ในการวัดความดัน คุณอาจสังเกตเห็นว่าผลการวัดไม่ได้สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันขาเข้าในทันที หรือสอดคล้องอย่างสมบูรณ์เมื่อความดันกลับสู่สถานะเริ่มต้น ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้เครื่องชั่งน้ำหนักในห้องน้ำในการวัดน้ำหนัก เซ็นเซอร์ของเครื่องชั่งต้องใช้เวลาในการตรวจจับและรักษาเสถียรภาพในการอ่านน้ำหนักของคุณอย่างแม่นยำ ที่เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์ทำให้เกิดความผันผวนของข้อมูลเบื้องต้น เมื่อเซ็นเซอร์ปรับตามโหลดและประมวลผลข้อมูลเสร็จสิ้น การอ่านจะแสดงผลลัพธ์ที่เสถียรยิ่งขึ้นนี่ไม่ใช่ข้อบกพร่องของเซนเซอร์ แต่เป็นคุณลักษณะปกติของอุปกรณ์วัดอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกี่ยวข้องกับการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์และความสำเร็จในสภาวะคงตัว ปรากฏการณ์นี้สามารถเรียกว่าฮิสเทรีซิสของเซ็นเซอร์
ฮิสเทรีซิสในเซ็นเซอร์ความดันคืออะไร?
เซนเซอร์ฮิสเทรีซีสโดยทั่วไปจะปรากฏเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในอินพุต (เช่น อุณหภูมิหรือความดัน) และสัญญาณเอาท์พุตไม่เป็นไปตามการเปลี่ยนแปลงอินพุตในทันที หรือเมื่ออินพุทกลับสู่สถานะดั้งเดิม สัญญาณเอาท์พุตจะไม่กลับคืนสู่สถานะเริ่มต้นโดยสมบูรณ์ . ปรากฏการณ์นี้สามารถเห็นได้บนเส้นโค้งเฉพาะตัวของเซนเซอร์ ซึ่งมีเส้นโค้งรูปวงรอบที่ล้าหลังระหว่างอินพุตและเอาต์พุต แทนที่จะเป็นเส้นตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากคุณเริ่มเพิ่มอินพุตจากค่าเฉพาะ เอาท์พุตของเซ็นเซอร์ก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม เมื่ออินพุทเริ่มลดลงกลับไปยังจุดเดิม คุณจะพบว่าค่าเอาท์พุตสูงกว่าค่าเอาท์พุตเดิมในระหว่างกระบวนการลดขนาด ก่อตัวเป็นวงหรือห่วงฮิสเทรีซีส- นี่แสดงให้เห็นว่าในระหว่างกระบวนการเพิ่มขึ้นและลดลง ค่าอินพุตเดียวกันจะสอดคล้องกับค่าเอาท์พุตที่แตกต่างกันสองค่า ซึ่งเป็นการแสดงฮิสเทรีซิสโดยธรรมชาติ
แผนภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเอาต์พุตและแรงดันที่ใช้ในเซ็นเซอร์ความดันในระหว่างกระบวนการจ่ายแรงดัน ซึ่งแสดงในรูปแบบของกราฟฮิสเทรีซิส แกนแนวนอนแสดงถึงเอาต์พุตของเซนเซอร์ และแกนแนวตั้งแสดงถึงแรงกดที่ใช้ เส้นโค้งสีแดงแสดงถึงกระบวนการที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งแสดงเส้นทางการตอบสนองจากความดันต่ำไปสูง เส้นโค้งสีน้ำเงินบ่งชี้ว่าเมื่อความดันที่ใช้เริ่มลดลง เอาท์พุตของเซ็นเซอร์ก็ลดลงเช่นกัน จากแรงดันสูงกลับไปสู่ระดับต่ำ แสดงให้เห็นปฏิกิริยาของเซ็นเซอร์ระหว่างการระบายแรงดัน พื้นที่ระหว่างเส้นโค้งทั้งสองซึ่งก็คือลูปฮิสเทรีซิส จะแสดงความแตกต่างในเอาท์พุตของเซ็นเซอร์ที่ระดับความดันเดียวกันระหว่างการบรรทุกและการขนถ่าย ซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดจากคุณสมบัติทางกายภาพและโครงสร้างภายในของวัสดุเซ็นเซอร์
เหตุผลของความดันฮิสเทรีซีส
ปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสในเซ็นเซอร์ความดันส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลักสองประการ ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติทางกายภาพและกลไกการทำงานของเซ็นเซอร์:
- ฮิสเทรีซิสแบบยืดหยุ่นของวัสดุ วัสดุใดๆ ก็ตามจะเกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นในระดับหนึ่งเมื่อถูกแรงภายนอก ซึ่งเป็นการตอบสนองโดยตรงของวัสดุต่อแรงที่ใช้ เมื่อแรงภายนอกถูกขจัดออกไป วัสดุจะพยายามกลับคืนสู่สภาพเดิม อย่างไรก็ตาม การนำกลับคืนมานี้ไม่สมบูรณ์เนื่องจากความไม่สม่ำเสมอภายในโครงสร้างภายในของวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างจุลภาคภายในที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในระหว่างการขนถ่ายซ้ำหลายครั้ง ซึ่งส่งผลให้เกิดความล่าช้าในเอาต์พุตพฤติกรรมทางกลในระหว่างกระบวนการขนถ่ายอย่างต่อเนื่องหรือที่เรียกว่าฮิสเทรีซิสแบบยืดหยุ่น- ปรากฏการณ์นี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ความดันเนื่องจากเซ็นเซอร์มักจะต้องวัดและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันอย่างแม่นยำ
