Leeg Instruments Co., Ltd. és una empresa d’alta tecnologia especialitzada en l’R + D, la producció i les vendes d’instruments d’automatització industrial. Fundada el 2005 i amb seu a Xangai, la Xina, la companyia compta amb una línia de producció completa i equips de prova. La seva cartera de productes inclou sensors de pressió, transmissors de pressió, transmissors de nivell, transmissors de temperatura, comptadors de flux i diversos instruments de mesura industrials. Leeg Instruments ha obtingut la certificació del sistema de gestió de la qualitat ISO9001, també els productes s’utilitzen àmpliament en indústries com el petroli i el producte químic, la generació d’energia, la metal·lúrgia i els productes farmacèutics. Leeg destaca la innovació tecnològica, amb un equip de R + D amb experiència dedicat a proporcionar solucions de mesurament fiables als clients.
Sensors de silici difusos
Sensors de pressió de monosilicó
Els sensors monosilicons utilitzen cristalls de silici d’alta puresa, aprofitant el seu efecte piezoresistiu intrínsec sense dopatge addicional. La seva perfecta estructura de cristall garanteix una estabilitat excepcional (0. Aquests sensors són ideals per a aplicacions d’alta precisió com ara indústries aeroespacials i petroquímiques.
Sensors de pressió diferencials
Els sensors de pressió diferencial de monosilicon mesuren la diferència entre dos punts de pressió, com en el control del flux i el nivell. La seva estructura simètrica i el seu disseny resistent a la sobrepressió garanteixen una alta precisió, mentre que alguns models utilitzen la tecnologia MEMS per a la miniaturització. S’utilitzen àmpliament en aplicacions de monitorització de petroli, químics, farmacèutics i de control ambiental.
Sensors multivariables
Els sensors multivariables integren les mesures de pressió, temperatura i flux en una sola unitat. El seu disseny modular, combinat amb la tecnologia de processament de senyal digital, millora la precisió de les dades. Aquests sensors s’utilitzen àmpliament en indústries que requereixen un control complet de paràmetres, com el petroli i el control ambiental.
Què mesuren els sensors de pressió?
Els sensors de pressió s’utilitzen àmpliament en diversos camps per mesurar diversos paràmetres. En el control de processos industrials, controlen la pressió líquida o de gas a les canonades i els contenidors per assegurar operacions segures i estables. A la indústria de l’automoció, mesuren la pressió d’entrada del motor, la pressió de combustible i la pressió dels pneumàtics per millorar el rendiment i la seguretat del vehicle. A l’assistència sanitària, la pressió arterial monitoritza, ventiladors i màquines de diàlisi es basen en sensors de pressió per al control de signes vital. El sector aeroespacial utilitza sensors de pressió d’alta precisió per mesurar l’altitud, la velocitat d’aire i les condicions del motor. Els electrodomèstics com les rentadores i els rentaplats utilitzen sensors de pressió per controlar els nivells d’aigua. A més, les estacions meteorològiques les utilitzen per mesurar la pressió atmosfèrica per a la previsió meteorològica, mentre que els exploradors de fons de fons utilitzen sensors especialitzats de pressió per suportar les pressions externes. A mesura que avança la tecnologia, els sensors de pressió troben noves aplicacions en cases intel·ligents i dispositius portables, cosa que fa que la mesura de la pressió sigui un paràmetre indispensable en la tecnologia moderna.
