Алюмінієвий мікросенсор CZL672

Мікрозважувальні датчики — це мініатюрні компоненти для вимірювання ваги, розроблені на основі ефекту деформації. Їхній основний механізм полягає у перетворенні сигналів ваги на вимірювані електричні сигнали за допомогою мікрочутливих структур (наприклад, пружних тіл з тензометричними датчиками). Зазвичай їх об’єм становить від кількох кубічних сантиметрів до десятків кубічних сантиметрів, а діапазон вимірювань — від грамів до кілограмів, що поєднує подвійні переваги «малих розмірів» і «високої точності». Як ключові компоненти для зважування в легких та обмежених простором сценаріях, вони широко використовуються в медичних приладах, побутовій електроніці, інтелектуальних пристроях, наукових дослідженнях та інших галузях, стаючи важливою основою для виявлення ваги в мікропристроях.

1. Основні характеристики та функції

1) Основна характеристика — мініатюрність

• Надмалий об’єм і легка вага : Стандартні розміри варіюються від 5 мм × 5 мм × 2 мм до 30 мм × 20 мм × 10 мм. Деякі спеціальні моделі можуть мати розміри в міліметровому діапазоні з вагою всього 0,1–5 г. Їх можна легко інтегрувати в вузькі простори, такі як смарт-годинники або мікронасоси, не впливаючи на загальний конструктивний дизайн пристрою.
• Компактна конструкція : Більшість моделей мають інтегроване корпусування, в якому чутливі компоненти та схеми обробки сигналів розміщені в мікрокорпусі. Деякі моделі підтримують легкі способи встановлення, такі як поверхневе монтажування або з виводами, що дозволяє безпосередньо припаювати їх до друкованої плати або фіксувати защілкою.

2) Переваги у показниках зважування

• Широкий діапазон точних вимірювань : Від 0,1 г до 50 кг, з основною точністю вимірювання ±0,01% НВ – ±0,1% НВ та роздільною здатністю до 0,001 г. Відповідають вимогам зважування зразків на рівні мікрограмів у лабораторіях та контролю маси на рівні грамів у побутовій електроніці.
• Швидка динамічна відповідь : Час відгуку ≤10 мс, що дозволяє у реальному часі фіксувати миттєві зміни ваги (наприклад, швидкісне зважування легких предметів на автоматизованих лініях сортування або контроль ваги крапельної подачі в медичних інфузіях), усуваючи похибки вимірювання, спричинені затримкою сигналу.
• Стійка завадостійкість : Обладнаний вбудованими модулями компенсації температури (працює в умовах від -10°C до 60°C) для нівелювання температурних коливань; використовує диференційний вихідний сигнал або електромагнітне екранування для захисту від електромагнітних перешкод від внутрішніх кіл, забезпечуючи стабільність даних.

3) Функції інтеграції та адаптації

• Сумісність із багатьма типами сигналів : Підтримує аналогові сигнали (0-5 В, 4-20 мА) та цифрові сигнали (I2C, SPI, UART), може безпосередньо підключатися до мікроконтролерів (MCU), однокристальних мікрокомп'ютерів або малих програмованих логічних контролерів (PLC) без додаткових модулів підсилення сигналу.
• Сумісність матеріалів та середовищ : Чутливі компоненти зазвичай виготовлені з нержавіючої сталі 316L, титанового сплаву або інженерних пластиків із зовнішніми оболонками, стійкими до корозії. Вони адаптовані до різних середовищ для зважування (наприклад, медичні рідини, харчові інгредієнти, електронні компоненти), щоб уникнути забруднення або пошкодження від корозії.
• Низьке витрати енергії : Статична потужність ≤10 мА, у режимі сну — всього 10 мкА, підходить для пристроїв із батарейним живленням (наприклад, ручні терези, смарт-гаджети), що продовжує термін роботи акумулятора.