- แรงเสียดทาน ในส่วนประกอบทางกลของเซ็นเซอร์ความดัน โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว แรงเสียดทานเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แรงเสียดทานนี้อาจมาจากการสัมผัสภายในเซนเซอร์ เช่น จุดสัมผัสแบบเลื่อน แบริ่ง ฯลฯ เมื่อเซนเซอร์รับแรงกด จุดเสียดสีเหล่านี้สามารถขัดขวางการเคลื่อนที่อย่างอิสระของโครงสร้างทางกลภายในของเซนเซอร์ ทำให้เกิดความล่าช้าระหว่างการตอบสนองของเซนเซอร์กับ แรงกดดันที่แท้จริง เมื่อแรงดันถูกคลายออก แรงเสียดทานเดียวกันอาจป้องกันไม่ให้โครงสร้างภายในหยุดทันที ดังนั้นจึงแสดงฮิสเทรีซีสในระหว่างขั้นตอนการขนถ่าย
ปัจจัยทั้งสองนี้รวมกันนำไปสู่ลูปฮิสเทรีซิสที่พบในเซ็นเซอร์ในระหว่างการทดสอบการโหลดและการขนถ่ายซ้ำ ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่มักเป็นข้อกังวลเป็นพิเศษในการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำสูง เพื่อลดผลกระทบของปรากฏการณ์ฮิสเทรีซีส การออกแบบอย่างระมัดระวังและการเลือกใช้วัสดุสำหรับเซ็นเซอร์เป็นสิ่งสำคัญ และอาจจำเป็นต้องใช้อัลกอริธึมซอฟต์แวร์เพื่อชดเชยฮิสเทรีซิสนี้ในการใช้งาน
ปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสในเซ็นเซอร์ความดันได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเซ็นเซอร์ และสภาพแวดล้อมการทำงานของเซ็นเซอร์
ปัจจัยใดที่ทำให้เกิดฮิสเทรีซิสของเซ็นเซอร์
1. คุณสมบัติของวัสดุ
- โมดูลัสยืดหยุ่น: โมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุจะกำหนดระดับของการเสียรูปยืดหยุ่นเมื่อถูกแรง วัสดุที่มีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงกว่าจะเสียรูปน้อยลงฮิสเทรีซิสแบบยืดหยุ่นอาจจะค่อนข้างต่ำกว่า
- อัตราส่วนของปัวซอง: อัตราส่วนของปัวซองอธิบายอัตราส่วนของการหดตัวด้านข้างต่อการยืดตามยาวในวัสดุเมื่อถูกแรง ซึ่งส่งผลต่อพฤติกรรมของวัสดุในระหว่างการบรรทุกและการขนถ่ายด้วย
- โครงสร้างภายใน: โครงสร้างจุลภาคของวัสดุ รวมถึงโครงสร้างผลึก ข้อบกพร่อง และการรวมตัว ส่งผลต่อพฤติกรรมทางกลและคุณลักษณะฮิสเทรีซิส
2. กระบวนการผลิต
- ความแม่นยำในการตัดเฉือน: ความแม่นยำของการตัดเฉือนส่วนประกอบของเซ็นเซอร์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงาน ส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงจะพอดีได้ดีกว่า โดยลดการเสียดสีและความเครียดเพิ่มเติมที่เกิดจากความพอดีที่ไม่เหมาะสม
- ความหยาบของพื้นผิว: คุณภาพของการรักษาพื้นผิว เช่น ความหยาบของพื้นผิว ส่งผลต่อขนาดของแรงเสียดทาน จึงส่งผลต่อความเร็วการตอบสนองและฮิสเทรีซิสของเซ็นเซอร์
- การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ เช่น โมดูลัสยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน โดยทั่วไปอุณหภูมิสูงจะทำให้วัสดุนิ่มลง ลดโมดูลัสยืดหยุ่นและเพิ่มแรงเสียดทาน ดังนั้นจึงเพิ่มฮิสเทรีซิส ในทางกลับกัน อุณหภูมิต่ำอาจทำให้วัสดุแข็งและเปราะมากขึ้น ซึ่งส่งผลต่อฮิสเทรีซิสในรูปแบบที่แตกต่างกัน
3. อุณหภูมิ
- การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ เช่น โมดูลัสยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน โดยทั่วไปอุณหภูมิสูงจะทำให้วัสดุนิ่มลง ลดโมดูลัสยืดหยุ่นและเพิ่มแรงเสียดทาน ดังนั้นจึงเพิ่มฮิสเทรีซิส ในทางกลับกัน อุณหภูมิต่ำอาจทำให้วัสดุแข็งและเปราะมากขึ้น ซึ่งส่งผลต่อฮิสเทรีซิสในรูปแบบที่แตกต่างกัน
ความเสี่ยง
การมีอยู่ของฮิสเทรีซิสในเซ็นเซอร์ความดันอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์ ในการใช้งานที่ต้องการการวัดที่มีความแม่นยำสูง เช่น การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำ และการตรวจสอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สำคัญ ฮิสเทรีซิสสามารถนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการวัดที่สำคัญ และอาจส่งผลให้ระบบการวัดทั้งหมดล้มเหลวด้วยซ้ำ ดังนั้นการทำความเข้าใจและลดผลกระทบของฮิสเทรีซีสให้น้อยที่สุดจึงเป็นส่วนสำคัญในการรับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำเซ็นเซอร์ความดัน.
