eBike の主要センサー: 機能性と安全性を強化

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eBike が街路でも山道でも最大限のパフォーマンスと安全性を実現するには、最適なタイヤ空気圧を維持することが重要です。 Merit Sensor が生み出す最先端のテクノロジーにより、サイクリストはタイヤの空気圧をリアルタイムで監視できるようになり、ライディング エクスペリエンスを最適化するための動的な調整が可能になります。

電動自転車の台頭

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミック中、国民が屋外での運動に参加し、公共交通機関を避ける傾向にあったため、世界は大幅な「自転車ブーム」を経験した。この目的を達成するために、 電動自転車 （推進力を補助するために電気モーターが組み込まれた自転車）は、特に中国、米国、ドイツで従来の手動自転車の代替として登場しました。 1,2

それ以来、eBike は単なる運動手段や環境に優しい移動手段以上のものになりました。 eBike を使用することで、ライダーは傾斜、距離、体力の消耗など、従来のサイクリストが直面していた課題を克服できるようになり、体力に限界がある人や困難な地形を移動する人など、より幅広い層にサイクリングが開かれるようになります。3

タイヤ圧力

eBike ユーザーは、スムーズで効率的な動きを保証する最適なタイヤ空気圧を確保する必要があります。一方、空気圧が不十分だと抵抗が増大し、ペダリングが困難になり、自転車で走行できる距離が短くなる可能性があります。

タイヤの空気圧が不適切だと、ブレーキやコーナリング能力も低下し、安全性に影響を与え、タイヤのパンクやパンクの危険性が高まります。

標準的な eBike ユーザーは、標準推奨である 70 PSI までタイヤに空気を入れることに慣れているかもしれませんが、推奨されるタイヤ空気圧は実際には自転車とタイヤの種類によって異なります。

  • 子供用自転車: 20 ～ 40 PSI
  • 細いタイヤ (ロードバイクに使用されるものなど) 80 ～ 130 PSI
  • 中型タイヤ (例: クロスバイク) 50 ～ 70 PSI
  • 太いタイヤ (マウンテン バイクなど) オフロードでは 30 PSI、オンロードでは 50 PSI

理想的なタイムプレッシャーを決定する際には、ライディングコンディション、ライダーの体重、個人の好みなど、他にも考慮しなければならない要素があります。たとえば、トレイルの地形条件では 40 ～ 70 PSI の圧力が必要ですが、滑らかな道路には 80 ～ 130 PSI が最適です。

さらに、重量を効果的に分散するために、ライダーはリアタイヤにフロントタイヤよりも 2 PSI 高い空気を入れて、ほとんどのバイクのリアにかかる余分な重量を補う必要があります。4,5

圧力測定装置

Merit Sensor は、これを支援するために 2 つのセンサー シリーズを製造しました eBike ユーザーが最適なタイヤ空気圧を決定するのに最適な RS および CMS シリーズ。

これらのデバイスは、電気電子機器における特定有害物質の使用制限 (RoHS) に準拠しており、化学的にエッチングされたシリコン ダイヤフラムとピエゾ抵抗ホイートストン ブリッジを統合して、安全性とパフォーマンスを向上させる圧力測定値を提供します。

RSシリーズ

アメリカで開発された、 RSシリーズ は、0 ～ 500 PSI の範囲の圧力を処理できるように設計されており、補償されていないパッケージ化された圧力センサーとトランスデューサーを表します。

RS シリーズは表面実装デバイス (SMD) 向けであり、ワイヤまたはチューブに接続できます。圧力ポートによりタイヤへの簡単な接続が容易になり、正確な圧力測定値が保証され、安全性とパフォーマンスが向上します。優れたメディア互換性を備えた RS シリーズは、タイヤ空気圧監視のための多用途で信頼性の高いソリューションです。 6

CMSシリーズ

　 CMSシリーズ は、熱影響と非線形性の影響を校正および補償するための特定用途向け集積回路 (ASIC) と、コンパクトなピエゾ抵抗圧力センサーを備えています。

6.8 mm x 6.8 mm で、広い動作電圧範囲、優れたバースト圧力、エネルギー効率の高いモードを備えています。この米国製造のセンサーは、タイヤ空気圧モニターなどの小型デバイスに最適で、2 ～ 150 PSI の圧力を測定できます。 7

eBikeの統合

Merit Sensor テクノロジーは、以下で説明するように、さまざまなタイヤ空気圧モニターにうまく統合されています。

リアルタイムタイヤ空気圧センサー

Merit Sensor のテクノロジーは、タイヤ空気圧センサー デバイス内で使用して、高精度の圧力データをスマート デバイスに直接提供できます。この製品はチューブまたはチューブレス タイヤに簡単に取り付けることができ、ライダーはタイヤの摩耗、トラクション、乗り心地、転がり抵抗に影響を与える情報に基づいた意思決定を行うことができます。8

このアプリケーションは、± 2 % (合計誤差、0 ～ 50 °C) の優れた精度と < 0.1 PSI の分解能を提供できます。

タイヤ空気圧および温度モニター

二重機能の圧力および温度モニターは、eBike のタイヤ バルブに簡単に取り付けることができ、重要な洞察をあらゆるスマートフォン デバイスに提供できます。

Merit Sensor テクノロジーにより、圧力をリアルタイムで監視できるため、バッテリー寿命とライダーの快適性が最適化されます。さらに、早期警告システムがサイクリストに遅いパンクを警告し、リム損傷のリスクを軽減し、ライダーの安全性を最大限に高めます。

eBike ライディングに革命を起こす

効率的でアクセスしやすい交通手段と運動手段の価値が、 電動自転車、従来の自転車に代わる有利な選択肢を提供します。 eBike市場の拡大に伴い、正確なタイヤ空気圧管理の必要性が高まっています。これは、特に速い走行速度でライダーの安全性と最適な走行条件を確保するために不可欠です。

Merit Sensor の圧力センサーの CMS および RS シリーズは、ライダーの多様なニーズに応え、サイクリング テクノロジーの最近の進歩を代表しています。これらのテクノロジーにより、サイクリストはタイヤとリムの損傷のリスクが軽減され、トラクションが向上し、快適性が向上し、よりスムーズで安全な走行を楽しむことができ、電動サイクリングのエキサイティングな新時代の到来をもたらします。

詳細については、 接触 現在はメリットセンサーのスペシャリストです。

参考文献と参考資料

  1. ソン、J.、他。 （2022年）。自己発電式自転車安全ライトおよび圧力センサーとして信頼性の高い摩擦電気自転車タイヤ。ナノエネルギー。 doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106797
  2. テクナビオ。 [オンライン]電動自転車市場分析 APAC、ヨーロッパ、北米、南米、中東、アフリカ - 米国、中国、日本、ドイツ、オランダ - 2024 年から 2028 年の規模と予測。以下で入手可能です: https://www.technavio.com/report/e-bike-market-industry-analysis (07 年 2024 月 XNUMX 日にアクセス)。
  3. レラ、P. (2021)。 e-バイクの台頭: サイクリングの延長に向けて?モビリティ。 doi.org/10.1080/17450101.2021.1897236
  4. 電動自転車のオーナー。 [オンライン] eBike タイヤ空気圧 (あらゆる走行条件に最適な PSI)。以下で入手可能です: https://electricrideowner.com/ebike-tire-pressure/ (07 年 2024 月 XNUMX 日にアクセス)。
  5. 広報担当者。 [オンライン] 自転車タイヤ空気圧 – 自転車タイヤの適切な PSI へのクイックガイド。以下で入手可能です: https://spokester.com/blogs/news/bike-tire-pressure-quick-guide-to-the-right-psi-for-bike-tires (11 年 2024 月 XNUMX 日にアクセス)。
  6. メリットセンサー。データシート: RSシリーズ。以下で入手可能です: https://meritsensor.com/assets/documents/pdf/RS-series.pdf
  7. メリットセンサー。データシート: CMS シリーズ。以下で入手可能です: https://meritsensor.com/assets/documents/pdf/CMS-Series.pdf
  8. バックカントリー。 [オンライン] Quarq TyreWiz 空気圧センサー – ペア。以下で入手可能です: https://www.backcountry.com/quarq-tyrewiz-air-pressure-sensor (07 年 2024 月 XNUMX 日にアクセス)。

