Aliuminio mikrosensorius CZL672

Mikrosvarų jutikliai yra miniatiūriniai svorio matavimo komponentai, sukurti remiantis deformacijos efektu. Jų pagrindinis mechanizmas apima svorio signalų konvertavimą į matuotinus elektrinius signalus per mikrojautrius struktūras (pvz., deformacijos matuokliais paremtas elastingas kūnas). Paprastai jų tūris siekia nuo kelių kubinių centimetrų iki dešimčių kubinių centimetrų, o matavimo diapazonas apima nuo gramų iki kilogramų, derindamas dvigubą „mažo dydžio“ ir „aukštos tikslumo“ pranašumą. Kaip pagrindiniai komponentai lengvosioms ir siaurų erdvių svėrimo situacijoms, jie plačiai naudojami medicinos prietaisuose, vartojimo elektronikoje, intelektualiose įrangose, mokslinių tyrimų bandymuose ir kitose srityse, sudarydami svarbią pagrindą svorio jutimui mikroprietaisuose.

1. Pagrindinės savybės ir funkcijos

1) Pagrindinė miniatiūrizacijos savybė

• Ekstremaliai mažas tūris ir mažas svoris : Standartiniai matmenys svyruoja nuo 5 mm × 5 mm × 2 mm iki 30 mm × 20 mm × 10 mm. Kai kurie pritaikyti modeliai gali būti sumažinti iki milimetrų skalės, sverdami nuo 0,1 g iki 5 g. Jie gali būti lengvai integruoti į siaurus erdves, tokius kaip išmanieji laikrodžiai ar mikro siurbliai, nesuteikdami poveikio įrenginio bendram konstrukciniam dizainui.
• Kompaktiška konstrukcija : Dauguma naudoja integruotą pakuotę, kuri jautrius komponentus ir signalo reguliavimo grandines sujungia į mikroskylę. Kai kurie modeliai palaiko lengvą montavimą, pvz., paviršiaus montavimą ar laidų tipą, suderinamą su tiesioginiu PCB litavimu arba užsifiksuojančiu tvirtinimu.

2) Sverimo našumo privalumai

• Platus tikslaus matavimo diapazonas : Nuo 0,1 g iki 50 kg, su pagrindine matavimo tikslumu ±0,01 %FS–±0,1 %FS ir skiriamąja geba iki 0,001 g. Jie atitinka mikrogramų lygio mėginių sverimo reikalavimus laboratorijose ir gramų lygio svorio stebėjimą vartotojo elektronikoje.
• Greitas dinaminis atsakas : Reakcijos laikas ≤10 ms, leidžiantis realiuoju laiku fiksuoti akimirkinius svorio pokyčius (pvz., didelio greičio lengvo svorio sverimą automatizuotose rūšiavimo linijose ar lašinimo greičio svorio stebėjimą medicininiuose infuzijose), išvengiant matavimo klaidų, sukeltų signalų vėlavimo.
• Stabili trikdžiams atspari veikla : Įmontuoti temperatūros kompensavimo moduliai (veikia aplinkos temperatūroje nuo -10 °C iki 60 °C) kompensuoja temperatūros svyravimus; naudojamas diferencialinis signalo išvesties režimas arba elektromagnetinė apsauga nuo vidinių grandinių sukeliamo elektromagnetinio trikdžio, užtikrinant stabilius duomenis.

3) Integravimo ir pritaikymo funkcijos

• Kelių tipų signalų išvesties suderinamumas : Palaiko analoginius signalus (0–5 V, 4–20 mA) ir skaitmeninius signalus (I2C, SPI, UART), tiesiogiai prijungiamus prie mikrovaldiklių (MCU), vieno lusto kompiuterių ar mažų PLC be papildomų signalų stiprinimo modulių.
• Medžiagų ir terpės suderinamumas : Jautrūs komponentai dažniausiai pagaminti iš nerūdijančio plieno 316L, titano lydinio ar inžinerinių plastikų, su koroziją atspariu išoriniu apvalkalu. Jie prisitaiko prie įvairių sveriamų medžiagų (pvz., medicininių skysčių, maisto ingredientų, elektroninių komponentų), kad būtų išvengta užteršimo ar korozijos pažeidimų.
• Žemas energijos suvartojimas : Statiška galia ≤10 mA, miego režimu – iki 10 μA, tinka baterijomis maitinamiems nešiojamiesiems įrenginiams (pvz., rankiniai svarstyklės, išmanieji nešiojamieji įrenginiai), siekiant pailginti baterijos tarnavimo laiką.