โซลูชั่นสำหรับฮิสเทรีซีสในเซ็นเซอร์ความดัน:
เพื่อให้แน่ใจว่าผลกระทบฮิสเทรีซีสต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เซ็นเซอร์ความดันผู้ผลิตได้ใช้มาตรการสำคัญหลายประการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซ็นเซอร์:
- การเลือกวัสดุ: การเลือกใช้วัสดุมีบทบาทสำคัญในฮิสเทรีซิส ดังนั้น ผู้ผลิตจึงเลือกวัสดุหลักที่ใช้ในโครงสร้างของเซ็นเซอร์อย่างระมัดระวัง เช่น ไดอะแฟรม ซีล และของเหลวเติม เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุดังกล่าวมีฮิสเทรีซิสน้อยที่สุดภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน
- การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ: ด้วยการปรับปรุงการออกแบบโครงสร้างของเซนเซอร์ เช่น รูปร่าง ขนาด และความหนาของไดอะแฟรม และเพิ่มประสิทธิภาพวิธีการปิดผนึก ผู้ผลิตสามารถลดฮิสเทรีซิสที่เกิดจากแรงเสียดทาน แรงเสียดทานสถิต และการเสียรูปของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- การรักษาความชรา: เซ็นเซอร์ที่ผลิตขึ้นใหม่อาจมีฮิสเทรีซิสเริ่มต้นที่มีนัยสำคัญ ผ่านการรักษาริ้วรอยและโปรแกรมการทดสอบเฉพาะ สามารถเร่งวัสดุเพื่อรักษาเสถียรภาพและปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งช่วยลดฮิสเทรีซิสเริ่มต้นได้ ภาพด้านล่างแสดงให้เห็นXDB305อยู่ระหว่างดำเนินการการรักษาริ้วรอย.
- การควบคุมการผลิตที่เข้มงวด: ด้วยการควบคุมความคลาดเคลื่อนและคุณภาพอย่างเข้มงวดในระหว่างกระบวนการผลิต ผู้ผลิตจึงมั่นใจในความสอดคล้องของเซ็นเซอร์แต่ละตัว และลดผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของการผลิตต่อฮิสเทรีซิสให้เหลือน้อยที่สุด
- การสอบเทียบและการชดเชยขั้นสูง: ผู้ผลิตบางรายใช้เทคโนโลยีการชดเชยดิจิทัลขั้นสูงและวิธีการสอบเทียบแบบหลายจุดเพื่อสร้างแบบจำลองและแก้ไขฮิสเทรีซิสในเอาต์พุตเซ็นเซอร์อย่างแม่นยำ
- การทดสอบและการให้คะแนนประสิทธิภาพ: เซ็นเซอร์ทั้งหมดผ่านการทดสอบโดยละเอียดเพื่อประเมินคุณลักษณะฮิสเทรีซิส จากผลการทดสอบ เซ็นเซอร์จะได้รับการจัดระดับเพื่อให้แน่ใจว่าเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามมาตรฐานฮิสเทรีซิสที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้นที่จะออกสู่ตลาด
- การทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่ง: เพื่อตรวจสอบความเสถียรของประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวัง ผู้ผลิตดำเนินการทดสอบอายุและอายุการใช้งานแบบเร่งกับตัวอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าฮิสเทรีซิสยังคงอยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้
มาตรการที่ครอบคลุมเหล่านี้ช่วยให้ผู้ผลิตควบคุมและลดปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสได้อย่างมีประสิทธิภาพเซ็นเซอร์ความดันเพื่อให้มั่นใจว่าเซ็นเซอร์ตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงในการใช้งานจริง
เวลาโพสต์: May-09-2024