2. Основні галузеві проблеми, які вирішуються

У сценаріях зважування з мініатюрними та легкими датчиками традиційні датчики зважування (наприклад, датчики платформених терезів, промислові модулі зважування) мають такі недоліки: «надмірні розміри, високе енергоспоживання, недостатня точність, складність інтеграції». Мікродатчики зважування спеціально усувають такі основні проблеми:

• Бар'єри інтеграції в мікропристроях : Вирішує проблему надмірних розмірів традиційних датчиків, які не можна вбудувати в невеликі пристрої (наприклад, контроль ваги у смарт-браслетах або контроль об’єму рідини в мікромедичних насосах), забезпечуючи виконання двох вимог — «функція зважування + мініатюризація».
• Високоточне вимірювання малих навантажень : Усуває недолік неточності традиційних датчиків при зважуванні на рівні грамів/міліграмів (наприклад, зважування мікрозразків у лабораторіях або визначення маси контактів електронних компонентів), забезпечуючи надійні дані для прецизійного виробництва та досліджень.
• Споживання енергії в портативних пристроях : Зменшує короткий термін роботи від акумулятора, спричинений високим енергоспоживанням традиційних датчиків (наприклад, ручні ваги для експрес-пошти або пристрої для збору зразків на відкритому повітрі), завдяки низькому енергоспоживанню продовжується час роботи.
• Обмеження складного монтажного простору : Відповідає потребам зважування в вузьких або спеціально організованих просторах (наприклад, зважування внутрішніх компонентів в автоматизованому обладнанні або контроль маси рідини в трубопроводах) шляхом поверхневого монтажу або вбудовування.
• Багатосценарна сумісність сигналів : Усуває невідповідність між сигналами традиційних датчиків та мікроконтролерними пристроями. Цифрові сигнальні моделі безпосередньо підключаються до однокристальних мікрокомп'ютерів або MCU, спрощуючи схемотехніку для малих пристроїв і знижуючи витрати на НДР.

3. Основні переваги для користувача

• Висока інтеграційна зручність : Стандартизовані розташування виводів і габаритні розміри корпусів дозволяють безпосереднє паяння на друковану плату або фіксацію типу snap-fit без необхідності складних механічних конструкцій. Час інтеграції може бути скорочено до 30 хвилин, що значно підвищує ефективність виробництва пристроїв.
• Просте налагодження та експлуатація : Цифрові сигнальні моделі дозволяють калібрувати нуль і діапазон за допомогою однієї команди; аналогові сигнальні моделі мають відмінну лінійність, для роботи потрібен лише базовий контроль схеми. Це знижує технічний поріг для науково-дослідних робіт.
• Висока стабільність у експлуатації : Компенсація температури та конструкція з захистом від перешкод обмежують дрейф даних до ≤±0,05% НВ/рік. У портативних або вбудованих сценаріях немає необхідності у частій калібруванні, що зменшує обсяг післямонтажного обслуговування.
• Гнучкий та різноманітний вибір моделей : Доступна широка номенклатура моделей із різними діапазонами, типами сигналів і способами монтажу, що дозволяє безпосередньо вибирати відповідно до розмірів пристрою, напруги живлення та вимог до точності. Деякі виробники підтримують малий серійний випуск на замовлення для задоволення індивідуальних потреб.
• Обґрунтований контроль витрат : Вартість оптових закупівель на одиницю продукції становить від десятків до сотень юаней, що зменшує витрати більш ніж на 50 % порівняно з спеціальними мікрочутливими рішеннями. Низьке енергоспоживання також зменшує загальні витрати на енергію для пристрою.