この記事は以下にも掲載されています  ASo Sensors.com

MEMS ピエゾ抵抗圧力センサーの使用法と機能を理解する

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このインタビューでは、AZoSensors が Merit Sensor Systems のエンジニアリング マネージャーである Scott Sidwell に、MEMS ピエゾ抵抗圧力センサー、シリコン ダイ、およびこれらすべてがさまざまな業界でどのように利用されているかについて語ります。

圧力センサーとさまざまな業界におけるその重要性に関する背景情報を教えていただけますか?

圧力センサーは、さまざまな産業で重要な役割を果たす重要なコンポーネントです。 最近の調査で示されているように、圧力センサー市場は目覚ましい成長が見込まれており、24.5 年までに 2028 億ドル近くに達すると予想されています。

これらは、自動車、産業オートメーションやプロセス制御、ダイビングや電動自転車などの消費者向け製品、そして重要なことに、医療分野にも応用されています。

圧力センサーは、流体の力を面積で割った原理に基づいて動作します。 これを大局的に考えるために、注射器を考えてみましょう。同じ力を加えた場合、小さい注射器の方が大きい注射器よりも多くの圧力を生成できます。 圧力センサーを扱う場合、この概念を理解することが重要です。

大気圧はよく聞く言葉です。 それが何であるか、また圧力センサーとの関連性について説明していただけますか?

大気圧は本質的に私たちに押し付けられる空気の重さです。 飛行機や宇宙船で上昇すると、空気の密度が低くなり、分子や酸素が少なくなります。 必要な圧力センサーの種類が決まるため、アプリケーションで圧力を測定するときは大気圧を考慮することが重要です。

画像クレジット: Mi Sketch/Shutterstock.com

自動車産業以外に圧力センサーの恩恵を受けるアプリケーションは何ですか?また、圧力センサーはどのように使用されますか?

圧力センサーは、自動車分野での従来の用途をはるかに超えて、さまざまな業界にわたって用途が広がっています。 圧力センサーが重要な役割を果たす分野の XNUMX つはダイビング業界です。 この分野では、圧力センサーを使用してダイバーの水深を監視し、上昇時間と下降時間を正確に計算できるようにします。 過酷な水中環境では、ダイバーの安全を確保するために信頼性の高い圧力測定が必要です。

圧力センサーは消費者製品市場に進出しています。 たとえば、自転車の分野、特に電動自転車の新興カテゴリーでは、圧力センサーがさまざまなコンポーネントに統合されています。 これらのセンサーは、自転車のショック、タイヤ、その他の重要な部品に利用され、全体的なパフォーマンスとユーザー エクスペリエンスを向上させることができます。

ピエゾ抵抗圧力センサーの一般的な用途は何ですか?また、それらはどのように機能しますか?

ピエゾ抵抗圧力センサーは、多用途性とさまざまな用途での使用で知られる圧力センサーのサブタイプです。 ピエゾ抵抗センサーは、ドープされた半導体シリコン結晶を使用する原理に基づいて機能するため、他の技術よりも繰り返し圧力を測定できます。

典型的なアプリケーションを理解するには、ピエゾ抵抗圧力センサーが単一の分野に制限されていないことを強調する価値があります。 医療分野を含むさまざまな業界で使用されています。 外科医が動脈内でバルーンを膨張させる血管形成術などの医療処置では、圧力センサーが重要な役割を果たします。 これらの処置では、圧力センサーの出力は、外科医がバルーン内の膨張レベルを監視し、処置の全体的な状態を評価するのに役立ちます。

MEMS テクノロジーとは何か、また圧力センサーの観点からその利点を説明していただけますか?

MEMS は Micro-Electrical-Mechanical Systems の略で、MEMS にはさまざまな種類があります。 堆積、イオン注入、拡散のステップはすべて、MEMS 圧力センサーのフォトリソグラフィーやエッチングと同様に、半導体製造の基本です。 MEMS 圧力センサーは弾性シリコン ダイアフラムを備えているため、ヒステリシスやクリープが発生しません。

この弾性は、センサーの特性を変えることなく圧力サイクルを繰り返すことができるため、センサーに利益をもたらします。 物事が徐々に変化したり変化したりする傾向がある場合、それはほとんどの場合、パッケージング方法の結果であり、必ずしもシリコン チップ自体が原因であるとは限りません。 XNUMX 枚のウェハー上に数千の圧力センサーを搭載することも、コスト削減に大きく役立ちます。

Merit Sensor はユタ州にウェーハ工場を持っています。 ウェーハ工場を持つベンダーと協力することには多くの利点があります。 新製品の開発に関しては、自社のウェーハ製造工場を持つことは、サプライチェーンを管理できるため、大きな利点となります。 多くの場合、設計を社内で維持することが、製品の開発と発売を成功させる鍵であると考えられています。

MEMS圧力センサーについて基本的なことを教えていただけますか?

MEMS 圧力センサーの主要な設計特徴は、シリコン ダイアフラムに拡散されたホイートストン ブリッジです。 このブリッジからの出力の変化は、加えられる圧力の変化に対応します。 お客様がより高い圧力範囲を必要とする場合、センサーは増加した圧力に対応するためにより厚いダイヤフラムを必要とします。 逆に、水柱インチや低パスカルなどの低圧を測定する場合は、薄いダイヤフラムで十分です。

製造プロセスの後、シリコンはガラス片に接着されます。 ガラスには、さまざまな圧力用途に備えて通気口を作るための穴が開いている場合もありますが、穴なしで密閉することもできます。 後者の場合、ガラスとシリコンは真空中で接合されます。

ガラスに穴がない場合、シリコンとガラスの間の空間が絶対圧力ゼロを表すため、絶対センサーとして知られています。

MEMS ダイから作られたアブソリュート センサーには XNUMX つのタイプがあります。 従来のタイプには背面ガラスに穴がなく、絶対圧力の密閉された真空基準が作成されます。 ただし、この設計では、湿気や湿気による腐食やショートを防ぐために、上側の回路を保護する必要があります。

あるいは、背面圧力を備えた絶対センサーもあります。 この設計では、ガラス片がシリコンの上部に追加され、上部に密閉された真空基準が作成され、MEMS 要素に対する裏面の圧力が可能になります。 このタイプは、自動車用途や高温用途、液体によく使用されます。

上部ガラスを備えた MEMS シリコン ダイの断面図

オフセット圧力や、圧力の非直線性やヒステリシスなどのその他の要因について詳しく教えていただけますか?

