[Tecnología de prueba Diseño de sensor de presión dinámica] Sensor de presión dinámico en miniatura
Tecnología de prueba
Diseño del sensor (presión dinámica)
Nombre del trabajo de diseño: Sensor electrónico de presión de flujo de agua Diseñador del trabajo: Wang Siyun ([1** ** ******]) Wang Jianfeng ([1************])
Miembro del equipo: Wang Shibin ([1****** ****]) Yu Guanglin ([1************]) Wang Zeqing ([1**********])
Curso nombre: Tecnología de pruebas
Facultad: Escuela de Mecánica y Transporte
Especialidad: Transporte
Tiempo de diseño: 26 de noviembre de 2013 - 1 de diciembre de 2013
Diseño electrónico del sensor de presión de flujo de agua
Introducción a los sensores de presión: los sensores de presión son los sensores más utilizados en la práctica industrial, y los sensores de presión que utilizamos habitualmente se fabrican principalmente mediante el efecto piezoeléctrico. Entonces el sensor también se llama sensor piezoeléctrico.
Sabemos que los cristales son anisotrópicos y los amorfos son isotrópicos. Cuando ciertos medios cristalinos se deforman por una fuerza mecánica en una determinada dirección, producen un efecto de polarización; cuando se elimina la fuerza mecánica, volverán a un estado sin carga, es decir, cuando están bajo presión, un determinado medio cristalino se deformará. Los cristales pueden producir un efecto eléctrico, que es el llamado efecto de polarización. Los científicos desarrollaron sensores piezoeléctricos basándose en este efecto.
El efecto piezoeléctrico es el principal principio de funcionamiento de los sensores piezoeléctricos. Los sensores piezoeléctricos no se pueden utilizar para mediciones estáticas porque la carga después de la fuerza externa solo se puede guardar cuando el bucle tiene una impedancia de entrada infinita. La situación real no es así, por lo que esto determina que el sensor piezoeléctrico sólo puede medir la tensión dinámica.
Como la presión del flujo de aire, la presión del flujo de líquido, el sensor de presión dinámica que diseñamos a continuación es un sensor que utiliza la presión del flujo de agua para medir varios datos: sensor de presión del flujo de agua
Contenido
Introducción ................................................. ................ .................................
1.1 Antecedentes...................................................... ................................. .................... .........................
1.2 Ejemplos de aplicación....... ................................. ................. .................................
Análisis de principios........ ........................................ .......... .........................
2.1 Principio de funcionamiento............ ..... ................................................. .......... .................................
Proceso de implementación.................................................. ................................. .................
3.1 Diseño del diagrama de circuito.................... .................... ................................................ ... .............
3.2 Simulación de circuitos........................ ... ................................................. ............ ..................
Experiencia............ ............................................................ ......................... .....
Introducción
1.1 Antecedentes
Los principales materiales piezoeléctricos utilizados en los sensores de presión de flujo de agua incluyen cuarzo, tartrato de sodio y potasio y amina de dihidrógeno fosfato. Entre ellos, el cuarzo (dióxido de silicio) es un cristal natural. El efecto piezoeléctrico se encuentra en este cristal. Dentro de un cierto rango de temperatura, las propiedades piezoeléctricas siempre existen, pero después de que la temperatura excede este rango, las propiedades piezoeléctricas desaparecen por completo. (Esta alta temperatura es el llamado "punto Curie"). Dado que el campo eléctrico cambia ligeramente con el cambio de tensión y el coeficiente piezoeléctrico es relativamente bajo, el cuarzo se reemplaza gradualmente por otros cristales piezoeléctricos. El tartrato de potasio y sodio tiene una gran sensibilidad piezoeléctrica y coeficiente piezoeléctrico, pero solo puede usarse en ambientes con temperatura ambiente y baja humedad. El dihidrógenofosfato de amonio es un cristal artificial que puede soportar altas temperaturas y una humedad relativamente alta, por lo que se ha utilizado ampliamente.
Este efecto piezorresistente es un fenómeno provocado por el estrés, que provoca cambios en el estado energético del conductor y la banda de electrones de valencia, así como cambios en el número y movilidad de los portadores. Japón comenzó la investigación y el desarrollo en 1970, primero aplicados a monitores de presión arterial y luego ampliamente utilizados en campos de control de procesos y piezas de control de motores de automóviles. En los últimos años, los sensores de presión electrónicos se han utilizado ampliamente en electrodomésticos, medidores de agua domésticos y otros campos de aplicación para el control de presión y el monitoreo de flujo.
Figura 1 Modelo de sensor de presión electrónico
1.2 Ejemplo de aplicación
Figura 2 Aplicación del sensor de presión de flujo de agua en lavadora totalmente automática
Figura 3 Diagrama estructural del sensor de presión de flujo de agua
Figura 4 Aplicación del sensor de presión de flujo de agua en el medidor de agua para medir el caudal
La Figura 2 es un ejemplo de aplicación del sensor de presión de flujo de agua en lavadora totalmente automática. Como se muestra en la figura, la cámara de aire se utiliza para detectar los cambios en la presión del agua bajo diferentes niveles de agua como cambios en la presión del aire, de modo que la inyección de agua en la lavadora se pueda detener automáticamente en el nivel de agua establecido. La Figura 3 es un ejemplo de la aplicación de un sensor de presión de flujo de agua en un medidor de agua. La presión del flujo de agua en la tubería se utiliza para presionar el sensor de flujo en la pared de la tubería y la señal de presión se convierte en una señal digital y se muestra. en el medidor de agua.
