Датчики абсолютного давления на печатной плате: что нужно знать

Датчик абсолютного давления – электронный компонент, предназначенный для измерения механического воздействия на некий объект или среду. Они используются в большом количестве измерительных устройств, которые человек применяет в обычной жизни, при изучении природных явлений, в транспорте, производстве продуктов питания и т. д. Современные датчики абсолютного давления – высокоточные приборы, которые монтируются на печатных платах и являются неотъемлемой частью электронной цепи.

Что такое абсолютное давление?

Любое давление – это показатель количества силы, прикладываемого к какому-либо объекту. Оказывать данное воздействие может газ, жидкость или твердое тело. Существует несколько типов давления в зависимости от способа его измерения:

• Абсолютное. Это давление, оказываемое на объект в безвоздушном пространстве. Воздействие самой безвоздушной среды (вакуума) расценивается как эталонное и равняется нулю. Соответственно, любое давление, оказываемое на объект в таких условиях, сравнивается с нулем и потому является абсолютным.
• Атмосферное. Это давление столба воздуха, действующее на все находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. Атмосферное давление обратно пропорционально высоте (чем выше, тем оно меньше). На уровне моря его среднее значение составляет 1013,25 Гпа (гектопаскаля) или 1013,25 мбар (миллибар). Однако, оно может колебаться в пределах 5% в зависимости от погодных условий, формируя зоны повышенного или пониженного давления.
• Манометрическое. Это давление представляет собой разницу между абсолютным и атмосферным давлениями, оказываемыми на объект. Если первое больше, говорят о положительном избыточном давлении, если меньше – то об отрицательном. В технологических процессах именно манометрическое давление используется наиболее часто.
• Дифференциальное. Это просто разница между двумя значениями измеряемого давления. По сути, данный показатель отражает перепады механического воздействия на изучаемый объект. Оно используется, например, для измерения давления внутри салонов самолетов во время полета.

Эта информация важна потому, что существует различные типы приборов, настроенных на измерение разных видов давления. Далее речь пойдет именно о датчиках абсолютного давления.

Какие датчики давления бывают?

Независимо от того, измеряется абсолютное, избыточное или дифференциальное давление, при этом используются следующие виды датчиков:

• Потенциометр. Это устройство, состоящее из переменных резисторов, способных менять свое сопротивление. Оно измеряет давление путем преобразования механического напряжения в электрический сигнал.
• Пьезоэлектрический датчик. В основе его работы лежит пьезоэлектрический эффект – возникновение напряжения между двумя поверхностями сдавливаемого тела (например, кристалла кварца). Такие датчики позволяют регистрировать малейшие изменения давления за счет высокой чувствительности.
• Тензодатчик. Он представляет собой гибкую мембрану, к поверхности которой прикреплены электрические сенсоры, имеющие собственное сопротивление. Когда на мембрану осуществляется воздействие, ее деформация изменяет сопротивление проводников, что и фиксируется датчиками.
• Емкостный датчик. Он представляет собой переменный конденсатор с подвижной пластиной. При механическом воздействии происходит его деформация, подвижная пластина смещается относительно неподвижной, из-за чего меняется емкость, которая и характеризует степень давления.

Также существуют оптические, резистивные и другие виды датчиков давления. В микроэлектронике активно применяются МЭМС (микроэлектромеханические системы), в которых механические элементы объединены с электронными. Как правило, большинство из них так же работает по принципу изменения сопротивления и/или емкости.

Применение датчиков абсолютного давления

Эти электронные компоненты используются в большом количестве электронных устройств, применяемых в различных областях деятельности:

• В устройствах для упаковки пищевых продуктов для контроля давления при вакуумировании и пастеризации (которая также проходит при повышенном давлении);
• В устройствах для измерения пульса (например, смарт-часах или фитнес-браслетах), артериального давления;
• В медицинских учреждениях датчиками давления оснащаются установки гемодиализа, измерители концентрации кислорода в крови, приборы для анестезии и наркоза, ультразвуковые аппараты и т. д.;
• В автомобильной технике датчиками оснащаются устройства MAP, фиксирующие давление воздуха, поступающего в коллектор дизельных двигателей, а также системы безопасности и контроля выбросов;
• На производстве с помощью датчиков давления осуществляется калибровка промышленных линий и станков;
• В авиации датчики давления служат для измерения скорости и высоты полета через набегающий поток воздуха (в трубке Пито), а также контроля условий в салоне и/или кабине экипажа;
• В научных исследованиях с помощью этих устройств осуществляется прогноз погодных явлений (давление является одним из важнейших климатических показателей) и т. д.

В большинстве современных электронных устройств датчики давления интегрированы в конструкцию печатной платы. Они могут быть установлены на нее по технологии поверхностного или сквозного монтажа. Для датчиков абсолютного давления подходят печатные платы следующих типов:

• Многослойные цифровые ПП;
• С повышенной плотностью трассировки (HDI);
• Высокочастотные печатные платы;
• Радиочастотные ПП.

Современные датчики абсолютного давления – высокотехнологичные устройства, выполняющие самые разнообразные функции в электронных приборах. Их конструкция, монтаж напрямую влияют на точность получаемых данных. Поэтому особенно важно при изготовлении электронных изделий обращаться к надежным поставщикам датчиков давления, а также соблюдать все требования, предъявляемые к технологии их установки.