Aluminijumski mikro senzor CZL672

Микро сензори за мерење су минијатурни елементи за мерење тежине развијени на основу ефекта истегања. Њихов основни механизам подразумева претварање сигнала тежине у мерљиве електричне сигнале кроз микросензорне структуре (нпр. еластична тела са тензометрима). Обично имају запремину од неколико кубних центиметара до десетак кубних центиметара, обухватају опсег мерења од грама до килограма и комбинују двоструке предности „мале величине“ и „високе прецизности“. Као основни састојци за мерење тежине у лаким и тесним просторима, широко се користе у медицинској опреми, потрошачкој електроници, интелигентним уређајима, научним истраживањима и другим областима, чинећи кључну основу за сензирање тежине у микрourеђајима.

1. Основне карактеристике и функције

1) Основна карактеристика минијатуризације

• Ултра мала запремина и лака тежина : Стандардне димензије се крећу од 5мм×5мм×2мм до 30мм×20мм×10мм. Неки прилагођени модели могу бити смањени на милиметарску скалу, са тежинама од чак 0,1г–5г. Лако се могу уграђивати у уске просторе као што су паметни часовници или микро-пумпе, без утицаја на општи структурни дизајн уређаја.
• Компактан конструктивни дизајн : Већина користи интегрисано паковање, комбинујући осетљиве компоненте и кола за кондиционирање сигнала у микрошкољку. Неки модели подржавају лагане начине инсталације попут површинског монтажирања или типова са изводима, компатибилне са директним лемљењем на ППМ или фиксацијом клик системом.

2) Предности у перформансама мерења тежине

• Широк опсег прецизног мерења : Опсег од 0,1г до 50кг, са основном тачношћу мерења ±0,01%НВ–±0,1%НВ и резолуцијом до 0,001г. Испуњавају захтеве за мерењем узорака на нивоу микрограма у лабораторијама и надзором тежине на нивоу грама у потрошачкој електроници.
• Брз динамички одзив : Време одзива ≤10ms, омогућава тренутно улављање тренутних промена тежине (нпр. брзо мерење лаких предмета на линијама аутоматске сортирања или мониторинг тежине капања код медицинских инфузија), избегавајући грешке мерења изазване кашњењем сигнала.
• Стабилна отпорност на интерференце : Опремљен уграђеним модулом компензације температуре (ради у опсегу од -10°C до 60°C) како би се нивелисала колебања температуре; користи диференцијални излаз сигнала или електромагнетну заштиту за отпорност на електромагнетне сметње из унутрашњих кола, осигуравајући стабилне податке.

3) Функције интеграције и прилагођавања

• Компатибилност са више сигнала на излазу : Подржава аналогне сигнале (0-5V, 4-20mA) и дигиталне сигнале (I2C, SPI, UART), директно повезиве са микроконтролерима (MCU), једнокристалним рачунарима или малим ПЛК-овима без додатних модула за појачање сигнала.
• Компатибилност материјала и средине : Осетљиви компоненти су обично израђени од нерђајућег челика 316L, титанијумске легуре или инжењерских пластике, са спољашњим омотачима отпорним на корозију. Прилагођени су разним медијима за мерење (нпр. медицинска флуида, састојци за храну, електронски компоненти) како би се избегло загађење или штета услед корозије.
• Ниска потрошња енергије : Статичка потрошња ≤10mA, у режиму спавања чак и до 10μA, погодно за уређаје на батерије (нпр. руком носиве ваге, паметни носиви уређаји) ради продужења радног века батерије.

2. Кључни проблеми у индустрији који су решени

У ситуацијама мерења мале тежине и минијатурних решења, традиционални сензори за мерење (нпр. сензори платформских вага, индустријски модули за мерење) имају проблеме као што су „превелике димензије, висока потрошња, недовољна прецизност и тешкоће при интеграцији“. Микро сензори за мерење специфично решавају следећа кључна питања:

• Баријере интеграције у микропретставама : Решава проблем превеликих традиционалних сензора за уграђивање у мала уређаје (нпр. надзор масе на паметним наручицама или контрола тежине течности у микро-медицинским пумпама), омогућавајући испуњење двоструких захтева „функције мерења масе + минијатуризације“.
• Високопрецизно мерење малих оптерећења : Решава проблем лоше прецизности традиционалних сензора при мерењу масе на нивоу грама/милиграма (нпр. мерење микросемплова у лабораторијама или детекција тежине пинова електронских компоненти), обезбеђујући поузводне податке за прецизну производњу и истраживања.
• Потрошња енергије у преносним уређајима : Смањује кратак век батерије услед високе потрошње енергије код традиционалних сензора (нпр. преносни вагови за експрес доставу или уређаји за сакупљање узорака на терену), при чему ниска потрошња продужује време коришћења.
• Ограничења усложњеног простора за инсталацију : Задовољава потребе у мерењу тежине у уским или посебно структурираним просторима (нпр. мерење тежине унутрашњих компоненти у аутоматској опреми или праћење тежине флуида у цевоводима) помоћу површинске монтаже или уграђене инсталације.
• Компатибилност сигнала у више сценарија : Решава неусаглашеност између сигнала традиционалних сензора и микроконтролних јединица. Дигитални сигнали се директно повезују са микропроцесорима или MCU-јима, поједностављујући дизајн кола за мала уређаје и смањујући трошкове истраживања и развоја.

