(I) Principio di funzionamento fondamentale
Un sensore di profondità appartiene alla categoria deisensori di profondità basati sulla pressione. Il suo principio fondamentale si basa sulegge della pressione idrostaticaper misurare la profondità dell'acqua. Essenzialmente, si tratta di un'unità di rilevamento della pressione combinata con un algoritmo di conversione pressione-profondità.
Maggiore è la profondità dell'acqua, maggiore è la pressione statica formata dal peso dell'acqua sovrastante. Il sensore misura accuratamente la pressione del liquido e la converte nella profondità effettiva. La formula della pressione idrostatica è:P=ρgh
Riorganizzando la formula si ottiene il calcolo della profondità:h = P / (ρg)
Dove:
h= ha misurato la profondità dell'acqua
P= pressione relativa del liquido (dopo aver dedotto la pressione atmosferica)
ρ= densità del liquido (circa. 1000 kg/m³ per acqua dolce, circa. 1025 kg/m³ per acqua di mare)
g= accelerazione gravitazionale (valore standard 9,8 m/s²)
Per riferimento rapido: in acqua dolce tipica, ogni aumento di 1 metro di profondità corrisponde a un aumento di pressione approssimativo di 10 kPa. Pressione e profondità hanno una relazione lineare.
(II) Sensore di profondità PG440 – Panoramica del prodotto
Il sensore di profondità PG440 è sviluppato in base alla nostra progettazione internachip di pressione piezoresistivo al silicio, con ottimizzazione speciale per la misurazione dell'acqua di mare. Utilizza un elemento di rilevamento della pressione isolato per entrare in contatto con il mezzo misurato. L'intera unità è controllata da un microcontrollore e dispone di un bus CAN 2.0 per la trasmissione del segnale digitale.
Il prodotto è composto da tre parti principali:struttura meccanica, circuiti hardware e software incorporato. La struttura meccanica comprende l'elemento di rilevamento, la porta di pressione, l'alloggiamento, il cappuccio terminale, il connettore impermeabile e il cavo di collegamento. L'hardware comprende quattro circuiti stampati funzionali. Il software integrato è programmato nella scheda di elaborazione del segnale, gestendo il calcolo dei dati e l'interazione dei comandi.
1. Processo operativo
Il sensore viene installato tramite una filettatura esterna G1/4. Il liquido misurato entra attraverso la porta di pressione e agisce sul chip di rilevamento piezoresistivo integrato, completando l'acquisizione del segnale di pressione. Nel circuito hardware, il microcontrollore comunica con il chip di condizionamento del segnale tramite l'interfaccia SPI, fornendo la tensione di riferimento e la corrente operativa per l'elemento di rilevamento, leggendo contemporaneamente i dati di campionamento ADC dal chip di condizionamento. Dopo la compensazione e il calcolo algoritmici, i dati vengono convertiti in un valore di pressione standard e inviati tramite il bus CAN 2.0.
2. Processo di assemblaggio meccanico
Il chip interno di pressione assoluta è fissato alla base dell'elemento sensibile alla pressione con gomma siliconica.
La base dell'elemento sensibile alla pressione e la membrana ondulata sono saldate al laser, sigillate e riempite di olio.
L'intero gruppo sensibile alla pressione è saldato al laser alla porta di pressione.
La porta di pressione sull'alloggiamento e l'alloggiamento sul cappuccio terminale sono entrambi sigillati mediante saldatura laser.
Il connettore impermeabile è fissato al cappuccio terminale tramite connessione filettata, garantendo prestazioni di impermeabilità complessive.
3. Funzioni del circuito
L'unità comprende quattro schede elettroniche funzionali:
Scheda adattatore segnale – Saldata ai pin posteriori della sonda di rilevamento per l'instradamento e la transizione del segnale.
Scheda di elaborazione del segnale – Esegue il calcolo, l'adattamento e la conversione dei segnali campionati grezzi, emettendo contemporaneamente tensione analogica e segnali digitali.
Scheda di alimentazione: fornisce alimentazione stabile a tutti i moduli del circuito.
Scheda EMC – Sopprime le interferenze elettromagnetiche, migliorando la stabilità operativa in ambienti complessi.
Schema di calibrazione della pressione
Per eliminare la deriva della temperatura e gli errori introdotti dai circuiti hardware, il prodotto è accompagnato da un sistema di calibrazione dedicato basato su PC, che funziona in combinazione con una camera di temperatura e un'apparecchiatura di calibrazione della pressione per una calibrazione completa. Il sistema raccoglie simultaneamente dati di pressione, temperatura e ADC, esegue calcoli, amplificazione del segnale e correzione dei parametri attraverso il microcontroller e il chip di condizionamento, ottenendo infine un'uscita del segnale digitale ad alta precisione.
Procedura di calibrazione:Vengono selezionati sei punti di temperatura tipici: -10 gradi, 5 gradi, 20 gradi, 40 gradi, 55 gradi e 80 gradi. A ciascuna temperatura vengono applicati cinque livelli di pressione standard: 0 MPa, 1,75 MPa, 3,5 MPa, 5,25 MPa e 7 MPa. Il dispositivo cattura simultaneamente i valori ADC corrispondenti in queste condizioni. I parametri di compensazione vengono generati tramite adattamento algoritmico e archiviati nella memoria flash del microcontroller, ottenendo una compensazione dell'errore su vasta scala e nell'intero intervallo di temperature.
Parametri Elettrici e di Protezione
Alimentazione elettrica:L'intervallo di tensione in ingresso del chip di alimentazione è compreso tra 9 V e 40 V, supportando l'alimentazione convenzionale a 28 V. Dopo la regolazione a bordo, la tensione operativa è di 5 V.
Isolamento elettrico:Resistenza di isolamento Maggiore o uguale a 100 MΩ a 100 V CC; il circuito è isolato elettricamente dall'involucro metallico.
Consumo energetico:Potenza operativa nominale<0.6 W; measured power consumption of a mature model in the same series is only 0.3 W, demonstrating excellent low‑power performance.
Grado di protezione:Progettato per IP65 (per GB/T 4208‑2017); i test effettivi su modelli simili hanno raggiunto il grado IP67, garantendo una protezione affidabile da acqua e polvere.
Specifiche relative alle prestazioni principali e al peso
Precisione della misurazione:Precisione combinata Inferiore o uguale allo 0,1% FS (fondo scala). Il prodotto utilizza un chip di rilevamento della pressione assoluta con algoritmi maturi di compensazione della temperatura e della pressione, offrendo una precisione stabile.
Peso totale:Ripartizione del peso dei componenti: porta di pressione 50 g, elemento sensibile 18 g, alloggiamento 20 g, cappuccio terminale 15 g, connettore impermeabile 15 g, cavo 15 g, circuiti stampati 21 g, strato di copertura 20 g. Il peso totale dell'unità è di 174 g, riflettendo un design strutturale leggero.
Flusso del programma principale
Il PG440 offre elevata precisione, basso consumo energetico e struttura robusta, ideale per il monitoraggio della profondità di acqua dolce, acqua di mare e altri liquidi. Contattaci oggi per ulteriori informazioni o per una soluzione personalizzata.
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