ボードマウント圧力センサーを含める際の考慮事項

この記事では、ボードマウント圧力センサーとは何か、それらがどのように機能するか、その利点、アプリケーション、および設計に1つを選択する方法について説明します。

ボードマウント圧力センサー（図1）は、医療機器、産業用自動化、HVACRなどの多くのアプリケーションですでに使用されています。しかし、なぜそれらが従来の圧力検知システムよりも選ばれるのでしょうか？

図1：ボードマウント圧力センサーの例。ハネウェルの好意により使用された画像

ボードマウント圧力センサーは、その名前が示すように、PCB（プリント回路基板）にマウントされるように設計された圧力センサーであり、電子アセンブリの統合された部分になります。一部のセンサーは、センサーと固体オブジェクト間の物理的な接触圧力を評価するように設計されていますが、他のセンサーは、液体または気体の圧力を測定することを特に目的としています。

ボードマウントセンサーの利点

一般に、ボードマウント圧力センサーの利点は、非常に混雑したPCBでも、簡単に配置できる単一のチップにセンサーとASIC（特定用途向け集積回路）を含めることにあります。

そのようなアプローチ：

• 部品コストを削減します
• 設計の複雑さを簡素化します
• システムのフットプリントを削減
• センサー実装の設計の柔軟性を向上させます

さらに、これらのセンサーの一部には、次のような単一のパッケージに統合されたキャリブレーション、増幅、および温度補償が含まれています。

• システムの稼働時間を向上させる
• センサーの交換がはるかに簡単になります
• 圧力測定システムのよりコンパクトで軽量な設置面積を作成します。

もう1つの利点は、これらのセンサーが、高レベルの湿度やさまざまな流体やガスへの暴露を伴う環境で機能するように設計されていることです。これにより、センサーを測定対象のメディアに直接さらすことができます。これは、人工呼吸器や睡眠時無呼吸装置などのアプリケーションで非常に重要になる可能性があります（図2を参照）。

図2：睡眠時無呼吸マシンで使用されるセンサーの例図。ハネウェルの好意により使用された画像

最後に、これらのセンサーには、非常に高いレベルの精度と優れた精度、解像度、再現性を提供する特定のタイプがあります。これらはすべて、多くのデバイスで重要になる可能性があります。

圧力センサーの圧力の種類

ほとんどすべてのボードマウント圧力センサーは、変形時に受ける変形に比例した電気的特性の変化を示す、ある種のマイクロレベル構造（ダイアフラムなど）に依存しています。

電気的特性には、静電容量、抵抗、または電荷の変化が含まれる場合があり、これらはすべて測定して電気信号に変換できます。

圧力センサーによって測定される3種類の圧力は次のとおりです。

• ゲージ圧 、大気圧に対する圧力
• 差圧 、2点間の圧力差
• 絶対圧 0psiに対する圧力

ほとんどの場合、ゲージ圧センサーは大気圧からの変動に比例する出力を提供しますが、差圧は2つのポート間の圧力測定に基づいています。最後に、絶対圧センサーは内部真空基準を使用し、一般に気圧の変化または高度の変化を測定するために使用されます。