L’evolució dels sensors de pressió
La història dels sensors de pressió es remunta al segle XVII amb la invenció de manòmetres basats en columnes líquides. A finals del segle XIX, els calibres de pressió del tub de Bourdon van marcar la maduresa de la mesura de la pressió mecànica. A la dècada de 1950, els avenços en la tecnologia de semiconductors van conduir al primer sensor de pressió piezoresistiva de silici, que es va produir en l'era de la mesura de la pressió electrònica. La dècada de 1970 va veure que els sensors de pressió MEMS sorgeixen del progrés de la microfabricació, reduint significativament la mida i el cost. Durant la dècada de 1980 -1990 s, el processament del senyal digital va millorar la precisió i l'estabilitat del sensor, donant lloc a sensors intel·ligents. Al segle XXI, la comunicació sense fils i les tecnologies IoT van impulsar el desenvolupament de sensors de pressió sense fils, mentre que els nous materials i processos van ampliar els seus límits de rendiment. Els avenços recents en la tecnologia de monosilicons tenen una precisió elevada de mesurament de la pressió a les noves altures, mentre que les aplicacions multifuncionals i les aplicacions AI estan redefinint el futur dels sensors de pressió. Des de dispositius mecànics simples fins a nodes de detecció intel·ligents, els sensors de pressió han evolucionat des de bàsics fins a complexos, únics fins a multi-paràmetres i cablejats a sistemes sense fils.
Principis de treball de diversos sensors de pressió
Els sensors de pressió funcionen sobre diversos principis, cadascun amb característiques úniques. Els sensors piezoresistius utilitzen l'efecte piezoresistiu en semiconductors o metalls, convertint els canvis de resistència en senyals elèctrics a través d'un pont de pedra de blat quan la pressió deforma un diafragma. Els sensors capacitius mesuren els canvis induïts per la pressió en la distància entre les plaques del condensador, oferint un consum baix d’energia i alta sensibilitat. Els sensors ressonants detecten pressió mitjançant la supervisió dels canvis de freqüència en elements vibradors (per exemple, bigues de silici o cristalls de quars), aconseguint una precisió ultra alta a costos més elevats. Els sensors òptics es basen en els canvis en les propietats de fibra o reixeta, cosa que els fa adequats per a ambients d’interferència electromagnètic alts. Els sensors piezoelèctrics generen càrregues a pressió, ideals per a mesures de pressió dinàmiques. Altres tipus inclouen sensors electromagnètics basats en els principis LVDT (transformador diferencial variable lineal) i sensors de serra (onada acústica de superfície). Cada principi determina les diferències de precisió, estabilitat, rendiment de la temperatura i cost, permetent als usuaris seleccionar el millor tipus per a les seves necessitats. Els sensors moderns sovint combinen diversos principis amb algoritmes avançats de compensació per obtenir un rendiment òptim.
Mètodes de sortida comuns per a sensors de pressió
Els sensors de pressió ofereixen diversos senyals de sortida, principalment classificats com a analògics o digitals. Les sortides analògiques inclouen els senyals de corrent 4-20 i 0-5 V\/0-10 V senyals de tensió, que són senzills, fiables i resistents al soroll per a la transmissió de llarga distància en configuracions industrials. Per a requisits més elevats, les sortides a nivell de Millivolt poden ser processades per amplificadors externs. Les sortides digitals inclouen interfícies en sèrie com I2C, SPI i RS485, així com estàndards industrials com CAN BUS i HART Protocol, que ofereixen una millor immunitat de soroll i capacitat de dades per a la integració de l’ordinador. Amb els avenços IoT, les sortides sense fils com Lora, Nb-ioT i Bluetooth activen el control remot. Els sensors intel·ligents també poden integrar protocols de camp de camp com Modbus i Profibus per a la connectivitat del sistema de control industrial directe. Alguns sensors especialitzats proporcionen sortides de freqüència o PWM (modulació d’amplada de pols) per a aplicacions específiques. L’elecció depèn de la distància de transmissió, la interferència ambiental, la compatibilitat del sistema i els requisits d’energia, amb sensors moderns que sovint ofereixen múltiples opcions de sortida per satisfer diverses necessitats.
