(I) Podstawowa zasada działania
Czujnik głębokości należy do kategoriiciśnieniowe czujniki głębokości. Jego podstawowa zasada opiera się naPrawo ciśnienia hydrostatycznegodo pomiaru głębokości wody. Zasadniczo jest to czujnik ciśnienia połączony z algorytmem konwersji ciśnienia na głębokość.
Im większa głębokość wody, tym większe ciśnienie statyczne utworzone przez ciężar wody znajdującej się nad nią. Czujnik dokładnie mierzy ciśnienie cieczy i przelicza je z powrotem na rzeczywistą głębokość. Wzór na ciśnienie hydrostatyczne to:P.=ρgh
Zmiana układu wzoru daje obliczenie głębokości:h = P / (ρg)
Gdzie:
h= zmierzona głębokość wody
P= względne ciśnienie cieczy (po odjęciu ciśnienia atmosferycznego)
ρ= gęstość cieczy (około. 1000 kg/m3 dla wody słodkiej, około. 1025 kg/m3 dla wody morskiej)
g= przyspieszenie grawitacyjne (wartość standardowa 9,8 m/s²)
Dla ułatwienia: w typowej wodzie słodkiej każdy wzrost głębokości o 1 metr odpowiada w przybliżeniu wzrostowi ciśnienia o 10 kPa. Ciśnienie i głębokość mają zależność liniową.
(II) Czujnik głębokości PG440 – przegląd produktu
Czujnik głębokości PG440 został opracowany w oparciu o nasz własny projektkrzemowy piezorezystancyjny układ ciśnieniowy, ze specjalną optymalizacją do pomiaru wody morskiej. Wykorzystuje izolowany element wykrywający ciśnienie do kontaktu z mierzonym medium. Całość sterowana jest za pomocą mikrokontrolera i wyposażona w magistralę CAN 2.0 do cyfrowej transmisji sygnału.
Produkt składa się z trzech głównych części:struktura mechaniczna, obwody sprzętowe i oprogramowanie wbudowane. Struktura mechaniczna obejmuje element czujnikowy, port ciśnieniowy, obudowę, zaślepkę, wodoodporne złącze i kabel połączeniowy. Sprzęt składa się z czterech funkcjonalnych płytek drukowanych. Wbudowane oprogramowanie jest zaprogramowane w płytce przetwarzającej sygnał, obsługującej obliczanie danych i interakcję z poleceniami.
1. Proces operacyjny
Czujnik montowany jest poprzez gwint zewnętrzny G1/4. Mierzona ciecz wpływa przez port ciśnieniowy i oddziałuje na wbudowany piezorezystancyjny układ czujnikowy, kończąc akwizycję sygnału ciśnienia. W obwodzie sprzętowym mikrokontroler komunikuje się z układem kondycjonowania sygnału poprzez interfejs SPI, dostarczając napięcie odniesienia i prąd roboczy dla elementu czujnikowego, jednocześnie odczytując dane próbkowania ADC z układu kondycjonującego. Po algorytmicznej kompensacji i obliczeniu dane są konwertowane na standardową wartość ciśnienia i wysyłane przez magistralę CAN 2.0.
2. Proces montażu mechanicznego
Wewnętrzny chip ciśnienia bezwzględnego jest przyklejony do podstawy elementu wrażliwego na nacisk za pomocą gumy silikonowej.
Podstawa elementu wrażliwego na nacisk i karbowana membrana są spawane laserowo, uszczelnione i wypełnione olejem.
Kompletny zespół wrażliwy na nacisk jest przyspawany laserowo do portu ciśnieniowego.
Port ciśnieniowy do obudowy i obudowa do zaślepki są uszczelnione metodą spawania laserowego.
Wodoodporne złącze jest przymocowane do zaślepki za pomocą połączenia gwintowego, co zapewnia ogólną wodoodporność.
