Matuodami slėgį galite pastebėti, kad matavimo rezultatai ne iš karto atspindi įėjimo slėgio pokyčius arba visiškai atitinka, kai slėgis grįžta į pradinę būseną. Pavyzdžiui, kai naudojate vonios svarstykles svoriui matuoti, svarstyklių jutikliui reikia laiko, kad tiksliai pajustų ir stabilizuotų jūsų svorio rodmenis. Theatsako laikasjutiklis sukelia pradinių duomenų svyravimus. Kai jutiklis prisitaikys prie apkrovos ir baigs apdoroti duomenis, rodmenys rodys stabilesnius rezultatus.Tai ne jutiklio defektas, o įprasta daugelio elektroninių matavimo prietaisų charakteristika, ypač kai tai susiję su duomenų apdorojimu realiuoju laiku ir pastovios būsenos pasiekimu. Šis reiškinys gali būti vadinamas jutiklio histereze.
Kas yra slėgio jutiklių histerezė?
Jutiklishisterezėspaprastai pasireiškia, kai pasikeičia įvestis (pvz., temperatūra ar slėgis), o išėjimo signalas ne iš karto po įvesties pasikeitimo, arba kai įvestis grįžta į pradinę būseną, išvesties signalas nevisiškai grįžta į pradinę būseną. . Šis reiškinys matomas jutiklio charakteristikų kreivėje, kur tarp įvesties ir išvesties yra atsiliekanti kilpos formos kreivė, o ne tiesi linija. Tiksliau, jei pradėsite didinti įvestį nuo tam tikros konkrečios reikšmės, atitinkamai padidės ir jutiklio išvestis. Tačiau kai įvestis pradeda mažėti atgal į pradinį tašką, pamatysite, kad redukcinio proceso metu išvesties reikšmės yra didesnės nei pradinės išvesties vertės, sudarydamos kilpą arbahisterezės kilpa. Tai rodo, kad didėjimo ir mažėjimo proceso metu ta pati įvesties reikšmė atitinka dvi skirtingas išvesties vertes, o tai yra intuityvus histerezės rodymas.
Diagrama rodo ryšį tarp išėjimo ir slėgio jutiklio slėgio jutiklio slėgio taikymo proceso metu, pavaizduotą histerezės kreivės forma. Horizontali ašis rodo jutiklio išvestį, o vertikali ašis – taikomą slėgį. Raudona kreivė rodo procesą, kai jutiklio išvestis didėja palaipsniui didėjant slėgiui, parodydama atsako kelią nuo žemo iki aukšto slėgio. Mėlyna kreivė rodo, kad kai taikomas slėgis pradeda mažėti, jutiklio išėjimas taip pat mažėja nuo aukšto slėgio iki žemo, o tai rodo jutiklio reakciją slėgio iškrovimo metu. Plotas tarp dviejų kreivių, histerezės kilpa, rodo jutiklio išėjimo skirtumą tuo pačiu slėgio lygiu pakrovimo ir iškrovimo metu, paprastai nulemtą fizinių savybių ir vidinės jutiklio medžiagos struktūros.
Slėgio histerezės priežastys
Histerezės reiškinysslėgio jutikliaidaugiausia įtakos turi du pagrindiniai veiksniai, glaudžiai susiję su jutiklio fizinėmis savybėmis ir veikimo mechanizmu:
- Medžiagos elastinė histerezė Bet kuri medžiaga patiria tam tikrą elastinę deformaciją, kai ją veikia išorinės jėgos, o tai yra tiesioginė medžiagos reakcija į taikomas jėgas. Pašalinus išorinę jėgą, medžiaga bando grįžti į pradinę būseną. Tačiau šis atsigavimas nėra baigtas dėl medžiagos vidinės struktūros nevienodumo ir nedidelių negrįžtamų vidinės mikrostruktūros pokyčių pakartotinio pakrovimo ir iškrovimo metu. Dėl to nuolatinio pakrovimo ir iškrovimo procesų metu atsiranda mechaninio veikimo vėlavimaselastinė histerezė. Šis reiškinys ypač akivaizdus taikantslėgio jutikliai, nes jutikliams dažnai reikia tiksliai matuoti ir reaguoti į slėgio pokyčius.
- Trintis Slėgio jutiklio mechaniniuose komponentuose, ypač su judančiomis dalimis, trintis yra neišvengiama. Ši trintis gali atsirasti dėl jutiklio kontaktų, tokių kaip slankiojantys kontaktiniai taškai, guoliai ir kt. Kai jutiklis patiria slėgį, šie trinties taškai gali trukdyti laisvai judėti jutiklio vidinėms mechaninėms struktūroms, todėl jutiklio atsakas ir faktinis slėgis. Kai slėgis iškraunamas, tos pačios trinties jėgos taip pat gali neleisti vidinėms konstrukcijoms iš karto sustoti, todėl iškrovimo fazės metu taip pat gali atsirasti histerezės.
Šie du veiksniai kartu sukelia histerezės kilpą, stebimą jutikliuose atliekant pakartotinius pakrovimo ir iškrovimo bandymus. Ši charakteristika dažnai kelia ypatingą susirūpinimą tais atvejais, kai labai reikalingas tikslumas ir pakartojamumas. Siekiant sumažinti šio histerezės reiškinio poveikį, labai svarbu kruopščiai suprojektuoti ir parinkti jutiklio medžiagas, taip pat gali prireikti programinės įrangos algoritmų, kurie kompensuotų šią histerezę programose.
Histerezės reiškinysslėgio jutikliaiįtakoja įvairūs veiksniai, tiesiogiai susiję su jutiklio fizinėmis ir cheminėmis savybėmis bei jo veikimo aplinka.
Kokie veiksniai lemia jutiklio histerezę?