オフセット圧力は、室温でのゼロ圧力測定値です。 圧力の非線形性は、センサーの出力がゼロ圧力からフルスケール圧力までどの程度線形であるか非線形であるかを測定し、ヒステリシスは、圧力が加えられてから解放されたときの初期ゼロと戻りゼロの差を反映します。 MEMS センシング要素は、これらの誤差の原因を最小限に抑えるように設計されています。

TCR や TCS などの温度関連要因は、圧力センサーの動作にどのような影響を与えますか?

TCR (抵抗温度係数) は温度によって大幅に変化するため、温度を測定するために圧力検出と組み合わせて使用​​することが可能です。 スパン/感度の温度係数 (TCS) は、特に広い動作温度範囲のアプリケーションでは考慮することが重要です。 TCS は負であり、MEMS ピエゾ抵抗圧力センサーを使用する場合、温度が上昇するにつれて感度またはスパンが低下します。

圧力センサーの精度の重要性とそれをどのように達成できるかを説明していただけますか?

圧力センサーの精度は、温度と圧力に関連する誤差を含む合計誤差帯域として測定されることがよくあります。 精度を達成するにはキャリブレーションが必要ですが、オンボード ASIC を備えた完全に補償されたセンサーにより、このプロセスが簡素化され、より高い精度が得られます。 特に正確な測定が重要なアプリケーションでは、精度が非常に重要です。

ストレスやその他の外部影響は圧力センサーにどのような影響を与えますか?

当社は、お客様が補償できない誤差の原因である熱ヒステリシスと長期安定性を理解し、特徴付けることに大きな誇りを持っています。 当社のお客様が望んでいないのは、長期的な安定性の問題により発生する可能性のある部品の故障です。

MEMS センシング素子は優れた応力センサーでもあるということを覚えておくことが重要です。 たとえば、MEMS 要素のトルクまたは曲げモーメントによって、ホイートストン ブリッジの出力が変化します。 パッケージングおよび組み立てプロセス中に応力が誘発され、センサーの性能に影響を与える可能性があります。 時間の経過とともに、パッケージ関連のストレスは自然に軽減され、平衡状態に戻ります。 この応力緩和は、センサーのオフセットの変化、つまりオフセット ドリフトと長期安定性として現れます。 センサーの安定性を維持するには、慎重な取り扱いと梱包が不可欠です。

MEMS ダイが特定および一般的な幅広いアプリケーションにどのように適しているか、また圧力センサーを選択する際に顧客が考慮すべき要素は何かについて説明していただけますか?

MEMS ダイは、MEMS ダイがヘッダー上にある圧力トランスデューサまたは圧力トランスミッタのアプリケーションで一般的です。 ヘッダーは、ステンレス鋼のダイヤフラムを備えたステンレス鋼のハウジングに溶接されます。 ステンレス鋼はメディアに非常に適しており、ほとんどの人がステンレス鋼の機能に精通しているため、優れた選択肢です。 このパッケージは多くの産業用途に適しています。

ステンレス鋼のダイヤフラムとパッケージを溶接した後、このハウジングにオイルを充填します。 きれいなシリコン オイルが MEMS ダイを囲み、ステンレス鋼のダイアフラムと MEMS 要素のシリコン ダイアフラムの間に圧力を伝達します。

HVAC 業界では、MEMS ダイを個別に購入することも、LP シリーズにパッケージ化して制御基板に配置することもできます。 これらの制御盤は、大きな建物の吸気口付近の建物上部、または熱交換器や空気流システムが設置されている建物のユーティリティ ルームに設置されています。

もう XNUMX つの一般的な用途は輸送です。 圧力センサーはさまざまな種類の自動車に広く使用されています。 法律により、より高い効率とよりクリーンな排出ガスに対する需要が高まるにつれて、この分野は成長し続けています。

詳細については、以下のウェビナー全文をご覧ください。

MEMS ピエゾ抵抗圧力センサーを理解する: シリコン ダイを詳しく見る から メリットメディカル on Vimeoの.

 

インタビュー対象者について

スコットは2003年XNUMX月にメリットセンサーに入社しました。メリットセンサーに入社する前は、ONSemiconductorやMotorolaなどの半導体企業でさまざまなエンジニアリングの役割を果たしていました。 現在の職務では、顧客と緊密に連携して、圧力検知ソリューションと技術サポートを提供しています。

スコットはブリガム ヤング大学で化学工学の学位と MBA を取得しました。 彼はスペイン語を話し、ボランティア活動を楽しんでいます。

燃料電池技術における過酷な環境に適したセンサーの選択

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電気自動車 (EV) は、進化する交通環境の中で最近大きな注目を集めています。

最新の統計によると、14 年には推定 2023 万台の EV が販売されると予測されており、これは前年比 35% の増加です。1 燃料電池EV トヨタ、ホンダ、BMWなどの自動車業界の主要企業からも注目を集めています。2,3,4

しかし、燃料電池EVの製造には大きな課題があります。 クリーンで環境に優しいという彼らの評判は、私たちの汚染された過去を解決するものであり、苦労して獲得したものです。

この記事では、最適なパフォーマンスと安全性を確保するためにさまざまな圧力を維持する必要がある、燃料電池 EV のさまざまな内部コンポーネントについて詳しく説明します。 これらのコンポーネントの中に位置する圧力センサーは、システムの監視において重要な役割を果たします。

 

 

 

 

 

水素燃料電池を理解する

水素燃料電池は、持続可能なエネルギーにおける先駆的な技術です。 これらの電池は水素の力を利用し、水素を空気中の酸素と結合させて電気を生成し、排出されるのは水蒸気だけです。

現在、エネルギーキャリアとしての水素の使用は主に道路車両に使用されています。 2021年40,000月時点で世界で90万台以上の燃料電池EVが稼働しており、そのXNUMX％近くが日本、韓国、中国、米国のXNUMXカ国に集中している。5

水素燃料電池の利用は拡大すると予想されており、CEM H2I は政府やパートナーとの協力を通じて世界中で燃料電池技術を推進する取り組みを主導しています。6

減圧水素の重要な役割

一般的な水素燃料電池EVでは、水素は高圧容器に貯蔵されます。 ただし、燃料電池スタックは大幅に低い圧力で最適に動作するため、高圧水素タンクと燃料電池スタックの間のギャップを埋めるために減圧手順が必要です。

燃料電池が効果的に機能するには、水素の減圧が不可欠です。7 水素は最小の粒子であるため、絶対的な TRVC 機能には影響を与えず、TRVC とプラグの形状により設計においてラジアル シールが重要になります。

EVにおける熱管理システムの重要性

効率的な冷却システムなどの熱管理は、燃料電池の性能と寿命に重要な役割を果たします。8

バッテリーや電子システムなどの重要な部品を必要な温度制限内に保つには、熱を効果的に放散することが不可欠です。 バッテリーの場合、これは多くの場合、専用のバッテリー温度管理システム (BTMS) を使用することを意味します。

各 EV に固有の冷却システム内の適切な圧力を維持することは、冷却剤の漏れやコンポーネントへの潜在的な損傷を防ぐために不可欠です。9

燃料電池技術における圧力センサーの重要性

エネルギーの生成と熱管理には、正確な圧力測定が不可欠です。 パイプライン内のガスの流れを監視し、冷却システム内の適切な冷媒レベルを維持するには、正確な圧力センサーが必要です。