3. Funkcje płytki drukowanej
Urządzenie zawiera cztery funkcjonalne płytki drukowane:
Płytka adaptera sygnału – przylutowana do tylnych styków sondy czujnikowej w celu kierowania i przejścia sygnału.
Płytka przetwarzająca sygnał – wykonuje obliczenia, dopasowywanie i konwersję surowych, próbkowanych sygnałów, jednocześnie wysyłając analogowe sygnały napięciowe i cyfrowe.
Płyta zasilacza – zapewnia stabilne zasilanie wszystkich modułów obwodów.
Płyta EMC – tłumi zakłócenia elektromagnetyczne, zwiększając stabilność działania w złożonych środowiskach.
Schemat kalibracji ciśnienia
Aby wyeliminować dryf temperatury i błędy powodowane przez obwody sprzętowe, do produktu dołączony jest dedykowany system kalibracji oparty na komputerze PC, współpracujący z komorą temperaturową i sprzętem do kalibracji ciśnienia w celu pełnej kalibracji. System jednocześnie zbiera dane dotyczące ciśnienia, temperatury i przetwornika ADC, wykonuje obliczenia, wzmacnia sygnał i koryguje parametry za pomocą mikrokontrolera i układu kondycjonującego, ostatecznie uzyskując precyzyjny sygnał cyfrowy.
Procedura kalibracji:Wybrano sześć typowych punktów temperaturowych: -10 stopni, 5 stopni, 20 stopni, 40 stopni, 55 stopni i 80 stopni. Dla każdej temperatury stosuje się pięć standardowych poziomów ciśnienia: 0 MPa, 1,75 MPa, 3,5 MPa, 5,25 MPa i 7 MPa. Urządzenie jednocześnie rejestruje odpowiednie wartości ADC w tych warunkach. Parametry kompensacji są generowane poprzez dopasowanie algorytmiczne i przechowywane w pamięci Flash mikrokontrolera, co pozwala uzyskać kompensację błędów w pełnym zakresie temperatur i pełnej skali.
Parametry elektryczne i ochronne
Zasilanie:Zakres napięcia wejściowego układu zasilania wynosi od 9 V do 40 V i obsługuje konwencjonalne zasilanie 28 V. Po regulacji pokładowej napięcie robocze wynosi 5 V.
Izolacja elektryczna:Rezystancja izolacji Większa lub równa 100 MΩ przy 100 V DC; obwód jest elektrycznie odizolowany od metalowej obudowy.
Pobór mocy:Znamionowa moc robocza<0.6 W; measured power consumption of a mature model in the same series is only 0.3 W, demonstrating excellent low‑power performance.
Stopień ochrony:Zaprojektowany zgodnie z IP65 (wg GB/T 4208-2017); rzeczywiste testy podobnych modeli osiągnęły stopień IP67, zapewniając niezawodną ochronę przed wodą i kurzem.
Podstawowe parametry wydajności i wagi
Dokładność pomiaru:Łączna dokładność Mniejsza lub równa 0,1% FS (pełna skala). W produkcie zastosowano chip wykrywający ciśnienie bezwzględne z zaawansowanymi algorytmami kompensacji temperatury i ciśnienia, zapewniającymi stabilną dokładność.
Całkowita waga:Rozkład masy komponentów – przyłącze ciśnieniowe 50 g, element czujnikowy 18 g, obudowa 20 g, zaślepka 15 g, złącze wodoodporne 15 g, kabel 15 g, płytki drukowane 21 g, warstwa zalewowa 20 g. Całkowita masa jednostki wynosi 174 g, co odzwierciedla lekką konstrukcję.
Główny przebieg programu
PG440 oferuje wysoką dokładność, niskie zużycie energii i solidną konstrukcję - idealny do monitorowania głębokości wody słodkiej, wody morskiej i innych cieczy. Skontaktuj się z nami już dziś, aby uzyskać więcej informacji lub niestandardowe rozwiązanie.
📧 E-mail: mihuitec@gmail.com
📞 Telefon: +86 18066965135
🌐 Strona internetowa: www.mihuitec.com
