Capteurs de pression CFSensor : l’innovation et la fiabilité pour les applications industrielles
En raison de ses technologies de fabrication avancées, de ses équipes R&D dédiées, de son approche scientifique de la gestion de la production et de la rigueur de ses normes d’emballage et de test, CFSensor est à même de produire des capteurs de pression de haute qualité à des prix exceptionnellement compétitifs.Pression absolue, relative et différentielle
Fondamentalement, les capteurs mesurent la différence de pression (P) - entre le côté supérieur (P1) et le côté inférieur (P2) d’un diaphragme - exprimée par P = P1 - P2.
Capteur de pression absolue: Ici, P = P1 - P2, mais puisque le côté P2 est scellé à une pression nulle (vide), le résultat est simplement P = P1.
Capteur de pression relative: Il mesure P = P1 - PA, où PA représente la pression atmosphérique ambiante.
Selon le type de capteur, P1 peut être supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique.
Capteur de pression différentielle: Il mesure la différence entre deux pressions, P = P1 - P2.
Là encore, selon le type de capteur, P1 peut être supérieure ou inférieure à P2.
Selon le modèle et la plage de pression, les capteurs sont conçus pour résister à 1,5-2 fois la pression nominale sans dommage ni dérive.
Certains modèles spécifient également un niveau de pression qui ne provoquera pas de défaillance mécanique (pression d’éclatement), généralement près de trois fois la pression nominale. Cependant, une fois qu’un capteur est exposé à cette pression, ses paramètres ne seront plus conformes aux spécifications de la fiche technique.
Fonctionnement d’un capteur de pression piézorésistif MEMS
Piézorésistivité
La résistivité électrique ρ quantifie la résistance d’un matériau au flux de courant électrique.
La résistance R d’un corps de longueur ℓ, de section constante A et de résistivité ρ est la suivante :
Lorsqu’une résistance en silicium de type p est soumise à une contrainte, la variation de résistance due à l’effet piézoélectrique (ρ) est nettement supérieure à toute variation due à la géométrie (ℓ, A). C’est pourquoi nous pouvons négliger les variations géométriques et exprimer la variation de résistance comme suit :
Ici, πL et πT sont les coefficients piézorésistifs longitudinal et transversal, tandis que σL et σT représentent la contrainte sur les piézorésistances.
Le capteur pratique le plus simple
Dans sa forme la plus simple, un capteur de pression pratique se compose de quatre piézorésistances intégrées dans une membrane en silicone flexible. Le diaphragme est une plaquette de silicium de type n, généralement de quelques dizaines de micromètres (µm) d’épaisseur.
Des piézorésistances de type P y sont implantées à l’aide d’ions de bore et font quelques micromètres d’épaisseur. La pression plie le diaphragme, créant des zones de forte tension près des bords, exactement là où les résistances sont placées.
Ces quatre résistances forment un pont de Wheatstone. Les deux résistances longitudinales (R1, R3) augmentent la résistance sous tension, tandis que les transversales (R2, R4) la réduisent.
Les nœuds Vs+ (1) et GND (3) sont connectés à une tension d’entrée connue Vin ou à une source de courant Iin. La tension de sortie Vout apparaît entre les nœuds Vo+ (2) et Vo- (4).
Capteurs non compensés
Ces capteurs ne contiennent que les quatre piézorésistances - sur une membrane en silicone flexible - formant un pont de Wheatstone et directement connectées aux broches du boîtier.
Ils peuvent être alimentés par une tension constante ou par un courant constant, mais pour les séries XGZP160, XGPZ166, XGPZ167, XGPZ168, XGPZ183, XGPZ185 et XGPZ190, le courant constant est une meilleure approche car elle assure de meilleurs coefficients de température TCO (offset, décalage) et TCS (span, gain).
Cependant, les séries XGZP170 et XGZP182 sont conçues pour la tension constante.
En fonction du capteur et de la pression, la sortie nominale affichée (FSS - Full Scale Span ou calibre pleine échelle) sera comprise entre 30 et 120 mV à 5 V ou 1 mA.
| Important : les tolérances de fabrication signifient que la tension de sortie n’est pas nulle à pression nulle (offset) et que les capteurs ayant des spécifications identiques afficheront toujours des niveaux de sortie légèrement différents à la même pression. L’offset et le FSS dépendent également de la température. Bien que l’offset puisse être compensé relativement facilement, les variations du FSS et les effets de température ne le peuvent pas. Si votre application exige une plus haute précision, un capteur avec compensation de l’offset et du span, ou un capteur entièrement calibré, est le meilleur choix. |
Exemple : Le capteur de pression relative XGZP160040S (40 kPa), alimenté par un courant constant de 1 mA, a un offset de ± 10 mV et une tension de sortie à la pression nominale comprise entre 55 et 75 mV (65 mV ± 15,4 %).
Les TCO et TCS sont de ± 0,02 %FS/°C (normalement) et de ± 0,05 %FS/°C (max.) sur une plage de température de 0 à 60 °C.
Capteurs avec compensation de l’offset et du span
Ces capteurs sont dotés d’un noyau non compensé auquel sont ajoutées des résistances découpées au laser pour compenser l’offset et le span. Ils sont également dotés d’un thermistor pour gérer la compensation de température.
Exemple : Le capteur de pression relative XGZP195050SG (50 kPa, 10 V) a un offset de ± 1 mV et une tension de sortie à la pression nominale comprise entre 38,5 et 41,5 m V ou de 40 mV ± 3,8 %).
Les coefficients de température TCO et TCS sont de ± 20 µV/°C (max.), ce qui correspond à ± (0,048-0,052) %FS/°C sur la plage de température de 0 à 60 °C. Ce sont des chiffres impressionnants, en particulier si l’on considère que les capteurs alimentés par une tension affichent généralement des valeurs TCO et TCS de l’ordre de ± 0,2 % FS/°C.
Capteurs calibrés avec sortie numérique ou de tension
Les capteurs calibrés vont encore plus loin. Ils utilisent un ASIC dédié pour compenser les erreurs de décalage et de gain, la non-linéarité, la répétabilité, l’hystérésis de pression et les effets de température. Ce qui permet au fabricant de spécifier un seul paramètre significatif : la précision totale.
Les capteurs CFSensor sont proposés avec une interface I²C numérique ou une sortie de tension. La plupart des appareils atteignent une précision totale de ± 2 % ou ± 2,5 % du FSS sur une plage de température de 0 à 60 °C. La plupart des capteurs fonctionnent avec une alimentation de 5 V, mais des versions personnalisées pour des systèmes de 3,3 V ou 3 V sont également disponibles.
La série XGZP6891D prend en charge une alimentation qui s’étend de 2,5 à 5,5 V.
| N’hésitez pas à nous faire savoir si vous avez besoin d’une précision supérieure (par exemple ± 1% du FSS) ou de versions personnalisées pour des systèmes de 3,3 V ou 3 V. Nous discuterons de vos besoins avec le fabricant directement pour nous assurer de trouver la bonne solution. |
Un large éventail de capteurs de pression CFSensor est disponible sur notre site web. Les modèles les plus utilisés sont en stock et prêts pour l’expédition, tandis que d’autres versions peuvent être fournies sur demande. Nous serons ravis de vous aider à choisir la solution qui convient à votre application.
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