2. Pagrindinės pramonės problemos, kurios sprendžiamos

Mažo svorio ir miniatiūrizuotose sverimo situacijose tradiciniai sverimo jutikliai (pvz., platformos svarstyklių jutikliai, pramoniniai sverimo moduliai) susiduria su „per dideliais gabaritais, dideliu energijos suvartojimu, nepakankamu tikslumu ir sudėtinga integracija“. Mikrosverimo jutikliai ypač sprendžia šias pagrindines problemas:

• Integravimo kliūtys mikroįrenginiuose : Sprendžia tradicinių jutiklių per didelio dydžio problemą, kai juos reikia integruoti į mažus įrenginius (pvz., svorio stebėjimas išmaniosiose apyrankėse ar skysto svorio valdymas mikro-medicininiuose siurbliuose), leidžiantis atitikti dvigubus reikalavimus „svėrimo funkcionalumui + miniatiūrizacijai“.
• Tiksli mažų apkrovų matavimas : Išsprendžia tradicinių jutiklių netikslumą gramų/miligramų lygio sverime (pvz., mikro-mėginių sverimas laboratorijose ar elektroninių komponentų kaiščių svorio nustatymas), užtikrinant patikimus duomenis tiksliajai gamybai ir tyrimams.
• Energijos suvartojimas nešiojamuose įrenginiuose : Sumažina trumpą baterijos veikimo laiką, kurį sukelia tradicinių jutiklių didelis energijos suvartojimas (pvz., nešiojamuosiuose eksprešio svoriui matuoti skirtuose prietaisuose ar lauko mėginių rinkimo įrenginiuose), o žemas energijos suvartojimas pratęsia naudojimo trukmę.
• Sudėtingi montavimo vietos apribojimai : Tenkina sverimo poreikius siaurose ar ypač suprojektuotose erdvėse (pvz., vidaus komponentų sverimas automatizuotoje įrangose ar skysčių svorio stebėjimas vamzdynuose), naudojant paviršinio montavimo arba įmontuotą diegimą.
• Kelių scenarijų signalo suderinamumas : Išsprendžia neatitikimus tarp tradicinių jutiklių signalų ir mikrovaldiklių. Skaitmeniniai signalų modeliai tiesiogiai jungiasi prie vieno čip'o mikroskaičiaviklių arba MCU, supaprastindami grandynų projektavimą mažiems įrenginiams ir sumažindami tyrimų bei plėtros išlaidas.

3. Vartotojo patirties privalumai

• Didelė integracijos patogumą : Standartiniai išvadų išdėstymai ir korpuso matmenys leidžia tiesiogiai lituoti prie PCB arba fiksuoti snap-fit būdu, nereikalaujant sudėtingų mechaninių konstrukcijų. Integravimo laiką galima sutrumpinti iki mažiau nei 30 minučių, žymiai padidinant įrenginių gamybos efektyvumą.
• Supaprastinta derinimo ir valdymo procedūra : Skaitmeniniai signalų modeliai leidžia vienu mygtuko paspaudimu atlikti nulinę ir diapazono kalibravimą naudojant komandas; analoginių signalų modeliai pasižymi puikia tiesiškumu, todėl reikia tik paprastos grandinės derinimo, kad jie veiktų. Tai sumažina mokslinių tyrimų ir plėtros personalo technines kvalifikacijų reikalavimus.
• Didelis naudojimo stabilumas : Temperatūros kompensavimo ir trikdžiams atsparaus dizaino dėka duomenų poslinkis ribojamas iki ≤±0,05 % FS/metus. Nešiojamose arba įmontuotose aplinkose dažna kalibravimas nebūtinas, todėl sumažėja priežiūros darbų apimtis.
• Lanksti ir įvairialypė modelių parinktis : Yra plačių modelių asortimentas su skirtingais diapazonais, signalų tipais ir montavimo būdais, leidžiantis tiesiogiai pasirinkti pagal įrenginio matmenis, maitinimo įtampą ir tikslumo reikalavimus. Kai kurie gamintojai siūlo mažų partijų pritaikymą asmeniniams poreikiams patenkinti.
• Protingas sąnaudų valdymas : Masinės pirkimo kaina vienetui svyruoja nuo dešimties iki šimtų juanų, todėl ji yra daugiau nei 50 % žemesnė lyginant su pritaikytomis mikrojutiklių sprendimais. Mažas energijos suvartojimas taip pat sumažina bendrus įrenginio energijos kaštus.