センサーは、腐食性物質、温度変化、高圧変動などの過酷な環境において課題に直面します。 したがって、これらの環境に導入される圧力センサーは、過酷な条件に耐えられるように設計する必要があります。

Merit Sensor の TRVF シリーズ圧力センサーの紹介

メリットセンサー、トッププレイヤー ピエゾ抵抗圧力センサーは、業界のニーズを満たすために TRVF シリーズを作成しました。 これらのセンサーは燃料電池システムの水素供給および冷却回路にシームレスに統合され、最高の安定性を保証します。

-40 °C ～ 150 °C の温度に対応できる TRVF シリーズは、シリコン、ガラス、セラミックという XNUMX つの材料により優れた耐久性を誇ります。 これらのセンサーは、燃料電池環境内の過酷な条件に耐えるように構築されています。

前述の材料は、燃料から水に至るまで、さまざまな液体、蒸気、ガスとの適合性も保証しており、困難な運用環境でも寿命と信頼性を保証します。

2 ～ 15 bar の圧力範囲をカバーする TRVF シリーズは、正確な測定と正確なアナログ電圧出力を提供し、ガスと液体の圧力を効果的に監視して、エネルギー生成を最適化し、熱管理プロセスを改善できます。10

グラフは、150 °C で 1300 時間測定した TRVF シリーズの安定性の結果を示しています。

冷却水回路測定の信頼性の向上

TRVF センサーは、後面から圧力測定値を収集するように設計されています。 これは、MEMS シリコン ダイをセラミック ポートの上部に気密封止することで実現され、媒体が必要な湿潤材料のみに接触するようにします。

この機能により、センサーは冷却システム内で信頼できる読み取り値を一貫して提供できるため、効率的な冷却液制御が保証され、燃料電池システムの全体的な有効性と性能に貢献します。10

圧力下での測定: TRVF シリーズによる燃料電池テクノロジーの提供

メリットセンサーの導入 TRVFシリーズ これは燃料電池技術の大幅な進歩を示し、燃料電池システム内の過酷な条件に耐えることができる耐久性と精度の高いセンサーに対する重要なニーズに対応します。
TRVF シリーズは、頑丈な構造と信頼性の高いパフォーマンスにより、持続可能な交通およびエネルギー ソリューションの進歩の推進に大きな影響を与える立場にあり、過酷な燃料電池環境向けのセンシング技術における優れた新たな標準を確立します。

参考文献と参考資料

  1. IEA。 世界の EV 見通し 2023: エグゼクティブサマリー。 以下で入手可能です: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2023/executive-summary (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  2. トヨタ。 トヨタが新型ミライを発売。 以下で入手可能です: https://global.toyota/en/newsroom/toyota/33558148.html (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  3. ホンダ。 ホンダ、2024年に米国で燃料電池電気自動車の生産を開始。 https://hondanews.com/en-US/releases/honda-to-begin-us-production-of-fuel cell-electric-vehicles-in-2024 (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  4. BMW。 BMW グループが水素自動車を道路に導入: BMW iX5 水素パイロット フリートを開始。 以下で入手可能です: https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0408839EN/bmw-group-brings-hydrogen-cars-to-the-road:-bmw-ix5-hydrogen-pilot-fleet-launches?language=en (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  5. イレナ。 水素：概要。 以下で入手可能です: https://www.irena.org/Energy-Transition/Technology/Hydrogen (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  6. IEA。 CEM水素イニシアチブ。 以下で入手可能です: https://www.iea.org/programmes/cem-hydrogen-initiative (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  7. Qian, J.Y. 他(2019) 水素燃料電池用多段テスラバルブによる水素減圧解析。 水素エネルギーの国際ジャーナル。 doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.235.
  8. アン、JW、他。 (2008) PEM 燃料電池システムの冷却剤制御。 電源ジャーナル。 doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.12.066
  9. 車両サービスのプロ。 ハイブリッドおよびEV冷却システムサービス。 以下で入手可能です: https://www.vehicleservicepros.com/service-repair/battery-and-electrical/article/21197978/hybrid-and-ev-cooling-system-service (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。
  10. メリットセンサー。 TRVF シリーズ: 今すぐ入手可能! 以下で入手可能です: https://meritsensor.com/products/trvf-series/ (31 年 2023 月 XNUMX 日にアクセス)。

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医療機器向けの正確な血圧センサーの作成

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医療業界では、血圧モニタリングは不可欠です。 測定値は、一般的な健康状態を評価し、病気を診断するために使用されます。 高血圧としても知られる高血圧は、重大な健康リスクであり、他の健康上の問題を示す可能性もあります。1

したがって、患者の健康を確実に改善するには、正確で信頼性の高い血圧モニタリング データが不可欠です。 血圧モニタリングは、標準的な使用に必要であるだけでなく、重要な外科手術中にオンラインで患者の状態をモニタリングする場合にも重要です。

体外膜酸素化 (ECMO) は、正確なオンライン監視を必要とする重要な医療アプリケーションです。 ECMOは、患者の心臓や肺の機能が損なわれている場合、または重篤な患者に対して、特定の外科手術全体を通じて使用されます。

ECMO 装置では、血液は患者に返される前に二酸化炭素の除去と再酸素化のために体外に送り出されます。2  ECMO は、これらの方法で使用される陽圧によって引き起こされる肺損傷を軽減できるため、機械的換気の代替として実行可能です。

血圧監視装置は、患者の状態や ECMO 装置自体を監視する場合に不可欠です。3 典型的な健康な血圧レベルは伝統的に 120/80 mmHg 未満です。 ただし、低血圧は90/60 mmHgまで低下することが見られます。

ECMO などのアプリケーションでは、読み取り範囲が拡張された血圧モニターが非常に有益です。

BP シリーズ拡張範囲圧力センサーを備えた ECMO マシン。

メリットセンサーシステム

メリットセンサーシステム は、高精度のピエゾ抵抗技術ベースの圧力センサーの設計と製造の経験を持つ、世界的に有名な業界をリードする企業です。 同社は、血圧監視アプリケーションやさまざまな医療機器用の圧力センサーを提供しています。

患者の血圧測定は、安静環境によって大きく影響される可能性があります。 データ品質を向上させる XNUMX つの方法は、携帯型デバイスを使用して XNUMX 日を通して血圧測定値を記録する外来血圧検査です。4

MEMS ピエゾ抵抗センサーおよびアセンブリーなど BPシリーズは、センサーの設置面積がコンパクトなため、ポータブル血圧監視アプリケーションに最適です。

Merit Sensor には、血圧監視アプリケーションに使用できるさまざまなセンサーがあります。 これらには、通常の圧力範囲で動作する BP シリーズと、-500 ～ 1000 mmHg の広い範囲で測定を行う必要がある ECMO などのアプリケーションに適した拡張範囲バージョンが含まれます。

BP + T は、さらに温度範囲を測定する超小型アプリケーション向けに設計されています。

BPシリーズセンサー

血圧監視センサー Merit Sensor の製品は、ECMO などの侵襲的な血圧モニタリング アプリケーションや測定に最適です。

標準の BP シリーズ構成 BP0001 は、-30 ～ 300 mmHg の圧力範囲をカバーし、温度補正を必要としない信頼性の高い信号を提供します (動作温度 15 ～ 40 °C)。

