Le besoin de capteurs de pression ultra-basse haute précision

Découvrez les avantages des capteurs de pression montés sur carte et les considérations lors de leur sélection.

De nombreuses applications nécessitent des capteurs de pression ultra-basse (Figure 1) qui peuvent fournir une précision extrêmement élevée, y compris des conceptions aussi diverses que des ventilateurs médicaux et des systèmes de contrôle à volume d'air variable (VAV) pour la conservation de l'énergie des bâtiments. Et de plus en plus d'ingénieurs se tournent vers les capteurs de pression montés sur carte pour résoudre les problèmes courants tels que l'espace limité et la fiabilité.

Figure 1. Des capteurs de pression ultra-basse et haute précision sont disponibles sous forme de solutions montées sur carte qui peuvent mesurer la pression absolue, relative et différentielle. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Honeywell.

Avantages des capteurs de pression montés sur carte

Les capteurs de pression montés sur carte (Figure 2) sont devenus un choix populaire pour les ingénieurs travaillant avec des applications nécessitant des capteurs à basse pression et de haute précision. Ces capteurs compacts peuvent facilement être montés sur un PCB (Printed Circuit Board), ce qui leur permet d'être directement intégrés dans l'ensemble électronique.

Leur empreinte compacte répond aux contraintes d'espace et ils utilisent une microstructure très sensible aux changements de pression (y compris absolue, différentielle et manométrique) afin que des lectures précises et ultra-basse pression puissent être obtenues.

De plus, la conception des capteurs de pression montés sur carte signifie qu'ils sont économes en énergie.

Figure 2. Les capteurs de pression montés sur carte sont très compacts et faciles à intégrer dans les circuits et l'électronique. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Honeywell.

Applications médicales pour capteurs de haute précision et ultra-basse pression

Les applications médicales qui nécessitent des capteurs de haute précision et ultra-basse pression incluent :

• machines d'hémodialyse
• ventilateurs
• appareils d'anesthésie
• machines d'apnée du sommeil
• chimie médicale

En hémodialyse, les machines dépendent de ces capteurs de pression pour réguler la pression dans le réservoir de mélange lorsque le sang s'approche du rein artificiel et régule le flux sanguin vers et depuis le patient.

Alternativement dans les ventilateurs, ils aident à surveiller la respiration d'un patient et à détecter si elle se détériore soudainement, en plus de détecter la présence d'un filtre bouché. Les capteurs de pression de haute précision ont un objectif similaire dans les appareils d'anesthésie car ils mesurent la pression de l'air et de l'oxygène, à la fois vers et depuis le patient, pour s'assurer qu'elle ne dépasse jamais un niveau de sécurité.

Les machines d'apnée du sommeil (Figure 3), y compris CPAP, Auto-PAP et Bilevel-PAP, utilisent des capteurs de pression ultra-basse pour surveiller la pression à laquelle l'air est délivré au patient. Ils sont également utilisés pour surveiller la pression artérielle et l'air de la chambre d'hôpital.

Figure 3. Des capteurs de pression haute précision et basse pression montés sur carte sont utilisés dans les ventilateurs et les équipements d'anesthésie. Image fournie avec l'aimable autorisation de Pixabay.

Dans l'ensemble, en chimie médicale, des capteurs de pression de haute précision sont utilisés dans les analyseurs de chimie. Par exemple, des capteurs de pression sont utilisés avec des pipettes pour prélever la bonne quantité de liquide, détecter si le flacon est mal placé, vérifier que l'air n'est pas aspiré et reconnaître la présence d'obstructions. Les applications supplémentaires incluent la cytométrie en flux, les tests moléculaires et d'autres catégories d'équipements de tests de laboratoire automatisés.

Autres applications

Il existe également un besoin de capteurs de pression ultra-faibles et de haute précision dans la conservation de l'énergie des bâtiments, tels que la surveillance des pressions liées aux filtres pour optimiser leur remplacement, ainsi que pour déterminer si un filtre est obstrué ou manquant. Des capteurs de pression de haute précision peuvent être utilisés pour le changement de pression associé à l'ouverture d'une fenêtre de sorte que des changements automatisés du débit d'air ou des ajustements de position de la fenêtre puissent être effectués.

Ils sont également intégrés aux systèmes VAV pour garantir que le flux d'air dans un bâtiment est équilibré. Les capteurs de pression ultra-basse et haute précision peuvent également être utilisés dans les calibrateurs de débit, le contrôle pneumatique, l'instrumentation de débit de gaz, la chromatographie en phase gazeuse et la barométrie, entre autres.

Et toutes ces applications se prêtent directement à l'utilisation de solutions de capteurs de pression montés sur carte.

Considérations lors de la sélection d'un capteur de pression à montage sur carte

La sélection d'un capteur monté sur carte implique les choix de conception généralement impliqués avec les capteurs de pression (par exemple, la plage de pression de fonctionnement, la température environnementale, le type de fluide). Cependant, pour sélectionner le capteur de haute précision et ultra-basse pression le plus approprié parmi les gammes de produits à montage sur carte, certaines considérations doivent être explorées plus en profondeur.

