마이크로, 저압 및 중압 센서: 올바른 MEMS 범위를 선택하는 방법

인공호흡기 공기 흐름 루프를 구성하는 엔지니어는 "저압 센서를 선택"하라는 지시를 받습니다. 유통업체 사이트에서는 동일한 검색을 통해 미세압력 칩, 저압 모듈 및 중압 변환기가 검색됩니다. 세 제품군은 SMD 패키지에서 거의 동일해 보이지만 각 제품군 내부의 감지 요소는 서로 다른 기계적 현실에 맞춰 제작되었습니다. 압력차가 정말 작을 때는 마이크로를 선택하십시오. 일반적인 공기 흐름과 기압 범위 판독값을 보려면 낮은 값을 선택하십시오. 유체 동력 및 연료 시스템의 경우 매체를 선택하십시오. 이 첫 번째 결정은 어떤 소프트웨어 교정도 극복할 수 없는 물리적 한계를 정의합니다.

이 가이드에서는 MEMS 센서 데이터시트에 세 가지 압력 범위 범주가 정의되는 방법, 차이점이 정확성과 신뢰성에 중요한 이유, 애플리케이션을 올바른 센서 제품군에 매핑하는 방법에 대해 설명합니다.

압력 범위 범주가 정의되는 방법

단일 글로벌 표준은 미압, 저압, 중압 사이의 경계를 정하지 않습니다. 분할은 합법적이기보다는 실용적이며 한 제조업체에서 다음 제조업체로 이동합니다. 아래 표는 MEMS 압력 센서 선택에 일반적으로 사용되는 분석을 보여줍니다.

마이크로 압력 센서는 종종 1kPa 미만의 매우 작은 압력 차이를 처리합니다. 다이어프램은 얇고 유연하기 때문에 민감하지만 온도 드리프트와 기계적 충격에 더 취약합니다. 저압 센서는 압력계, 기압계 및 호흡 측정에 사용되는 대역을 포괄합니다. 중압 센서는 더 높은 응력과 간헐적인 과압 이벤트를 견딜 수 있는 더 두꺼운 다이어프램을 사용하여 감지 요소를 더욱 견고하게 구축할 수 있는 곳에서 작동합니다.

부품 구매자의 경우 실질적인 결과는 간단합니다. 미세 압력 센서는 라벨이 다른 저압 센서가 아닙니다. 두 제품은 다르게 설계되고, 다르게 교정되며, 조립 중에 다른 처리가 필요합니다.

센서 구성에 범위가 중요한 이유

다이어프램 형상 및 감도

압력 범위는 MEMS 다이어프램의 기하학적 구조를 결정하며, 해당 기하학적 구조는 센서의 주요 동작 대부분을 주도합니다. 미세 압력 측정용으로 제작된 센서는 수백 파스칼 미만에서도 측정 가능하도록 편향될 만큼 얇은 다이어프램을 가지고 있습니다. 이렇게 얇아지면 감도는 향상되지만 온도 팽창 및 패키지 스트레스에 대한 반응은 악화됩니다. 중압 장치는 과압에 더 잘 견디고 납땜으로 인한 기계적 응력의 영향을 덜 받는 더 두껍고 단단한 다이어프램을 사용할 수 있습니다.

교정과 정확도의 진정한 의미

교정 루틴도 다릅니다. 미세 압력 센서는 작은 패키지 응력이라도 영점을 이동시키기 때문에 일반적으로 장치별 영점 오프셋 수정이 필요합니다. 중압 센서는 이 문제를 동일한 정도로 거의 나타내지 않으므로 생산 배치 전체에서 영점 안정성을 유지하기가 더 쉽습니다. 이러한 이유로 동일한 0.2% 실제 크기 정확도 주장은 각 범위마다 다른 것을 의미합니다. 1kPa 마이크로 압력 센서에서 0.2% FSS는 2Pa의 허용 오차에 해당하며 이는 훌륭하지만 세심한 온도 보상이 필요합니다. 2MPa 중압 센서에서 0.2% FSS는 4kPa의 허용 오차와 동일하며 이는 교정 라인에 도달하기 훨씬 쉬운 목표입니다. 공급업체가 25°C에서의 정확도와 작동 온도 범위에 대한 총 오류 대역을 모두 게시하는지 항상 확인하십시오. 미세 및 저압 부품의 경우 후자가 설계를 제한하는 숫자입니다.

아날로그 및 디지털 출력: 인터페이스에 범위 맞추기

측정 범위와 출력 신호는 별도의 선택 축이지만 실제로는 상호 작용합니다. 아날로그 출력 센서는 일반적으로 ASIC 조정 증폭기가 있는 휘트스톤 브리지에서 압력에 비례하는 비율계량 전압을 제공합니다. 가격이 저렴하고 마이크로컨트롤러 ADC에 연결하기 쉬우며 거의 모든 범위에서 사용할 수 있습니다. 디지털 출력 센서는 ADC와 I²C 또는 SPI 인터페이스를 칩에 통합하여 외부 신호 조절을 제거하고 보드 레이아웃을 단순화합니다.