非常に堅牢な設計を備えた超小型センサーであるこのセンサーは、最大 800 psi の破裂圧力測定値に適しています。 さらに、AAMI BP22 および RoHS 規格にも準拠しています。

Merit Sensor Systems が提供するセンサーは、接続を提供する標準のはんだパッドを使用して、さまざまな医療機器に簡単に統合できます。 標準のシール直径は 4.8 mm (BP0001)、より小さいシール直径は 3.2 mm (BP0002) で、デバイス全体の設置面積が最小限に抑えられます。

センサーのシール直径が小さいため、センサーに接触する血液の量が減少し、全体の血流が減少して読み取り値に問題が発生する可能性がある凝固または凝固のリスクが最小限に抑えられます。

センサーとともに、メディア互換性のある医療用誘電体ゲルが医療用途に利用されます。 BP シリーズには、メディア互換性を迅速かつ簡単に検証できる IMDS ファイルも含まれており、デバイスのプロトタイプの開発に必要な時間を最小限に抑えます。

       

BPシリーズ 標準シール径4.8mm               BPシリーズ 小径シール径3.2mm

拡張範囲

BP シリーズ拡張構成は、-500 ～ 1000 mmHg の範囲の測定を提供し、ECMO などのアプリケーションで使用できます。 このシステムは、標準構成よりも広い圧力範囲で動作します。

Merit Sensor Systems の血圧監視センサーは、高圧条件に対応し、動作範囲全体にわたって正確な測定値を提供するように設計されています。

製品の有効期限が最大 XNUMX 年間延長されているメリット センサー システムズが提供するソリューションは、医療機器の寿命を延ばし、短期ソリューションとして使用される場合でも、長期ソリューションとして使用される場合でも、圧力モニターが機能し続けることを保証します。

BP シリーズ拡張圧力範囲統計

以下のグラフは、-500 ～ 1000 mmHg の BP シリーズ拡張の過圧仕様制限を示しています。 テスト結果は、過圧/精度レポートで確認できます。

圧力と温度の測定を XNUMX つのデバイスに統合する BP + T センサーは、アップグレード オプションとして利用できます。 BP + T センサーは、単一の場所で圧力と温度を監視できる直接流入測定センサーです。

温度測定値は、媒体適合性物質でコーティングされた埋め込みサーミスタのオーム測定値に直接比例します。 XNUMX つの追加パッドにより、温度測定の電気接続 (ケルビン点) が提供されます。

BP + T センサーは、BP0001 および BP シリーズ全体の構成と幾何学的にも互換性があります。 3D モデル ファイルは、この統合機能の検証に利用できます。

血圧+体温シリーズ

アプリケーション

Merit Sensor のデバイスは現在、軽量でポータブルな緊急対応心肺サポート システムの一部として、いくつかの新しい肺サポート療法や血圧センサーに使用されています。

Merit Sensor Systems の血圧センサーは高品質で、ECMO アプリケーションで発生する圧力ピークに対応できます。 さらに、センサーは使い捨ての医療機器であっても費用対効果が高くなります。

接触メリットセンサー どの圧力センサーが血圧監視アプリケーションに最適であるか、またその技術的専門知識とサポートを活用する方法を確認してください。

Merit Sensor の堅牢で信頼性の高いセンサーは、臨床専門家に医療アプリケーションに対する最高の品質保証を提供します。

参考文献と参考資料

  1. ウィスコンシン州エリオット (2003)。 高血圧の経済的影響。 臨床高血圧ジャーナル、5（3）、3 – 13。 https://doi.org/10.1111/j.1524-6175.2003.02463.x
  2. AR パテル、AR パテル、S シン、S シン、I カワジャ (2019)。 体外膜酸素化療法の応用利用 ECMO 療法のさまざまなモード。 キュレウス、11(7)、e5163。 https://doi.org/10.7759/cureus.5163
  3. モサデグ、C. (2017)。 ECMOの監視。 著：Mossadegh, C.、Combes, A. (編著) 看護ケアと ECMO。 スプリンガー、チャム。 https://doi.org/10.1007/978-3-319-20101-6_5
  4. JR ターナー、AJ ビエラ、D シンボ (2015)。 臨床現場における外来血圧モニタリング: レビュー。 アメリカ医学ジャーナル、128(1)、14–20。 https://doi.org/10.1016/j.amjmed.2014.07.021

S シリーズ ダイによる圧力トランスデューサの性能の向上

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圧力トランスデューサは圧力を正確に測定できます。 加えられた圧力を電気信号に変換し、アクティブまたはパッシブ圧力測定デバイスとして分類できます。

さまざまなデザインの 圧力トランスデューサ 絶対圧力測定が必要か相対圧力測定が必要かに応じて利用できます。

圧力トランスデューサは、もともと最小限の圧力変化を測定するために開発されましたが、薄膜、シリコン、石英ベースのデバイスの導入により、1960 年代から 70 年代にかけて広く商業的に採用されるようになりました。 このため、低圧と高圧の両方を測定するための一般的な選択肢となりました。1

圧力トランスデューサは、感圧デバイスとデバイスの変化を電気信号に変換する変換素子という XNUMX つの主要コンポーネントで構成されます。

圧力トランスデューサには、ひずみゲージの変位や膜の移動などの方法を利用した複数の設計が存在します。 設計の選択は、測定する必要がある圧力範囲によって異なります。

圧力トランスデューサーはどのように動作するのですか?

圧力トランスデューサは、測定対象が静止しているか、加えられた力を受けているかに応じて、静圧または動圧を測定します。2

ピエゾ抵抗ひずみゲージは、静圧の測定に一般的に使用されます。

これらのゲージはダイヤフラムに取り付けられており、ダイヤフラムは圧力下で変形し、抵抗の変化を引き起こし、測定可能な電気信号を提供します。 この抵抗の変化は、回路構成を使用して測定可能な電圧に変換されます。

高小型圧力トランスデューサの場合、 微小電気化学システム （MEMS）デバイスを使用しています。

MEMS ベースの圧力トランスデューサは、より大型の圧力トランスデューサと同様の原理で動作し、感知媒体の変形によって電気信号が生成されます。 ただし、MEMS デバイスははるかに小さく、わずかな圧力変化にも応答します。3

無人航空機 (UAV) での環境モニタリングなどの遠隔アプリケーションでは、MEMS センサーは低消費電力や軽量構造などの利点を提供します。4

メリットセンサー Sシリーズ

Merit Sensor が開発した S シリーズは、センサーの開発と製造における優れた成果です。 これらの MEMS シリコン圧力ダイは、センシング媒体として薄くて柔軟なダイヤフラムを利用しています。

圧力によって生じるダイヤフラムのたわみにより、XNUMX つのプレート間の静電容量が変化します。 この変化は電気信号に変換され、圧力の測定値が得られます。

圧力検知において比類のないパフォーマンス、精度、信頼性を実現するために、S シリーズは Merit Sensor の最先端の MeritUltra™ テクノロジーを活用しています。 これらのダイは、5 ～ 300 psi のさまざまな圧力にわたって効果的に動作するように設計されており、さまざまな用途に適しています。

MeritUltra™ テクノロジーを組み込むことにより、S シリーズ ダイは、性能を損なうことなく 40 °C ～ 150 °C という優れた動作温度範囲を実現します。

S シリーズ ダイの優れた精度により、設計者はフル スケールの 0.1% を超える精度を達成できるため、最も要求の厳しい高精度アプリケーションにも適しています。 S シリーズはガラスありとガラスなしでご利用いただけます。

