받으며 열 제로 드리프트뿐만 아니라 열 감도 드리프트 영향도 존재합니다. 온도는 압력 센서의 정확도에 크게 영향을 줍니다. 온도의 영향을 최소화하기 위해서는 다양한 온도 보상 기술이 필요합니다. 온도 범위가 넓을수록 보상 기술의 난이도가 높아지고 교정 작업량이 많으며 전체 온도 범위의 정확도가 떨어집니다. 때문에 실제 사용 온도 범위 및 정확도 요구 사항을 기반으로 압력 센서에 대해 합리적인 요구 사항을 제출해야합니다.

압력 센서의 온도 범위는 일반적으로 네개 등급으로 나뉩니다. 일반 상용 등급 온도 범위는 -10 ～60°C; 산업 등급 온도 범위는 -25～80°C; 군용 등급 온도 범위는 -55～125°C; 특수 등급 온도 범위는 -60～350°C입니다.

압력 센서는 실내용일 경우 상용 등급을 선택하고 실외용일 경우는 산업용 등급을 선택할수 있습니다. 또한 조치를 취하여 센서를 환경에서 열 격리하거나 가열 또는 냉각하여 사용할수 있습니다. 일반 상용 등급은 -10 ° C 이상 또는 60 ° C 이하에서 사용할 수 있습니다. 온도 범위를 선택할 때는 센서의 전기적 온도 특성과 기계적 온도 특성도 고려해야합니다.

압력 밀봉 요구 사항

일반적으로 압력 센서 밀봉은 고무 매트 O-링, 에폭시 수지, 테플론 개스킷, 테이퍼 구멍 피팅, 파이프 나사산 피팅 및 용접 등 방식입니다. 사용된 밀봉 재료는 압력 센서의 작동 온도 범위를 결정합니다.

난징 워텐 테크놀로지 회사는 2005년에 설립하였고 전문적으로 압력 센서를 제조하는 국내 최고의 압력 센서 제조 업체입니다. 실리콘 압력 센서 제조와 글라스 마이크로 퓨즈 압력 센서 제조 핵심 기술을 보유하고 있습니다. 기존 직원은 260명이고 압력 센서의 연간 생산 수량은 200만개 이상이며 제품은70여개의 국가 및 지역에 수출되고 있습니다. 워텐은 중국 난징과 안산에 공장을 설립하였으며 본사는 아름다운 난징 구룡호 국제 본부 기지에 자리 잡고 있습니다.해외 무역 부서는 동북 중공업 기지의 중심인 선양에 위치하고 있습니다.

난징 워텐 테크놀로지 회사는 “뉴 하이테크 기업”, “난징시 엔지니어링 및 기술 연구 센터” 와 “ 난징시 박사후 과정 창조적 실습 기지” 등 명예를 보유하고 있습니다.