절충안은 극단에서 나타납니다. 마이크로 압력 센서의 경우 ADC에 대한 트레이스 길이가 길면 파스칼당 몇 밀리볼트에 불과한 아날로그 출력에 잡음이 발생하므로 온칩 변환 기능이 있는 디지털 버전이 더 안전한 경우가 많습니다. 중압 센서의 경우 아날로그 신호가 더 크며 많은 산업용 보드에서는 이미 전압 출력을 직접 수용합니다. 디지털 버전은 신호 무결성이 가장 중요한 저압 및 미압 제품군을 위해 주로 존재하는 반면, 중압 제품은 기존 제어 전자 장치에 직접 연결하기 위해 아날로그 형태로 계속 제공됩니다.

부품을 비교할 때에는 컨트롤러의 입력 범위와 출력 사양을 확인하십시오. 5V 공급 장치에 연결된 비율계량 출력은 고정 3.3V 출력과 다르게 동작하며 모든 ADC가 두 출력을 동일하게 잘 처리하는 것은 아닙니다.

각 범위의 일반적인 애플리케이션 패턴

의료, 소비자 및 드론 장치

의료 장비는 가장 까다로운 미세 및 저압 시장입니다. 호흡 장치, 마취 기계 및 CPAP 시스템은 반복 가능한 정확도와 장기간에 걸쳐 안정적인 제로 동작으로 몇 킬로파스칼의 압력을 해결해야 합니다. MCPh10, MCPh11, MCPh20 및 MCPh21과 같이 의료 환경에서 사용되는 동일한 계열이 저압 및 차동 범주에도 나타납니다. 실제로 생물학적 압력 범위와 "저압" 범위는 크게 일치하므로 의료용 압력 센서 페이지 유사한 압력 범위를 가진 비의료 응용 분야에도 유용한 참고 자료입니다.

웨어러블 및 스마트 홈 장치를 포함한 소비자 전자 제품은 저압 절대 센서를 기압 기준으로 사용하며 온도 전반에 걸친 일관성이 결정적인 요소입니다. 드론 설계는 고도 추정을 위해 동일한 유형의 저압 감지를 사용합니다. 이는 MCPh21과 같은 단일 디지털 센서 모델이 드론과 저압 카테고리 모두에 나타나는 이유를 설명합니다.

산업 및 자동차 시스템

산업용 장비는 더 넓은 범위를 사용합니다. 필터 막힘 감지기와 공기 흐름 모니터는 미세 압력 및 차동 수준에서 작동합니다. 여기서 막힌 필터는 두 포트에 걸쳐 작은 압력 강하로 나타납니다. 유압 프레스, 공압 액추에이터 및 가스 분배 라인은 중간 압력에서 작동하며, 여기서는 작은 변화를 해결하는 능력보다 절대적인 정확성과 견고성이 더 중요합니다. 자동차 애플리케이션은 중간 대역도 포괄합니다. 연료 레일, 오일 압력 및 흡기 매니폴드 측정은 취약한 저압 다이어프램 범위 위와 산업용 고압 변환기 아래에 위치합니다.

실용적인 선택 체크리스트

새로운 설계에 직면한 엔지니어의 경우 다음 순서를 따르면 비용이 많이 드는 선택 오류의 가능성이 줄어듭니다.

1. 먼저 압력 유형을 정의하십시오. 응용 분야에 게이지압, 절대압 또는 차압이 필요한지 결정하십시오. 차동 센서는 낮은 게이지 압력을 측정할 수 있지만 게이지 센서는 두 포트 간의 차이를 측정할 수 없기 때문에 이는 범위보다 더 기본적입니다.
2. 헤드룸이 20% 이상인 범위를 선택하세요. 범위의 가장 높은 수준에서 미세 압력 센서를 작동하면 일시적인 스파이크가 발생할 여지가 없습니다. 예상 최대 압력의 약 1.5배 정도의 정격이 좋은 출발점이 됩니다.
3. 정확도뿐만 아니라 전체 오류 대역을 비교하십시오. 25°C에서의 정확도는 전체 온도 범위에 대한 오류보다 거의 항상 더 좋습니다. 마이크로 및 저압 센서의 경우 의도한 작동 온도 전반에 걸쳐 총 오류 대역을 요청하고 해당 값을 시스템 예산과 비교하십시오.
4. 시간 경과에 따른 안정성을 확인하세요. 장기 안정성은 일반적으로 연간 전체 규모의 백분율로 표시됩니다. 제품이 현장 교정 없이 작동해야 하는 경우 안정적인 영점은 약간 더 나은 정확도 사양보다 더 중요합니다.
5. 패키지를 조립 과정에 맞춰보세요. 표면 실장 패키지는 조립 비용을 절감하지만 감지 다이를 영점을 이동할 수 있는 리플로우 온도에 노출시킵니다. DIP/SIP 패키지는 프로토타입 실행 및 수동 조립 라인에서 처리하기가 더 쉽습니다.
6. 미디어 호환성을 확인하세요. 감지 요소는 포트 설계에 따라 공기, 가스 또는 액체와 접촉할 수 있습니다. 패키지에 투입하기 전에 젖은 재료가 미디어와 호환되는지 확인하십시오.