Plages de pression et pressions d'éclatement

Dans certaines applications, il peut exister une incertitude considérable quant à la plage de pression en termes de pression la plus élevée ainsi que des problèmes potentiels de pression d'éclatement. Les plages qui incluent une pression de service élevée (par opposition à la plage de pression calibrée) peuvent permettre aux capteurs de pression ultra-basse d'être continuellement exposés à des pressions supérieures à la plage calibrée sans dommage. Lorsqu'il est combiné à des pressions d'éclatement élevées, le processus de conception du système peut être simplifié, les temps d'arrêt potentiels du système réduits et la fiabilité globale du système améliorée.

Précision

Il existe trois types d'erreur de base qui peuvent affecter la précision d'un capteur de pression :la non-linéarité de la pression, l'hystérésis et la non-répétabilité. Une précision extrêmement étroite, souvent mesurée en termes de FSS BFSL (Full Scale Span, Best Fit Straight Line), peut améliorer l'efficacité du système, réduire les exigences d'étalonnage pour le client, simplifier le développement logiciel et minimiser la conception du système.

Bande d'erreur totale

Le TEB (Total Error Band) prend en compte les erreurs liées à la précision ainsi qu'au décalage, au FSS (Full Scale Span), à l'effet thermique sur le décalage, à l'effet thermique sur la plage et à l'hystérésis thermique, sur toute la plage de température compensée. Pour qu'un capteur de pression de haute précision fournisse des lectures précises, fiables et reproductibles, le TEB doit être pris en compte.

Il y a d'autres avantages à s'appuyer sur TEB en plus d'améliorer la précision globale du système. La sélection d'un capteur de pression haute précision monté sur carte avec un faible TEB prend également en charge une variation minimale de la précision d'une pièce à l'autre, ce qui améliore l'interchangeabilité des capteurs. Enfin, les capteurs de pression avec un petit TEB réduisent le temps et le coût de fabrication car chaque capteur ne nécessite pas d'étalonnage et de test individuel.

Stabilité

La stabilité est importante pour les performances globales du système et aide à minimiser les besoins d'étalonnage. Il prend également en charge la disponibilité globale du système en minimisant le besoin d'entretien ou de remplacement du capteur. Cela est particulièrement vrai pour les applications critiques telles que celles qui ont un impact sur la santé et le bien-être.

Efficacité énergétique

La consommation d'énergie liée aux capteurs de pression montés sur carte est extrêmement importante pour diverses raisons, notamment leur contribution aux performances globales du système. De plus, de nombreuses applications pour les capteurs haute précision et basse pression doivent être portables, et une faible consommation d'énergie permet de prolonger la durée de vie de la batterie. Encore mieux sont les gammes de produits qui incluent une option de mode veille pour réduire davantage les besoins en énergie.

Sensibilité à l'humidité niveau 1

Les capteurs de pression qui répondent à l'exigence IIPC/JEDEC J-STD-020D.1 de sensibilité à l'humidité de niveau 1 font de la fixation par refusion de la soudure et/ou de la réparation un processus beaucoup plus sûr sans avoir besoin d'une longue cuisson. Cela permet à l'utilisateur d'éviter les dommages mécaniques et thermiques trop courants qui se produisent souvent lors de la refusion et prend en charge la fabrication au plus juste car le résultat est à la fois stable et prêt à l'emploi très rapidement après le processus de refusion. De plus, le respect de ces normes strictes liées à la sensibilité à l'humidité permet également une durée de vie illimitée du sol lorsqu'il est correctement stocké.

Exemple de produit :Honeywell TruStability HSC

Lorsque les applications exigent des solutions de capteurs de pression ultra-basse haute précision, les options montées sur carte sont un excellent choix. La série de capteurs de pression à montage sur carte Honeywell TruStability HSC (High-accuracy Silicon Ceramic) est disponible dans de larges plages de pression, y compris ±1,6 mbar à ±10 bar, ±160 Pa à ±1 MPa et ±0,5 inH20 à ±150 psi avec prise en charge pour les coups de pression. Ils offrent une précision de pointe de ±0,25 %FSS BFSL étalonnés sur la plage de températures de 0 °C à 50 °C [32 °F à 122 °F] et sont compensés en température à ±1 % FSS à ±3 % FSS TEB .

Le TruStability HSC (des capteurs de pression ultra-basse sont disponibles pour mesurer les pressions absolue, différentielle et relative, le tout avec une excellente stabilité avec une consommation d'énergie extrêmement faible (généralement moins de 10 mW) avec un mode veille en option disponible sur demande.

La série HSC d'Honeywell est également conforme à l'exigence IIPC/JEDEC J-STD-020D.1 de sensibilité à l'humidité de niveau 1. De plus, ces capteurs de pression ultra-basse sont entièrement calibrés et compensés en température pour les effets de température, la sensibilité, le décalage du capteur et la non-linéarité à l'aide d'un circuit intégré intégré spécifique à l'application (ASIC).

Sager Electronics est un distributeur agréé de Honeywell Sensing et IoT, offrant une large gamme de capteurs de pression à montage sur carte TruStability ainsi que d'autres solutions de capteurs et de commutation. Cliquez ici pour en savoir plus sur ces capteurs ou visitez le catalogue Honeywell sur sager.com.

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