Avantatges dels sensors de monosilicó
Els sensors monosilicons representen el pinacle de la tecnologia de mesurament de la pressió, oferint diversos avantatges clau. En primer lloc, la seva estructura de cristall d’alta puresa i sense defectes garanteix una estabilitat i una repetibilitat a llarg termini excepcionals, aconseguint normalment 0. 1%FS\/any. En segon lloc, les propietats mecàniques i elàstiques superiors permeten una precisió ultra alta, amb alguns models que arriben a 0. 01%fs. En tercer lloc, els coeficients de temperatura mínims permeten un rendiment estable en un ampli rang (-40 grau fins a 125 graus) sense compensació complexa. A més, la resistència a la fatiga excepcional suporta més de 10 milions de cicles de pressió sense degradació. Des d’una perspectiva de fabricació, els processos de semiconductors asseguren la coherència, la capacitat de producció massiva i les mides compactes. En entorns durs, aquests sensors demostren un xoc i una resistència a les vibracions superiors, juntament amb una millor compatibilitat de medis. Aquests avantatges fan que els sensors de Monosilicon siguin ideals per exigir aplicacions com aeroespacial, instruments de precisió i exploració de petroli, on els costos inicials més elevats es compensen amb la fiabilitat i el rendiment a llarg termini.
Procés de fabricació de sensors de monosilicó
La producció de sensors monosilicons combina tecnologies de mecanitzat de semiconductors i precisions, que impliquen processos complexos i estrictes. Comença amb la preparació del lingot de silici d’alta puresa mitjançant mètodes Czochralski (CZ) o Zona Float (FZ) per fer créixer barres monocristal·lines sense defectes, que es tallen en hòsties. Després de la trituració de precisió i el polit a la plana sub-micron, la fotolitografia defineix zones sensibles a la superfície de les hòsties. Gravelló en humida o seca anisotròpica i després forma estructures de diafragma precises, normalment amb gruixos controlats a desenes de micres (tolerància ± 1µm). La implantació o la difusió d’ions crea piezoresistors a les regions crítiques, activada mitjançant un recuit a alta temperatura. Es dipositen capes de passivació per protegir elements sensibles, seguits de l’enllaç anòdic al vidre o una altra hòstia de silici per formar el buit de referència o les cavitats de pressió. Després dels envasos a nivell de xip, la retallada làser i la compensació de la temperatura asseguren característiques de sortida consistents. Finalment, el xip de detecció es reuneix en carcasses d’acer inoxidable o ceràmica amb circuits de condicionament de senyal, sotmesos a proves d’envelliment rigoroses i calibració abans de convertir -se en productes acabats. Tot el procés requereix un entorn de la sala neta, inclou centenars de passos i exigeix un control de qualitat estricta a l’alt rendiment del sensor.
Desenvolupament futur de sensors monosilicons
La tecnologia del sensor monosilicó continua avançant ràpidament, amb les tendències futures centrades en diverses àrees. Per a la millora del rendiment, l’orientació i el dopatge de cristalls optimitzats augmentaran la sensibilitat alhora que reduirà el soroll per a una resolució més alta. Els nous materials com el carbur de silici poden estendre les temperatures de funcionament superiors als 800 graus per a ambients extrems. La integració és una altra direcció clau, amb els sensors de monosilic que combinen la temperatura, l’acceleració i la detecció química en un sol xip per a sistemes multifuncionals. Les tendències sense fils i intel·ligents conduiran a sensors autònoms amb recol·lectors d’energia i xips d’AI per a la informàtica de vora. La fabricació pot adoptar la impressió 3D i l’autoassemblatge per reduir costos per a estructures complexes. Les aplicacions s’ampliaran des del control industrial fins a la biomedicina i l’electrònica de consum, com ara monitors de pressió arterial implantables i reconeixement del gest. Els efectes quàntics en monosilicon podrien desbloquejar nous principis de mesura més enllà de la física clàssica. Amb la proliferació 5G i IoT, aquests sensors es convertiran en nodes crítics en xarxes de detecció intel·ligent, proporcionant dades de pressió precises per a una societat digitalitzada.
