Considérations relatives à l'inclusion d'un capteur de pression monté sur carte

Dans cet article, découvrez ce que sont les capteurs de pression montés sur carte, comment ils fonctionnent, leurs avantages, leurs applications et comment en choisir un pour une conception.

Les capteurs de pression montés sur carte (Figure 1) sont déjà utilisés dans un certain nombre d'applications, notamment les dispositifs médicaux, l'automatisation industrielle et le HVACR. Mais pourquoi pourraient-ils être choisis par rapport aux systèmes de détection de pression plus traditionnels ?

Figure 1 :Exemples de capteurs de pression montés sur carte. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Honeywell

Les capteurs de pression à montage sur carte, comme leur nom l'indique, sont des capteurs de pression conçus pour être montés sur un PCB (Printed Circuit Board), devenant ainsi une partie intégrante d'un assemblage électronique. Alors que certains capteurs sont conçus pour évaluer la pression de contact physique entre un capteur et un objet solide, d'autres sont spécifiquement destinés à mesurer la pression d'un liquide ou d'un gaz.

Avantages des capteurs montés sur carte

En général, les avantages du capteur de pression à montage sur carte résident dans l'inclusion des capteurs et de l'ASIC (circuit intégré spécifique à l'application) sur une seule puce facile à placer, même sur des circuits imprimés très encombrés.

Une telle approche :

• Réduit les coûts des pièces
• Simplifie la complexité de conception
• Réduit l'empreinte du système
• Augmente la flexibilité de conception dans la mise en œuvre des capteurs

De plus, certains de ces capteurs incluent l'étalonnage, l'amplification et la compensation de température intégrés dans un seul package qui :

• Améliore la disponibilité du système
• Facilite grandement le remplacement des capteurs
• Crée une empreinte plus compacte et plus légère des systèmes de mesure de pression.

Un autre avantage est la façon dont ces capteurs sont conçus pour fonctionner dans des environnements qui impliquent des niveaux élevés d'humidité et/ou une exposition à divers fluides et gaz. Cela permet au capteur d'être directement exposé au milieu mesuré, ce qui peut être extrêmement important dans des applications telles que les ventilateurs ou les machines d'apnée du sommeil (voir Figure 2).

Figure 2 :Exemple de schéma de capteurs utilisés dans un appareil d'apnée du sommeil. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Honeywell

Enfin, certains types de ces capteurs offrent des niveaux de précision extrêmement élevés ainsi qu'une bonne précision, résolution et répétabilité, qui peuvent tous être critiques dans de nombreux appareils.

Types de pression pour les capteurs de pression

Presque tous les capteurs de pression montés sur carte dépendent d'un certain type de structure à micro-niveaux (par exemple, un diaphragme) qui présente un changement dans une caractéristique électrique qui est proportionnel à la déformation qu'il subit lorsqu'il est déformé.

Les caractéristiques électriques peuvent inclure un changement de capacité, de résistance ou de charge, qui peuvent tous être mesurés et transformés en un signal électrique.

Les trois types de pressions mesurées par les capteurs de pression sont :

• Pression manométrique , la pression relative à la pression atmosphérique
• Pression différentielle , la différence de pression entre deux points
• Pression absolue, la pression par rapport à 0 psi

Dans la plupart des cas, les capteurs de pression relative fournissent une sortie proportionnelle à toute variation par rapport à la pression atmosphérique, tandis que la pression différentielle est basée sur des mesures de pression entre deux ports. Enfin, les capteurs de pression absolue utilisent une référence de vide interne et sont généralement utilisés pour mesurer les changements de pression barométrique ou les changements d'altitude.

Applications :Médicales et industrielles

Les capteurs de pression montés sur carte sont utilisés dans de nombreuses applications et industries différentes (Figure 3), allant des dispositifs médicaux critiques à la fabrication automatisée.

Ils peuvent être trouvés dans HVACR détectant les filtres obstrués, aidant à la surveillance environnementale et à la QAI (qualité de l'air intérieur) et à la conservation de l'énergie des bâtiments.

Ces capteurs de pression fonctionnent également bien pour mesurer la pression statique des conduits, détecter la présence de filtres et prendre en charge le contrôle VAV (Variable Air Volume).

Figure 3 : deux exemples d'applications où ce type de capteur peut être appliqué sont les dispositifs médicaux (à gauche) et les environnements industriels (à droite). Image utilisée avec l'aimable autorisation de Honeywell

Industrie médicale

Dans l'industrie médicale, ils se sont avérés indispensables dans divers équipements, notamment :

• Ventilateurs
• Machines d'anesthésie
• Pression d'air de la chambre d'hôpital
• Spiromètres

Les capteurs de pression montés sur carte sont également utilisés dans les équipements liés à l'analyse du sang, à la dialyse, à la centrifugation et à la distribution de gaz tels que l'oxygène et l'azote.