4. Типові сценарії застосування

1) Галузь охорони здоров'я

• Пристрої моніторингу інфузій : Вбудовуються в інфузійні помпи для контролю змін ваги рідини в реальному часі, обчислення швидкості інфузії та подачі сигналів тривоги, коли рідина майже закінчується (наприклад, точний контроль інфузії в умовах реанімаційного відділення).
• Обладнання для реабілітації та догляду : Використовується в розумних реабілітаційних терезах або модулях чутливості до ваги протезів (наприклад, контроль зміни ваги під час реабілітаційних тренувань літніх людей або зворотний зв’язок щодо зусиль у протезі, підвищення безпеки реабілітації).
• Лабораторне медичне обладнання : Вимірює вагу реактивів або зразків у мікропіпетках або біохімічних аналізаторах (наприклад, зважування мікрозразків для реактивів тестів на COVID-19) для забезпечення точності.

2) Побутова електроніка та розумні носимі пристрої

• Розумні носимі пристрої : Інтегрується в розумні браслети або годинники для непрямого обчислення ваги тіла/жиру або контролю зусиль під час фізичних вправ (наприклад, аналіз ваги приземлення стопи під час бігу).
• Пристрої розумного будинку : Використовується в розумних кухонних вагах або кавомашинах для зважування інгредієнтів (наприклад, точного вимірювання кавової меленки для контролю концентрації заварювання) або в розумних смітниках для контролю наповнення (за допомогою виявлення ваги).
• Портативні засоби зважування : Наприклад, міні-експрес ваги або ваги для багажу, розроблені для переносності та зважування в реальному часі, із компактними розмірами та низьким енергоспоживанням.

3) Промислова автоматизація та мікровиробництво

• Виробництво електронних компонентів : Контролює вагу мікросхем, резисторів та інших компонентів на лініях SMT для відбракування дефектної продукції; вимірює вагу інкапсулюючого гелю в напівпровідникових корпусах для забезпечення якості.
• Мікроавтоматизоване обладнання : Обладнує кінцеві ефектори мікроскладальних роботів для відчуття ваги захоплених деталей і перевірки успішного захоплення (наприклад, контроль ваги під час складання модуля камери мобільного телефону).
• Пристрої керування потоками : Вбудований у мікродозувальні насоси або паливні інжектори для контролю подачі рідини за вагою (наприклад, мікрозважування палива в системах паливних інжекторів задля забезпечення ефективності згоряння).

4) Галузь наукових досліджень та випробувань

• Наука про матеріали Дослідження : Вимірює вагу мікроматеріалів (наприклад, наноматеріалів, тонких плівок) або зміни ваги під час розтягування/стиснення матеріалів для надання даних аналізу їхніх характеристик.
• Обладнання для моніторингу навколишнього середовища : Вимірює вагу зібраних проб у мікропристроях контролю якості води чи пристроях відбору повітря для розрахунку концентрації забруднювачів (наприклад, аналіз ваги атмосферних частинок після відбору проб).

5) Галузь логістики та роздрібної торгівлі

• Мікросистеми сортування : Зважує невеликі посилки наприкінці автоматизованих ліній сортування експрес-пошти для класифікації за вагою; або ідентифікує товари за вагою (у поєднанні з базами даних ваг) на касах самообслуговування в безперсональних супермаркетах.
• Роздрібне зважувальне обладнання наприклад, ювелірні терези або терези для дорогоцінних металів, що використовуються для точного зважування золота, діамантів та інших цінностей. Їх компактний розмір дозволяє розміщувати їх на прилавках, не займаючи надмірного простору.

Резюме

Мікротерези з основною конкурентоспроможністю «малий об’єм, висока точність і низьке енергоспоживання» подолали обмеження простору та діапазону традиційного зважувального обладнання, чітко відповідаючи потребам зважування легких виробів у галузях медицини, побутової електроніки та мікропрофілювання. Їх зручна інтеграція, стабільна робота та розумний контроль вартості не лише сприяють функціональному оновленню мікропристроїв, а й забезпечують надійну підтримку галузям у досягненні «точності, мініатюрності та інтелектуальності» у процесах зважування. Вони стали невід'ємною складовою сучасних сенсорних технологій.