1. Medžiagos savybės
- Tamprumo modulis: medžiagos tamprumo modulis lemia tamprumo deformacijos laipsnį, kai ją veikia jėga. Medžiagos su didesniu tamprumo moduliu mažiau deformuojasi, o jųelastinė histerezėgali būti santykinai mažesnis.
- Puasono koeficientas: Puasono koeficientas apibūdina medžiagos šoninio susitraukimo ir išilginio pailgėjimo santykį, kai ją veikia jėga, o tai taip pat turi įtakos medžiagos elgsenai pakrovimo ir iškrovimo metu.
- Vidinė struktūra: medžiagos mikrostruktūra, įskaitant kristalų struktūrą, defektus ir intarpus, turi įtakos jos mechaniniam elgesiui ir histerezės charakteristikoms.
2. Gamybos procesas
- Apdirbimo tikslumas: jutiklio komponentų apdirbimo tikslumas tiesiogiai veikia jo veikimą. Didesnio tikslumo komponentai tinka geriau, sumažinant papildomą trintį ir įtempių koncentraciją, atsirandančią dėl prasto prigludimo.
- Paviršiaus šiurkštumas: paviršiaus apdorojimo kokybė, pvz., paviršiaus šiurkštumas, turi įtakos trinties dydžiui ir taip įtakoja jutiklio reakcijos greitį ir histerezę.
- Temperatūros pokyčiai turi įtakos fizinėms medžiagų savybėms, tokioms kaip tamprumo modulis ir trinties koeficientas. Aukšta temperatūra paprastai daro medžiagas minkštesnes, sumažindama elastingumo modulį ir padidindama trintį, taip padidindama histerezę. Ir atvirkščiai, dėl žemos temperatūros medžiagos gali tapti kietesnės ir trapesnės, o tai įvairiai paveikti histerezę.
3. Temperatūra
- Temperatūros pokyčiai turi įtakos fizinėms medžiagų savybėms, tokioms kaip tamprumo modulis ir trinties koeficientas. Aukšta temperatūra paprastai daro medžiagas minkštesnes, sumažindama elastingumo modulį ir padidindama trintį, taip padidindama histerezę. Ir atvirkščiai, dėl žemos temperatūros medžiagos gali tapti kietesnės ir trapesnės, o tai įvairiai paveikti histerezę.
Rizikos
Histerezės buvimasslėgio jutikliaigali sukelti matavimo klaidų, kurios gali turėti įtakos jutiklio tikslumui ir patikimumui. Tais atvejais, kai reikalingi didelio tikslumo matavimai, pvz., tikslus pramoninių procesų valdymas ir kritinės medicinos įrangos stebėjimas, dėl histerezės gali atsirasti didelių matavimo klaidų ir netgi sugesti visa matavimo sistema. Todėl histerezės poveikio supratimas ir sumažinimas yra pagrindinė veiksmingo ir tikslaus veikimo užtikrinimo dalisslėgio jutikliai.
Slėgio jutiklių histerezės sprendimai:
Kad būtų užtikrintas kuo mažesnis histerezės poveikisslėgio jutikliai, gamintojai ėmėsi kelių pagrindinių priemonių, kad optimizuotų jutiklio veikimą:
- Medžiagų pasirinkimas: medžiagų pasirinkimas vaidina lemiamą vaidmenį histerezei. Todėl gamintojai kruopščiai atrenka pagrindines medžiagas, naudojamas jutiklių konstrukcijoms, pvz., diafragmas, sandariklius ir užpildymo skysčius, kad skirtingomis darbo sąlygomis būtų užtikrinta minimali histereze.
- Dizaino optimizavimas: patobulindami jutiklių konstrukciją, pvz., diafragmų formą, dydį ir storį, ir optimizuodami sandarinimo metodus, gamintojai gali veiksmingai sumažinti histerezę, kurią sukelia trinties, statinės trinties ir medžiagos deformacijos.
- Senėjimo gydymas: naujai pagaminti jutikliai gali turėti didelę pradinę histerezę. Persenėjimo gydymasir specifinės testavimo programos, medžiagos gali būti paspartintos, kad stabilizuotųsi ir prisitaikytų, taip sumažinant šią pradinę histerezę. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytaXDB305vykstantyssenėjimo gydymas.
- Griežta gamybos kontrolė: griežtai kontroliuodami leistinus nuokrypius ir kokybę gamybos proceso metu, gamintojai užtikrina kiekvieno jutiklio nuoseklumą ir sumažina gamybos svyravimų įtaką histerezei.
- Išplėstinis kalibravimas ir kompensavimas: kai kurie gamintojai naudoja pažangią skaitmeninio kompensavimo technologiją ir kelių taškų kalibravimo metodus, kad tiksliai modeliuotų ir koreguotų jutiklių išėjimų histerezę.
- Veikimo tikrinimas ir įvertinimas: visi jutikliai yra kruopščiai tikrinami, siekiant įvertinti jų histerezės charakteristikas. Remiantis bandymų rezultatais, jutikliai klasifikuojami siekiant užtikrinti, kad į rinką būtų išleisti tik specifinius histerezės standartus atitinkantys gaminiai.
- Pagreitintas eksploatavimo laikas: norėdami patikrinti jutiklių veikimo stabilumą per visą numatomą eksploatavimo laiką, gamintojai atlieka pagreitintus mėginių senėjimo ir eksploatavimo bandymus, siekdami užtikrinti, kad histerezė neviršytų priimtinų ribų.
Šios išsamios priemonės padeda gamintojams veiksmingai kontroliuoti ir sumažinti histerezės reiškinįslėgio jutikliai, užtikrinant, kad jutikliai atitiktų aukštus tikslumo ir patikimumo reikalavimus faktinėse programose.
Paskelbimo laikas: 2024-09-09