Industrie industrielle

Dans un contexte industriel, ces capteurs sont utilisés dans :

• Machines générales
• Surveillance des conditions
• Appareils IIoT (Internet des objets industriels)
• Industrie 4.0
• Robotique

Ces capteurs sont utilisés en milieu industriel avec :

• Contrôle pneumatique de l'air
• Contrôle des processus
• Détection de fuite
• Systèmes de contrôle météorologique
• Vide-commutateurs
• Altimètres
• Baromètres

Choisir un capteur :spécifications et caractéristiques

Avant de choisir un capteur de pression à montage sur carte, il est important de comprendre certaines spécifications et caractéristiques clés de ces capteurs.

En ce qui concerne les spécifications de ce type de capteur, celles-ci incluent souvent la plage du signal de sortie et la tension d'alimentation. De plus, il faut choisir si le signal de sortie est analogique VDC ratiométrique ou numérique I ² C ou Serial Peripheral Interface (SPI), qui peut être directement interfacé à un microprocesseur ou un microcontrôleur.

L'analogique ou le numérique a également un impact sur la fréquence à laquelle les valeurs des données peuvent être mises à jour, qui est généralement mesurée en kHz.

Quant aux caractéristiques de base des capteurs de pression montés sur carte, elles incluent souvent :

• Plage – pressions minimale et maximale que le capteur peut détecter avec précision
• Résolution – changement de pression minimum qui doit être présent pour que le signal de sortie le reflète

Gardez à l'esprit qu'il existe une relation entre la plage et la résolution :plus la plage est élevée, moins la résolution est possible et vice versa.

En plus des caractéristiques de pression standard, il est sage de considérer la pression d'éclatement. Certaines applications, y compris celles dans le domaine médical, peuvent impliquer des procédures de nettoyage ou d'assainissement pouvant entraîner une augmentation temporaire mais significative de la pression. Des pics de pression qui, bien que transitoires, dépassent toujours la limite de surpression de l'appareil.

Une autre caractéristique clé à considérer est la température. Étant donné que la température a un impact significatif sur la pression, certains capteurs de pression montés sur carte (mais pas tous) sont compensés en température pour des facteurs tels que :

• Décalage du capteur
• Sensibilité
• Effets de température
• Non-linéarité.

Cette compensation de température est souvent réalisée grâce à l'utilisation d'ASIC embarqués.

La précision, qui indique à quel point la valeur de pression signalée par le capteur est proche de la pression réelle mesurée, est également cruciale.

La précision est indiquée en pourcentage de la pleine échelle (FS) des capteurs de pression ou de la plage de bande pleine échelle (FSS). Il peut également être rapporté en termes de bande d'erreur totale (TEB), qui représente la précision du capteur sur une plage compensée en température.

Une dernière caractéristique de ces capteurs concerne le type de média avec lequel ils fonctionnent (par exemple, fluides, gaz secs) et si le média doit répondre à des exigences supplémentaires telles que non corrosif ou non ionique.

Bien qu'il ne s'agisse que de quelques spécifications et considérations, il est nécessaire de considérer chacune d'entre elles lors du choix du capteur de pression à sélectionner.

Ligne de produits en céramique de silicium (SSC) de précision standard TruStability de Honeywell

Dans l'ensemble, ces capteurs peuvent être avantageux pour les applications qui nécessitent un faible encombrement et une exposition directe aux médias. Lorsqu'ils sont sélectionnés et intégrés correctement, ils peuvent s'avérer très fiables avec une excellente précision sur une large plage de pressions.

La gamme de produits Honeywell TruStability Standard Accuracy Silicon Ceramic (SSC) est une option pour les gaz et liquides non ioniques et non corrosifs, y compris l'air et d'autres gaz secs, sur une large plage de pression de ±1,6 mbar à ±10 bar (±160 Pa à ±1 MPa).

Cette famille de capteurs a été calibrée et compensée en température pour le décalage du capteur, la non-linéarité, la sensibilité, les effets de température (-20 °C à 85 °C), à l'aide d'un ASIC intégré, prend en charge des pressions d'éclatement élevées et est conforme aux normes IPC/JEDEC. J-STD-020D.1 Exigence de niveau 1 de sensibilité à l'humidité.

Ces capteurs peuvent mesurer la pression manométrique, différentielle et absolue et prendre en charge l'analogique ratiométrique et I ² Sortie numérique C/SPI.

De plus, ces capteurs comprennent :

• Lectures mises à jour à 2 kHz pour le numérique et à 1 kHz pour l'analogique
• Une erreur totale de ±2 % FSS à ±5 % FSS, selon la plage de pression, avec des niveaux de précision de pointe de ±0,25 % FSS BFSL.
• Un mode veille pour l'efficacité énergétique.
• Une large gamme de configurations de portage et de boîtier pour raccourcir le temps de conception et de développement pour les ingénieurs.

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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