3. Истакнута корисничка искуства

• Висок степен интеграције и прикладност : Стандардизовани распоред пинова и величине кућишта омогућавају директно лемљење на штампану плочу или брзо фиксирање, без потребе за сложеним механичким конструкцијама. Време интеграције може се смањити на мање од 30 минута, значајно побољшавајући ефикасност производње уређаја.
• Једноставно тестирање и рад : Дигитални модел са сигналом омогућава калибрисање на нулу и опсег у једном кликом преко наредби; аналогни модели сигнала имају изузетну линеарност, а захтевају само основно испитивање кола ради рада. Ово смањује техничку праг за истраживачко-развојно особље.
• Јака стабилност у употреби : Компензација температуре и дизајн отпоран на интерференције ограничавају дрифт података на ≤±0,05%ПО/година. У преносним или уграђеним ситуацијама често калибрисање није неопходно, чиме се смањује пост-одржавање.
• Флексибилан и разноврстан избор модела : Постоји велики избор модела са различитим опсезима, типовима сигнала и методама инсталације, што омогућава директан избор на основу величине уређаја, напона напајања и захтева за прецизношћу. Неки произвођачи подржавају мали серијски приступастичку израду како би испунили персонализоване потребе.
• Разумна контрола трошкова : Трошкови набавке на велико по јединици су од десетак до стотинак јуана, чиме се смањују трошкови за више од 50% у поређењу са прилагођеним микросензорским решењима. Ниска потрошња енергије такође смањује укупне трошкове енергије уређаја.

4. Типичне примене

1) Медицинска и здравствена област

• Уређаји за мониторинг инфузије : Уграђени у инфузионе пумпе како би надзирали тренутне промене у тежини течности, израчунавали брзину инфузије и активирали аларме када се течност скоро потроши (нпр. прецизно управљање инфузијом у ИЦУ условима).
• Опрема за рехабилитацију и негу : Користи се у паметним вагама за рехабилитацију или модулима за сензирање тежине протеза (нпр. праћење промена тежине током рехабилитационих вежби код старијих особа или повратна информација о сили протезе, побољшавајући сигурност током рехабилитације).
• Лабораторијска медицинска опрема : Мери тежину реагенса или узорака у микро-пипетама или биохемијским анализаторима (нпр. микро-узорковање за тестирање реагенса за КОВИД-19) ради осигуравања тачности.

2) Потрошачка електроника и паметни носиви уређаји

• Паметни носиви : Интегрисани у паметне наручнице или часовнике за индиректно израчунавање телесне тежине/масног процента или праћење силе током вежбања (нпр. анализа тежине приликом слетања стопала током трчања).
• Паметни кућни уређаји : Користи се у паметним кухињским вагама или апаратима за кафу за мерење састојака (нпр. прецизно мерење праха за кафу ради контроле концентрације заварања) или у паметним кофама за смеће ради праћења испуњености (путем детекције капацитета на основу тежине).
• Портабилни алати за мерење тежине : Као што су мини експрес ваге или ваге за багаж, дизајниране за преносљивост и мерење тежине у реалном времену са малим димензијама и ниском потрошњом енергије.

3) Industrijska automatizacija i mikro proizvodnja

• Производња електронских компоненти : Мониторише тежину чипова, отпорника и других компоненти на SMT линијама за састављање ради уклањања фалшних производа; мери тежину енкапсулационе колоидне масе у паковању полупроводника ради осигурања квалитета.
• Опрема за микро аутоматизацију : Опрема крајњих ефектора микроробота за састављање да детектују тежину ухваћених делова и потврде успешност подизања (нпр. детекција мерењем током састављања модула камере за мобилне телефоне).
• Уређаји за контролу тока течности : Уграђени у пумпе са микро-дозирањем или убризгиваче горива како би пратили испоруку течности преко тежине (нпр. микро-мерење горива у системима убризгавања ради осигурања ефикасности сагоревања).

4) Поље научних истраживања и тестирања

• Истраживање науке о материјалима : Мери тежину узорака микро-материјала (нпр. наноматеријала, танких филмова) или промене тежине током истезања/компресије материјала како би обезбедио податке за анализу перформанси.
• Опрема за мониторинг животне средине : Мери тежину прикупљених узорака у микросистемима за контролу квалитета воде или уређајима за узимање ваздушних узорака ради израчунавања концентрације загађивача (нпр. анализа тежине атмосферских честица након узимања узорака).

5) Поља логистике и трговине

• Микро системи за сортирање : Мери тежину малих пакета на крају аутоматизованих линија за сортирање експресних испорука ради класификације на основу тежине; или идентификује производе по тежини (у комбинацији са базама података о тежини) на самопослужним касама у супермаркетима без радника.
• Опрема за мерење тежине у трговини на пример скале за накит или склопови за драгоцене метала, који се користе за прецизно мерење злата, дијаманата и других вредности. Њихова компактна величина омогућава постављање на радне површине без заузимања превелике количине простора.

Резюме

Сензори за микромерење масе, са својом основном конкурентском предношћу „мале запремине, високе прецизности и ниског потрошње енергије“, прелазе просторна и опсег ограничења традиционалне вагаоне опреме, тачно одговарајући потребама лаког мерења масе у медицинским, потрошачким електронским уређајима и микро-производним областима. Њихова једноставна интеграција, стабилни рад и разумна контрола трошкова не само да подстичу функционална побољшања у микроуређајима, већ пружају и поуздану подршку индустрији у остваривању „прецизности, минијатуризације и интелигенције“ у процесима мерења масе. Постали су незаобилазан део модерних сензорских технологија.