アプリケーション：医療および産業

ボードマウント圧力センサーは、ミッションクリティカルな医療機器から自動製造に至るまで、さまざまなアプリケーションや業界で使用されています（図3）。

それらは、詰まったフィルターを検出するHVACR、環境モニタリングとIAQ（室内空気質）の支援、および建物の省エネに見られます。

これらの圧力センサーは、静的ダクト圧力の測定、フィルターの存在の検出、およびVAV（Variable Air Volume）制御のサポートにも適しています。

図3：このタイプのセンサーを適用できる2つのアプリケーション例は、医療機器（左）と産業環境（右）です。ハネウェルの好意により使用された画像

医療産業

医療業界では、次のようなさまざまな機器に不可欠であることが証明されています。

• 人工呼吸器
• 麻酔器
• 病室の気圧
• 肺活量計

ボードマウント圧力センサーは、血液分析、透析、遠心分離、および酸素や窒素などのガスの分配に関連する機器でも使用されます。

産業

産業の文脈では、これらのセンサーは次の場所で使用されます：

• 一般機械
• 状態監視
• IIoT（Industrial Internet of Things）デバイス
• インダストリー4.0
• ロボット工学

これらのセンサーは、次のような産業環境で使用されます：

• 空気圧制御
• プロセス制御
• リーク検出
• 気象制御システム
• 真空スイッチ
• 高度計
• 気圧計

センサーの選択：仕様と特性

ボードマウント圧力センサーを選択する前に、これらのセンサーのいくつかの主要な仕様と特性を理解することが重要です。

このタイプのセンサーの仕様に関しては、多くの場合、これらには出力信号範囲と供給電圧が含まれます。さらに、出力信号がレシオメトリックVDCアナログかデジタルI ² かを選択する必要があります。 Cまたはシリアルペリフェラルインターフェイス（SPI）。マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラに直接接続できます。

アナログまたはデジタルは、データ値を更新できる頻度にも影響します。これは通常、kHzで測定されます。

ボードマウント圧力センサーの基本的な特性として、これらには多くの場合次のものが含まれます。

• 範囲–センサーが正確に検出できる最小および最大圧力
• 分解能–出力信号がそれを反映するために存在しなければならない最小の圧力変化

範囲と解像度の間には関係があることに注意してください。範囲が高いほど、可能な解像度は低くなり、その逆も同様です。

標準の圧力特性に加えて、破裂圧力を考慮することをお勧めします。医療分野を含む一部のアプリケーションでは、一時的ではあるが大幅な圧力上昇につながる可能性のある洗浄または衛生手順が含まれる場合があります。一時的ではあるものの、デバイスの過圧制限を超える圧力スパイク。

考慮すべきもう1つの重要な特性は温度です。温度は圧力に大きな影響を与えるため、一部の（すべてではない）ボードマウント圧力センサーは、次のような要因に対して温度補償されています。

• センサーオフセット
• 感度
• 温度効果
• 非線形性。

この温度補償は、多くの場合、オンボードASICを使用して実現されます。

センサーによって報告された圧力値が測定されている実際の圧力にどれだけ近いかを示す精度も重要です。

精度は、圧力センサーのフルスケール（FS）またはフルスケールバンドスパン（FSS）のパーセントとして報告されます。また、温度補償範囲でのセンサーの精度を表すTotal Error Band（TEB）の観点から報告される場合もあります。

これらのセンサーの最後の特徴の1つは、使用するメディアのタイプ（流体、乾燥ガスなど）と、メディアが非腐食性または非イオン性などの追加要件を満たす必要があるかどうかです。

これらはほんの一部の仕様と考慮事項ですが、選択する圧力センサーを選択する際には、それぞれを考慮する必要があります。

HoneywellのTruStability標準精度シリコンセラミック（SSC）製品ライン

全体として、これらのセンサーは、小さなフットプリントとメディアへの直接の露出を必要とするアプリケーションに有益です。正しく選択して統合すると、広範囲の圧力にわたって優れた精度で信頼性が高くなることが証明できます。

Honeywell TruStability Standard Accuracyシリコンセラミック（SSC）製品ラインは、±1.6 mbar〜±10 bar（±160）の広い圧力範囲にわたる、空気やその他の乾燥ガスを含む、非イオン性、非腐食性のガスおよび液体の1つのオプションです。 Paから±1MPa）。

このセンサーファミリーは、オンボードASICを使用して、センサーオフセット、非線形性、感度、温度効果（-20°C〜85°C）を校正および温度補償し、高い破裂圧力をサポートし、IPC / JEDECに適合しています。 J-STD-020D.1水分感度レベル1の要件。

これらのセンサーは、ゲージ圧、差圧、絶対圧を測定し、レシオメトリックアナログとI ² をサポートします。 C / SPIデジタル出力。

さらに、これらのセンサーには次のものが含まれます。

• デジタルの場合は2kHz、アナログの場合は1kHzで更新される測定値
• 圧力範囲に応じて±2％FSSから±5％FSSの合計誤差、業界をリードする精度レベル±0.25％FSSBFSL。
• エネルギー効率のためのサポートスリープモード。
• エンジニアの設計と開発時間を短縮するための幅広い移植およびハウジング構成。

Sager Electronicsは、Honeywell SensingとIoTの正規の在庫販売代理店であり、TruStabilityボードマウント圧力センサーやその他のセンサーおよびスイッチングソリューションを幅広く提供しています。これらのセンサーの詳細については、ここをクリックするか、sager.comのHoneywellカタログにアクセスしてください。

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