メリットセンサーのSシリーズMEMSセンシングエレメントJPGファイル

比類のない精度と信頼性

高品質の校正は圧力センシングにおいて重要な要素です。 ダイアフラムの動きを意味のある圧力値に正確に変換するには、加えられた圧力に応じた抵抗変化の徹底的な特性評価が必要です。

これを確実にするために、すべての Sシリーズダイ 米国ユタ州サウスジョーダンにある Merit Sensor Systems のウエハ工場で製造される際に、ウエハレベルで電気テストを受けます。 ダイは、回路基板上に実装し、必要な信号増幅電子機器を組み込むことによってパッケージ化できます。

広範かつ厳密なテストおよび校正手順が採用されており、ダイが信頼性の高い測定をすぐに提供できる状態にあることが保証されます。

S シリーズ ダイの堅牢性、信頼性、優れた技術的パフォーマンスにより、圧力トランスデューサを構築する際の多くのエンジニアにとって好ましい選択肢となっています。

幅広い環境条件への適合性、優れた感度、コンパクトな設置面積により、コンポーネントが信頼性と性能に関する追加の規制要件を満たす必要がある産業、自動車、医療分野を含む多くのアプリケーションに最適です。

クライアントが航空宇宙、自動車、医療機器エンジニアリング、またはその他のアプリケーションで圧力トランスデューサを必要とするかどうかにかかわらず、メリット センサー システムズに連絡することで、最先端の圧力ダイを自社のデバイスに組み込むメリットを探ることができ、信頼性とパフォーマンスが向上しました。

Merit Sensor の経験豊富な専門チームによる支援と専門的なサポートにより、クライアントは高い測定の信頼性、包括的な販売前および販売後のサポート、および専門的な技術アドバイスを受けられます。

参考文献と参考資料

  1. ミデルフック、S. (2000)。 第 82 回トランスデューサー カンファレンスの祝賀: トランスデューサーの研究開発の過去、現在、未来。 センサーとアクチュエーター、2、23–XNUMX。 https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00395-7
  2. ベジタリアン州ビーン (1994)。 動的圧力計測。 メトロギア、30、737。 https://doi.org/10.1088/0026-1394/30/6/037
  3. アダムス、TM、レイトン、RA (2010)。 MEMS の製造と応用の入門。 https://doi.org/10.1007/978-0-387-09511-0
  4. ジャン JS、リカルド D. (2006)。 低コストの MEMS センサーと組み込みコンピューティング プラットフォームを使用した小型 UAVS の自動化。 2006 IEEE/AIAA 第 25 回デジタル アビオニクス システム会議、1 ～ 9。 https://doi.org/10.1109/DASC.2006.313772

詳細については、に公開されたこの記事をご覧ください。 AZO材料

メリットセンサーのロゴの透明な背景

圧力センサーはロボット工学における空気圧制御をどのように強化できますか?

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自動化とインダストリー 4.0 の発展の一環として、ロボットは「よりスマート」になる必要がありました。1 自動化に関して言えば、よりスマートなロボットとは、データ分析およびフィードバック システムと統合できる、より高度なセンサーを備えたロボットです。

業界で最も一般的なロボット タイプの XNUMX つは、ロボット アームです。 物体の持ち上げや移動から、高精度の製造および溶接プロセスまで、さまざまな用途があります。

多関節ロボットとして、ロボット アームは、指定されたタスクに合わせて可動範囲を設計することができ、必要な動作を実行できます。

ロボットアーム 人間の同等物よりもはるかに速く動く能力があるため、効率が大幅に節約されます。 また、製造プロセスに含まれる多数の反復タスクで高い精度を維持します。 タスクによっては、ロボット アームを簡単にインストールしてプログラムし、目的の機能を実行することができます。

ただし、ロボット アームがマシン ビジョンまたはより高度な自動化と組み合わせて使用​​される代替タスクの場合、ロボットは周囲の環境の変化に反応して理解できる必要があります。

ロボットが周囲の世界を理解し、事前にプログラムされたハードコードされたパラメーターを単に必要としない方法でタスクに反応できるようにする XNUMX つの方法は、圧力センサーの利用です。

ロボット用の変換器ベースのセンサーの開発により、繊細な物体を保持できる高度に洗練された多関節ロボット ハンドの作成が可能になりました。2 センサ情報はアクチュエータに伝達され、過度の力の使用を回避します。

圧力トランスデューサー

ますます複雑なモーションと自動化の度合いを達成するには、さらに多くのセンサーを利用する必要があります。 高度に関節運動するロボットハンドまたはアームには、アプリケーションにとって重要になるセンサーサイズなどの考慮事項とともに、完全なセンサー一式が必要です。

複雑なセンサーネットワークがロボットにフィードバックシステムを提供する場合、センサーの精度と精度も次第に重要になります。

ネットワーク内のいずれかのセンサーが不適切な動作を開始すると、結果として生じるロボットの動きが正しくなくなり、ロボットの関節に問題のある動きや偶発的な破損が発生する可能性があります。

高度な自動化と製造プロセスにおけるデータの利用に加えて、インダストリー 4.0 開発のもう XNUMX つの側面は、持続可能性をより重視することです。

モバイル ロボット アームは、次の充電までの動作寿命を延ばすために、消費電力を最小限に抑える必要があります。 センサーの大きな電力消費を回避することで、ロボットの運用コストを最小限に抑え、余分なエネルギー消費を減らすこともできます。

圧測定

ロボット アームの最も一般的なタスクの XNUMX つは、オブジェクトを保持して持ち上げることです。 空気圧アクチュエータは、通常は圧縮空気からのエネルギーを運動に変換します。このようなアクチュエータは、多くの移動ロボットの基礎を構成しています。

物体に適切な量の力を加えるには、アクチュエータに供給される圧縮空気の量を注意深く制御する必要があります。 これは一般に、排気領域内の真空圧を測定することによって達成されます。 圧力センサー はこれに最適なシステムです。

アクチュエータで対象物をピックアップするために加えられる最初の力に加えて、一定レベルの力が維持されることを保証するために、保持中の真空圧を継続的に監視するために圧力センサーを利用することができます。

空気圧式アクチュエータの圧力センサーは、急激な圧力変化に対する迅速な応答時間が求められます。特に、物理的な動作が高速でなければならないロボットの場合はそうです。 また、センサーは高感度で、真空圧力範囲で測定できる必要があります。

メリットセンサーシステム

ロボット アームの圧力センサーの利点は、より高度なタスクをより広範囲に実行できる動的に応答するロボットを作成する場合に明らかになります。 課題は、タスクに適した圧力センサーを見つけることです。

Merit Sensor Systems は、MEMS ピエゾ抵抗圧力センサーの開発に関する専門家であり、さまざまなコンパクトで低電力のセンサーを提供しています。

Merit Sensors には、スマート ロボティクス用の完全に補償された圧力センサー パッケージである CMS シリーズがあります。

ASIC を備えたピエゾ抵抗圧力センサーに基づいて、熱および非線形性を校正および補正する CMS シリーズは、非常に安定した長期的な圧力測定値を提供するために作成された非常にコンパクトなセンサーです。