4. Tipinės naudojimo situacijos

1) Sveikatos priežiūros srityje

• Infuzijos stebėjimo įrenginiai : Įmontuojami į infuzijos siurblius, kad stebėtų skysčio svorio pokyčius realiu laiku, apskaičiuotų infuzijos greitį ir įjungtų įspėjimus, kai skysčiai beveik išseko (pvz., tikslus infuzijos valdymas intensyviosios terapijos sąlygomis).
• Reabilitacijos ir slaugos įranga : Naudojama protinguose reabilitacijos svarstuose arba protezų svorio jutiklių moduliuose (pvz., stebint svorio pokyčius vyresnio amžiaus žmonių reabilitacijos metu arba jėgos grįžtamąjį ryšį protezuose, padidinant reabilitacijos saugumą).
• Laboratorinė medicinos įranga : Matuoja reagentų ar mėginių svorį mikropipetėse arba biocheminiuose analizatoriuose (pvz., mikro-mėginių sverimas COVID-19 testų reagentams), kad užtikrintų tikslumą.

2) Vartotojo elektronika ir išmanieji aparatėliai

• Protingi nešiojamieji įrenginiai : Integruojami į protingus apyrankes ar laikrodžius, kad netiesiogiai apskaičiuotų kūno svorį/riebalų kiekį ar stebėtų apkrovą fizinio aktyvumo metu (pvz., analizuojant kojos nusileidimo svorį bėgant).
• Išmanieji buitinių prietaisų įrenginiai : Naudojamas protingose virtuvės svarstyklėse ar kavos aparatuose ingredientų sverimui (pvz., tikslus kavos miltelių kiekio matavimas, kad būtų galima kontroliuoti brendimo koncentraciją) arba protinguose šiukšliadėžiuose, skirtuose pilnumo stebėjimui (naudojant svorio pagrįstą talpos nustatymą).
• Nešiojamieji sverimo įrankiai : Pavyzdžiui, mini eksprestinės svarstyklės ar bagažo sverimo priemonės, sukurtos nešiojamumui ir realaus laiko svorio matavimui, pasižyminčios mažais matmenimis ir žemu energijos suvartojimu.

3) Pramonės automatizacija ir mikro gamyba

• Elektroninių komponentų gamyba : Seka mikroschemų, rezistorių ir kitų komponentų svorį SMT surinkimo linijose, siekiant atrinkti defektus; matuoja hermetizavimo kolioido svorį puslaidininkių pakuotėje, kad būtų užtikrinta kokybė.
• Mikro automatizacijos įranga : Aparatuose, skirtuose mikro-rinkimo robotams, įmontuojami svorio jutikliai, kurie nustato pačiuptų detalių svorį ir patikrina sėkmingą paėmimą (pvz., svorio nustatymas montuojant mobiliųjų telefonų kamerų modulius).
• Skysčių valdymo įrenginiai : Įmontuojami į mikrodozavimo siurblius ar kuro įpurškiklius, kad stebėtų skysčių padavimą pagal svorį (pvz., mikrokuro sverimas kuro įpurškimo sistemose siekiant užtikrinti degimo efektyvumą).

4) Mokslinių tyrimų ir bandymų sritis

• Medžiagų mokslas : Išmatuoja mikroskopinių medžiagų mėginių (pvz., nanomedžiagų, plonų plėvelių) svorį ar svorio pokyčius medžiagų tempimo/spaudimo metu, kad būtų galima atlikti našumo analizę.
• Aplinkos monitoringo įranga : Išmatuoja surinktų mėginių svorį mikro vandens kokybės monitoriuose arba oro ėmimo įrenginiuose, kad būtų apskaičiuotos teršalų koncentracijos (pvz., atmosferos dalelių svorio analizė po ėmimo).

5) Logistikos ir prekybos sritis

• Mikro rūšiavimo sistemos : Sveria mažas siuntas automatinio eksprešrūšiavimo linijų gale, kad būtų galima klasifikuoti pagal svorį; arba nustato produktus pagal svorį (derinamas su svorio duomenų bazėmis) neapgyvendintų prekybos vietų savarankiško apmokėjimo kasose.
• Prekybos svertai pavyzdžiui, papuošalų svarstyklės ar brangiųjų metalų svarstyklės, naudojamos tiksliai sverti aukso, deimantų ir kitų brangių daiktų. Jų kompaktiškas dydis leidžia jas dėti ant prekystalio, neužimančios pernelyg daug vietos.

SANTRAUKA

Mikrosvarstymo jutikliai, kurių pagrindinė konkurencinė nauda yra „mažas tūris, didelis tikslumas ir žemas energijos suvartojimas“, įveikia tradicinės sverimo įrangos erdvės ir diapazono apribojimus, tiksliai atitinkdami lengvųjų objektų sverimo poreikius medicinos, vartojimo elektronikos ir mikro-gamybos srityse. Jų patogus integravimas, stabilus veikimas ir protinga kainos kontrolė ne tik skatina mikroįrenginių funkcinius patobulinimus, bet taip pat suteikia patikimą paramą pramonei pasiekti „tikslumą, miniatiūrizaciją ir intelektualumą“ sverime. Jie tapo neatskiriama šiuolaikinės jutiklių technologijos šaka.