Capítulo 2 Análisis de principios
2.1 Principio de funcionamiento
La Figura 1 es el diagrama de estructura de la sección transversal del sensor de presión de flujo de agua PS y la Figura 2 es el estructura de la parte del sensor. Como se muestra en la figura, hay una capa de resistencia difusa en el chip de silicio semiconductor del sensor de presión. Si se aplica presión a esta resistencia, su valor de resistencia cambiará debido al efecto de piezorresistencia. La parte sujeta a tensión, es decir, el diafragma, se vuelve más delgada porque detecta fácilmente la presión. Para reducir la influencia de la tensión de la base del sensor, la pieza del sensor de presión se instala sobre una base de vidrio.
Como se muestra en la Figura 2 y la Figura 3, cuando se aplica una cierta presión a la cavidad, el diafragma se estira o contrae hasta cierto punto y se deforma. El método de disposición de las resistencias piezoeléctricas se muestra en la Figura 3. La resistencia de las resistencias R2 y R4 que están estiradas aumenta; la resistencia de las resistencias R1 y R3 que están comprimidas disminuye. Figura 4 Dado que las piezorresistencias forman una estructura de puente como se muestra en la Figura 4, si se conectan a una fuente de corriente constante, el voltaje de salida ΔV se obtendrá en el extremo de salida debido al aumento o disminución de la presión cuando la presión es cero. , ΔV es igual al voltaje de polarización Voffset. En un estado ideal, esperamos que Voffset = 0V. De hecho, al generar una resistencia difusa, debido a los diferentes tamaños de las resistencias difusas formadas y la ligera diferencia en la concentración de impurezas. siempre existe un cierto valor. Cuando la presión es cero, R1=R2=R3=R4=R, registramos el cambio en la resistencia de R1 y R2 como ΔR cuando se aplica una cierta presión, el cambio correspondiente en la resistencia de R3 y R4 se registra como -; ΔR, entonces ΔV=ΔRI. Este ΔV exhibe características casi completamente lineales en relación con la presión y solo cambia con la temperatura.
Capítulo 3 Proceso de implementación
3.1 Diseño del diagrama de circuito
La figura 5 es un ejemplo del diseño del circuito periférico del sensor de presión de flujo de agua a presión PS. En la figura, Se utiliza una fuente de corriente constante para accionar el sensor de presión.
Figura 5 Circuito de diseño del sensor de presión de flujo de agua
Dado que el voltaje de salida cuando el puente está desequilibrado es relativamente pequeño, se deben utilizar los amplificadores operacionales IC1b e IC1C para la amplificación. En la figura, VR1 es el ajuste de polarización, VR2 es el ajuste de sensibilidad a la presión, VR3 es el ajuste del voltaje de salida cuando no hay presión y C1 y C2 se utilizan para eliminar el ruido. Además, si el voltaje de la fuente de alimentación fluctúa, provocará cambios en el voltaje de salida, por lo que se debe proporcionar una fuente de alimentación estable al circuito.
3.2 Simulación de circuitos
Experiencia
La tecnología de pruebas (tecnología de sensores) es un curso básico profesional con sólidos aspectos teóricos y prácticos, y también es un curso completo. disciplina técnica básica, requiere conocimientos de matemáticas, física, electrónica, mecánica, maquinaria, etc., así como el dominio de los principios de transformación de diversas cantidades físicas, diversas cantidades físicas estáticas y dinámicas (como fuerza, vibración, ruido, presión y temperatura, etc.), así como las teorías básicas involucradas en el diseño de dispositivos experimentales y análisis de datos. Antes de hacer este diseño, leí el libro de texto de tecnología de pruebas enseñado por el maestro y tenía cierta comprensión de la tecnología de pruebas. Debido a que nunca antes habíamos estado expuestos a un diseño de curso similar, este experimento nos pareció un poco difícil. La tecnología de detección es un conocimiento integral del curso. Si desea realizar bien este experimento, debe tener buenos conocimientos teóricos, como: circuitos, electrónica analógica y, al dibujar, también debe utilizar software para dibujar software de simulación multisim. Sólo si está familiarizado con estos cursos podrá completar realmente este experimento. Primero, es el diseño del diagrama del circuito. Debe comprender el principio del sensor y su papel en el circuito. Aunque el diagrama del circuito finalmente diseñado no es muy complicado, todavía requirió muchos giros y vueltas.
En segundo lugar, conectar componentes de circuitos en multisim nos permite familiarizarnos aún más con las funciones de este software y poder utilizarlo libremente. Finalmente, está la simulación del circuito, que se puede decir que es la parte más crítica. Todo el trabajo previo está sentando las bases para ello. Una vez que la simulación falla, significa que todos los esfuerzos pueden ser en vano. Aunque los resultados de la simulación son números, están lejos de las necesidades reales. Por lo tanto, lo depuré una y otra vez, cambiando el valor de resistencia de la resistencia y el valor de resistencia del reóstato deslizante, y finalmente depuré el resultado.
A través del diseño de este sensor, hemos aprendido muchos conocimientos prácticos.
Más importante aún, el proceso de diseño y la forma de pensar en los problemas son diferentes del proceso de diseño. Otros diseños son universales y realmente nos benefician mucho. En el proceso de este diseño, debemos cultivar nuestra propia capacidad para analizar y resolver problemas de forma independiente. En el proceso de depuración del diagrama del circuito, debes aprender a pensar por ti mismo. Finalmente, a través de este diseño, no solo obtuvimos una comprensión más profunda del conocimiento teórico, sino que también mejoramos nuestra capacidad integral. Espero que haya más tareas como esta en el futuro, para que podamos poner en práctica el conocimiento profesional que hemos aprendido. . En conjunto, hemos realizado muchas mejoras en todos los aspectos, lo que nos ha permitido obtener una mejor formación.