CMSシリーズ

わずか 6.8 mm x 6.8 mm のフットプリントで、 CMSシリーズ 多数のセンサーを空気圧ロボットシステムに簡単に統合できます。

デジタル・アイ2C および SPI 出力オプションにより、CMS センサーをスマート フィードバック システムに簡単に統合し、応答性の高いロボット工学を実現できます。 アプリケーションに複数のセンサーが必要な場合、メリット センサーは他のセンサーを作成することもできます。2リクエストに応じてCアドレス。

独自のSentiumの組み込み® 技術は、CMS シリーズのパフォーマンスをユニークにします。 この技術により、これらのセンサーはクラス最高の安定性で広い補償温度範囲 (0 ～ 50 °C または -15 ～ 85 °C) を達成できます。

CMS シリーズは、2 ～ 150 PSI の広範な動作圧力範囲と、最大動作圧力の 2 ～ 100 倍の破裂圧力を持つ非常に多様なセンサーです。

空気圧ロボットの場合、この範囲は高い精度と安定性と相まって、最もデリケートな持ち上げ作業だけでなく、より過酷な作業にも対応できるロボットを作成できることを意味します。

オートゼロ機能と出力平均化機能に加えて、必要に応じて絶対オプションとゲージ オプションも提供されるため、CMS シリーズはさらに使いやすく、あらゆるシステムに統合できます。

電気接続は 1.27 mm の標準間隔の SMD はんだパッドで、CMS 製品は 2.7 ～ 5.5 V の供給電圧範囲と互換性があります。 エネルギー効率を最大化するために、デバイスを低電力モードで実行することができます。

CMS 製品はすべて RoHS に準拠しており、これらのセンサーの信頼性と精度は、ガラスを化学的にエッチングされたシリコン ダイアフラムに陽極接合するように設計されたピエゾ抵抗ホイートストン ブリッジによって支えられています。

コンタクトメリットセンサーシステム CMS シリーズが空気圧ロボットの性能と精度、およびシステムの全体的な効率をどのように向上させるかをご覧ください。

参考文献

  1. Sartal, A., Bellas, R., Mejías, AM, & García-Collado, A. (2020). インダストリー 4.0 内の持続可能な製造の概念、進化、および機会: 文献レビュー。 機械工学の進歩、12とします。 https://doi.org/10.1177/1687814020925232
  2. Girão, PS, Ramos, PMP, Postolache, O., & Miguel Dias Pereira, J. (2013). ロボット用途向けの触覚センサー。 測定： 国際測定連盟のジャーナル、46(3)、pp。1257–1271。 https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.11.015

詳細については、次の記事を参照してください。 AZOSensors.com

圧力センサーと水生および水中アプリケーションでの使用

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圧力センサーは、多くの水中用途において不可欠な安全および物流機器です。 スキューバ ダイビングでは、潜水深度を推定し、安全な上昇と下降を確保するために、信頼性の高い深度ゲージまたはダイビング ウォッチが不可欠です。

歴史的に、多くのダイバーズ ウォッチや水深計はアナログ デザインでした。 デジタル圧力センサーには、アナログ センサーに比べていくつかの利点があり、複数のセンサーからの情報を組み合わせるダイブ コンピューターと簡単に接続できます。

デジタル圧力センサーは、センシング要素で構成されます。 圧力センサーの場合、これは多くの場合、ピエゾ抵抗素子とセンサー応答を処理用のデジタル信号に変換する変換器です。 デジタル センサーは非常にコンパクトで、可動部品がなく、塩水を含む過酷で腐食性の環境で使用できます。 ピエゾ抵抗センサーは、動作深度の制限がほとんどないため、水生計測に特に適しています。1

このような圧力センサーの一般的な用途には、ソノブイとしても知られるソナーブイ、タンクと海の深さの測定、潜水時計、釣りなどがあります。

ダイバーズウォッチ内部のMSシリーズ

メリットセンサーシステム

Merit Sensor Systems は、 圧力センサー ダイビングや淡水での作業など、さまざまな用途に使用できます。 Merit Sensor Systems は、信じられないほど小さなフットプリントと超低消費電力を備えたいくつかの異なるセンシング デバイスを提供しています。 デバイスはバッテリで動作する必要があり、何時間ものバッテリ寿命が必要なため、多くの遠隔水中アプリケーションでは低消費電力が不可欠です。

ソナー ブイ、ソナー信号を使用して通過する潜水艦や海上交通の位置を特定したり、潮汐状態を監視したりする展開可能なデバイスのために、Merit Sensor Systems は、従来のワイヤー/ライン技術に取って代わることができる圧力センサーを開発しました。 通常、ブイは、デバイスを水面のフロートに接続するワイヤのスプールで展開され、ワイヤの長さを使用してデバイスの深さを推定します。 ただし、海洋は絶えず動いているため、ワイヤの変位は、水中にあるデバイスの横方向のたわみにより、深さの測定に適していないことがよくあります。 代わりに、圧力センサーは、局所的な水圧を測定することで、より正確な深度測定を提供できます。

ソナー ブイの場合、メリット センサー システムは、次のような適切なセンサーを幅広く提供しています。 HTS 1510 シリーズ TRシリーズ そして、より限られた動作深度では、超低電力 MSシリーズ. これらはすべて非常にコンパクトで軽量なセンサーであり、さまざまなデバイスに簡単に組み込むことができ、長時間の連続動作を実現します。 HTSシリーズには、バッテリー寿命をさらに維持できるように、スリープモードも間もなく搭載される予定です。

すべての Merit Sensor Systems シリーズは、さまざまな水環境や条件に対応する媒体との互換性が非常に優れています。 の MSシリーズ 追加の保護のためにゲルが充填されており、そのコンパクトな設計フットプリントは、ダイビングウォッチで成功裏に使用されていることを意味します. の MSシリーズ 幅広い温度範囲で優れた安定性を備えた手頃な価格のオプションであり、RoHS にも準拠しています。

水中用途の HTS、TR、および MS シリーズ。

深さの計算

圧力センサーが深さ情報の復元にうまく機能するのはなぜですか? 水の密度はほとんどの環境で一定であるため、重力と同様に、水中の圧力は水没深度に正比例します。 処理用のオンボード電子機器を使用すると、圧力センサーはこれらの圧力測定値を水没深度または局所的な水位の測定値に迅速に変換できます。

ダイビング コンピューターは、呼吸タンク内のガス残量から潜水深度まで、さまざまな圧力情報を表示および処理できます。 一部のダイブコンピュータは、これを使用してダイビングの安全な残り時間を計算します。

Merit Sensor Systems の圧力センサー シリーズはすべて、デジタル システムの一部として統合できますが、 HTS 1510 シリーズ デジタル出力またはアナログ出力を選択できます。

ライブ深度計算にとって重要なことは、デバイスを迅速に再起動する必要がある場合に備えて、すべての圧力センサーが 10 ミリ秒の起動時間を持つことです。 各圧力センサーの質量は、特に塩水用途に必要な保護ハウジングとマウントを含めて 2 g 未満です。

これらの圧力センサーは、わずか 0.5 % FS の寿命ドリフト、信じられないほど低い圧力および温度ヒステリシスで高精度の測定を実行できるという特徴があります。 手動ダイビング用の最高の安全基準を維持できる圧力センサーが必要な場合でも、24 時間年中無休のオンライン水タンク監視用の迅速な読み取りセンサーが必要な場合でも、Merit Sensor Systems は何かを提供します。

