Snímače tlaku sú jedným z najštandardnejších a najuniverzálnejších typov dostupných snímačov. V priemyselných, automobilových, námorných a spotrebiteľských aplikáciách sa snímače tlaku nachádzajú takmer všade.

Jednou z výziev pri snímačoch tlaku však je, že tieto zariadenia musia často pracovať v náročných podmienkach - v konštrukciách vystavených vysokým teplotám, intenzívnemu tlaku alebo vode. Aby bolo snímanie tlaku spoľahlivejšie a dostupnejšie, spoločnosť STMicroelectronics nedávno vydala nový tlakový senzor MEMS, o ktorom tvrdí, že je prvým vodotesným riešením svojho druhu v odvetví.

Piezorezistívne senzory tlaku MEMS

Technológia MEMS môže dosiahnuť snímanie tlaku viacerými spôsobmi a jedným z najbežnejších je piezorezistívne snímanie. Piezorezistívne snímače tlaku MEMS môžu fungovať vďaka piezorezistívnemu javu, ktorý hovorí, že elektrický odpor materiálu sa mení, keď dochádza k jeho mechanickému namáhaniu alebo zaťaženiu.

Na využitie tohto javu piezorezistívny snímač tlaku MEMS vo všeobecnosti pozostáva z tenkej membrány alebo membrány navrhnutej tak, aby sa ohýbala alebo deformovala v reakcii na pôsobiaci tlak. Na povrchu týchto membrán sú vyrobené piezorezistívne materiály. Deformácia membrány spôsobuje namáhanie piezorezistívnych materiálov, čo vedie k zmene jej elektrického odporu.

Piezorezistívne materiály v konfigurácii Wheatstonovho mostíka.

Aby sa využili meniace sa odpory materiálu, piezorezistívne materiály sú zvyčajne usporiadané do Wheatstonovho mostíka. Tu sa na piezorezistívne prvky privádza konštantný prúd alebo napätie a meria sa výsledné výstupné napätie alebo prúd. Tento výstup je úmerný aplikovanému tlaku, čo umožňuje meranie tlaku.

Piezorezistívne MEMS snímače tlaku majú vo všeobecnosti niekoľko výhod vrátane malých rozmerov, nízkej spotreby energie, vysokej citlivosti a kompatibility s integrovanými obvodmi. Vďaka týmto vlastnostiam sú vhodné pre širokú škálu aplikácií vrátane automobilového priemyslu, medicíny, priemyslu a spotrebnej elektroniky.

Zariadenie pozostáva zo snímacieho prvku a rozhrania IC, ktoré komunikuje cez rozhranie I²C alebo MIPI I3CSM zo snímacieho prvku do aplikácie. ILPS28QSW poskytuje nižšiu spotrebu energie a dosahuje nižší tlakový šum ako jeho predchodca.

ILPS28QSW obsahuje funkciu snímania analógového rozbočovača, ktorý je schopný pripojiť analógový vstup a previesť ho na digitálny signál na zabudované spracovanie. Okrem toho je možné aktivovať vstavaný kanál Qvar (detekcia zmeny elektrického náboja) na snímanie v aplikáciách, ako je detekcia úniku vody, poklepanie, dvojité poklepanie, dlhé stlačenie a potiahnutie L/R - R/L.

ILPS28QSW je k dispozícii v keramickom puzdre LGA s kovovým krytom. Je zaručená jeho prevádzka v teplotnom rozsahu od -40 °C do +105 °C. Obal má otvory, ktoré umožňujú prístup vonkajšieho tlaku k snímaciemu prvku. Gél vo vnútri integrovaného obvodu chráni elektrické komponenty pred vodou a kovové viečko je voliteľne pripojené k zemi alebo ponechané elektricky plávajúce v usporiadaní aplikačnej dosky plošných spojov. Pripojenie kovovej krytky sa určuje podľa cieľovej aplikácie zákazníka.

ST pripravuje tlakový senzor MEMS odolný vode

Spoločnosť STMicroelectronics nedávno oznámila uvedenie nového piezorezistívneho MEMS snímača tlaku určeného pre priemyselné aplikácie.

• Dvojitý snímač absolútneho tlaku v plnom rozsahu vo vodotesnom púzdre.
• Režim 1: 260 ~ 1260 hPaRežim 2: 260 ~ 4060 hPa
• Zabudovaný analógový rozbočovač na spracovanie analógových vstupných údajov
• Zabudovaný Qvar na zisťovanie zmien elektrického náboja
• Spotreba prúdu do 1,7 μA
• Presnosť absolútneho tlaku: 0,5 hPa
• Nízky šum snímača tlaku: 0,32 Pa
• Zabudovaná kompenzácia teploty
• Rozšírený teplotný rozsah od -40 do +105 °C
• 24-bitový výstup údajov o tlaku
• ODR od 1 Hz do 200 Hz
• Rozhranie I^²C alebo MIPI I3C^SM
• Zabudované FIFO
• Napájacie napätie: 1,7 až 3,6 V
• Ľahko utesniteľné púzdro s O-krúžkom
• Zhoda s bezolovnatým púzdrom ECOPACK

Podľa technického listu nový snímač tlaku ILPS28QSWTR funguje ako barometer s digitálnym výstupom, ktorý podporuje funkcie dvojitého snímania absolútneho tlaku v plnom rozsahu. Dva podporované režimy, ktoré si môže vybrať používateľ, zahŕňajú režim 1, ktorý sníma v rozsahu 260 ~ 1260 hPa, a režim 2, ktorý sníma v rozsahu 260 ~ 4060 hPa. Snímač sa vyznačuje absolútnou presnosťou 0,5 hPa a spotrebou prúdu len 1,7 µA.

Bloková schéma ILPS28QSWTR

Spoločnosť ST tvrdí, že ILPS28QSWTR je prvé vodotesné riešenie MEMS na snímanie tlaku v odvetví s deklarovanou 10-ročnou životnosťou. Na dosiahnutie tohto výkonu sa senzor dodáva v púzdre navrhnutom pre SMT, ktoré obsahuje keramický substrát, zalievací gél na ochranu vnútorných obvodov a veko z chirurgickej ocele, ktoré je podopreté epoxidovým tesniacim o-krúžkom.

Toto púzdro zabezpečuje stupeň ochrany proti vniknutiu a dosahuje certifikáciu IP58 podľa noriem IEC 60529 a ISO 20653. Táto certifikácia znamená, že snímač vydrží ponorenie do viac ako jedného metra vody a pretlak do 10 barov.