두 가지 소싱 포인트도 기억할 가치가 있습니다. 먼저 공급업체에 각 로트와 함께 제공되는 교정 보고서를 요청하세요. 실제 생산 라인에서 측정된 제로 오프셋, 전체 규모 출력 및 온도 드리프트를 문서화해야 합니다. 둘째, 맞춤형 교정 요구 사항으로 인해 배송 일정이 길어질 수 있으므로 최소 주문 수량과 리드 타임을 조기에 확인하세요.

MemsTech 제품군을 귀하의 범위에 일치시키십시오

MemsTech(Wuxi Mems Tech Co., Ltd.)는 단일 제품 라인이 아닌 제품 매트릭스를 중심으로 카탈로그를 구성합니다. 이 회사는 2,000제곱미터 규모의 시설에서 내부 패키징, 용접, 온도 보상 및 교정 기능을 갖춘 MEMS 압력 센서를 자체적으로 제조합니다. 명시된 연간 용량은 6천만 개이며 최대 0.2%의 전체 크기 정확도는 범위 범주가 구체적이고 반복 가능한 제품으로 변환된다는 것을 의미합니다.

미세 압력 측정의 경우 DPTR8 마이크로 압력 센서 미압 및 산업 카테고리 모두에 속합니다. 차동 특성은 필터 모니터링 및 공기 흐름 시스템의 작은 압력 변화를 감지하는 데 적합합니다. 애플리케이션이 두 포트에서 수백 파스칼을 해결해야 하는 경우 이 제품군이 먼저 평가됩니다.

도매 DPT-R8 마이크로 압력 센서 공급 업체, 공장 Wuxi Mems Tech Co., Ltd.는 중국 도매 DPT-R8 마이크로 압력 센서 공급 업체, 공장, 소개입니다. 이 문서의 주제는... 제품보기 →

저압 측정의 경우 MCPh20 및 MCPh21 저압 센서 커버 게이지, 차동 및 디지털 신호 출력. 디지털 버전은 잡음을 포착하지 않고 신호를 이동해야 하는 소형 보드에 유용합니다. 동일한 제품군이 의료 및 드론 응용 프로그램 목록에 나타나며, 이는 해당 성능 범위가 실제 현장 배포 제품에 실용적임을 나타냅니다.

도매 MCP-H20, MCP-H21 저압 센서 공급 업체, 공장 Wuxi Mems Tech Co., Ltd.는 중국 도매 MCP-H20, MCP-H21 저압 센서 공급 업체, 공장입니다. 설명 MCP-H20 시리즈는... 제품보기 →

중간 압력 측정의 경우 MCP5xxx 중압 센서 제품군 더 넓은 측정 범위와 더 두꺼운 다이어프램의 견고성을 결합합니다. 중압, 아날로그 신호 및 의료 카테고리에 등재되어 있어 대량 생산에 적합한 안정적이고 성숙한 플랫폼을 제시합니다. 이 제품군은 미세 압력 부품의 극도의 민감도 없이 설계에 광범위한 범위가 필요한 경우 기본 선택이 되는 경우가 많습니다.

도매 MCP5XXX 중간 압력 센서 공급 업체, 공장 Wuxi Mems Tech Co., Ltd.는 중국 도매 MCP5XXX 중간 압력 센서 공급 업체, 공장입니다. MCP5XXXDP 시리즈에는 통합형 센서가 있습니다.... 제품보기 →

귀하의 디자인에 어떤 제품군이 적합한지 확실하지 않은 경우 미세 압력 센서 범위 페이지 그리고 중압 센서 라인업 사용 가능한 옵션에 대한 구조화된 보기를 제공합니다. 하나의 물리적 모델이 여러 카테고리에 나타날 수 있으므로 확인해 보는 것도 좋습니다. 의료 응용 프로그램 목록 귀하의 제품이 해당 부문에 속하는 경우.

최종 결정은 시스템의 물리적 요구 사항, 즉 필요한 압력 유형, 장치에 나타나는 온도 변화, 신호 경로가 아날로그 연결의 소음을 견딜 수 있는지 여부에 따라 결정됩니다. 일단 문제가 해결되면 범위 범주가 자동으로 선택되고 나머지 선택은 특정 모델과 공급업체 사이에서 이루어집니다.