　 HTS 1510 シリーズ TRシリーズ と MSシリーズ それぞれに異なるデザインとハウジングがあり、特定のタスクに合わせて最適化されています。 MS シリーズは、表面実装型のセラミック デバイスです。 完全に補正された TR シリーズは、既存のデバイスとプラグ アンド プレイできるように設計されたダイレクト メディア圧力モニターです。 HTS1510 シリーズは、既存の制御ボードに表面実装して統合できる背面圧力モニターです。

Merit Sensor Systems に今すぐ連絡して、最先端の圧力センサーを水中デバイスに統合する方法を確認してください。

参照：

  1. Büttgenbach, S., Constantinou, I., Dietzel, A., & Leester-Schädel, M. (2020). マイクロメカトロニクスのケーススタディ。 マイクロメカトロニクスのケーススタディ。 https://doi.org/10.1007/978-3-662-61320-7

詳細については、に掲載されているこの記事を参照してください。 AZOSensors.com

HVAC システムへの圧力センサーの実装

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HVAC システムは、室内の空気の質、健康、居住者の快適性を確保する上で不可欠です。1 HVAC システムは、米国の建物の総エネルギー消費量のほぼ 50%、全エネルギー消費量の 20% を占めるため、建物のエネルギー効率を高める上でも中心的な役割を果たします。2

地球規模の気温と天候により、農業への依存度が高まる可能性があります。 空調システム これは、HVAC システムの効率を改善する方法を見つけることが最も重要なエネルギー消費の増加を意味します。3

これを実現する方法の XNUMX つは、HVAC 用のスマート管理システムを使用して、占有率の低い建物やゼロの建物で不要な暖房や換気をオフにして、エネルギーが無駄にならないようにすることです。4

センサーの使用は、スマート HVAC システムの中核にあります。 センサーは、自動化されたシステムの「マシン ビジョン」を促進し、現在の需要と指定された性能に基づくインテリジェントな決定を下すために必要な情報を提供します。

センサーを HVAC システムに組み込んで環境制御を強化し、メンテナンスが必要なときにアラートを送信して不要な作業を回避し、システムのダウンタイムを防ぐこともできます。

HVAC の圧力センサー

メリットセンサーシステム は、高性能圧力センサーの設計と開発における世界的リーダーです。 圧力センサーは、システムのパフォーマンスを監視し、コンプレッサーの状態を確認し、ダクトを監視して換気システムを通る気流をテストするための HVAC システム技術で最も重要なコンポーネントの XNUMX つです。

Merit Sensor Systems には、クライアントが適切な圧力センサーを見つけて、HVAC システムをより安全で信頼性が高く、安価に運用できるようにするサービスがあります。

HVAC システムは複数のコンポーネントで構成されています。XNUMX つのシステムが冷却、加温、およびシステム周辺の空気輸送と換気を提供する能力を備えている必要があるためです。

継続的なリアルタイムの圧力監視は、部屋やフィルターで圧力が低下しているかどうかを確認して、占有率とパフォーマンスを確認するのに適しています。 HVAC 圧力センサーは、重要な気道や、病院の検査室など、安全上の理由から陽圧が必要な気道の圧力レベルを維持するために取り付けることもできます。

低圧圧力センサー

圧縮

従来の HVAC ユニットには通常、冷媒蒸気が高温ガスに変換されるまで圧縮するコンプレッサーが含まれています。

圧力監視は、この冷媒用途での漏れと、TVC シリーズで可能になったコンプレッサーの性能をチェックするために重要です。 高温の空気が生成されると、周囲の空気で冷却され、その後トランスファーによって加熱されます。

ガス状の冷媒は、冷却時に蒸発器に向かってポンプで送り込まれ、絞り装置を通過して冷媒の圧力を下げて蒸発させ、空気を冷却して再循環させます。

さまざまなコンプレッサーの設計がありますが、大部分は圧縮、蒸発、および冷却サイクルを利用して空気温度を下げます。

TVC圧力センサー

圧力センサーの選択

さまざまなアプリケーションがあり、HVAC システムの圧力センサーには大きな需要がありますが、有用であるためには、圧力センサーは特定の性能レベルを備えている必要があります。

わずかな目詰まりによるフィルター全体の圧力低下など、HVAC の圧力変化の一部は非常に小さい場合があります。 そのため、圧力センサーには十分な検出限界が必要です。

非常に高感度の圧力センサーを必要とする換気システムでは、小さな圧力変化と小さな全体圧力も観察できます。 スマート HVAC システムは通常、エネルギー消費と廃棄物を削減するために使用されるため、 圧力センサー システムにインストールされているものは、完全に信頼できる必要があります。

メンテナンス警告が適切なタイミングで提供されない場合、誤った誤った読み取りにより、HVAC システムのパフォーマンスが低下したり、コンポーネントが損傷したりする可能性があります。

非常にコンパクトな LP シリーズ圧力センサーも Merit Sensor Systems のポートフォリオの一部であり、これらすべての問題に対処するのに役立ちます。

LP シリーズ圧力センサーは設置面積が小さく、最終製品のサイズや重量が増えることなく回路基板設計に簡単に統合できます。 フットプリントが小さいため、コンポーネントを大幅に再設計する必要なく、ほぼすべてのアプリケーションに統合できます。

低圧圧力センサー

LP および TVC シリーズ圧力センサー

HVAC アプリケーションの場合、 LPシリーズ圧力センサー この圧力センサーは、250 Pa を超える分解能でわずか 0.01 Pa までの検出容量を備えています。当初は差圧またはゲージ圧の測定用の感度で設計されていましたが、この圧力センサーは、正確で意味のある供給を開始するために 3.3 ～ 3.5 V の電源のみを必要とします。データ。

LP シリーズ圧力センサーには、XNUMX つの接続可能な (チューブによる) 圧力ポイントが含まれています。 その後、センサーは I 経由で接続できます。2リアルタイムでのデータ監視およびスマート ビル管理システムへの統合のための C またはアナログ出力。

　 TVCシリーズ 高圧での冷媒ガスの測定に最適です。 -40～150℃の温度でも安定した出力が得られるように開発されました。 TVC は、HVAC システム、水位、水圧、およびプロセスを監視する任務を負っています。 また、エアコンやその他の冷媒システムにも使用できます。

TVC圧力センサー内部

LP圧力センサー内部

LP および TVC シリーズが HVAC システムの効率に革命をもたらし、次のメンテナンス サイクルの時期を正確に判断する方法について詳しく知りたい場合は、今すぐ Merit Sensor Systems にお問い合わせください。

参考文献と参考資料

  1. Bearg、DW（2019）。 室内空気質と HVAC システム。 大げさな https://doi.org/10.1201/9780203751152
  2. Perez-Lombard、L.、Ortiz、J.、およびPout、C.（2008）。 建物のエネルギー消費情報のレビュー'。 エネルギーと建物、40、394–398。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.03.007
  3. Wang, H. & Chen, Q. (2020). 米国の建物における気候変動の冷暖房エネルギー使用の影響。 エネルギーと建物、82（2014）、428–436。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.034
  4. Wang, H. & Chen, Q. (2020). 米国の建物における気候変動の冷暖房エネルギー使用の影響。 エネルギーと建物、82（2014）、428–436。 https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.07.034

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電気自動車の冷却システムと圧力センサーの役割

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電気自動車の人気と普及の高まりは、簡単に言葉で表すことはできません。 データを見る必要があります。 2017 年に International Council on Clean Transportation (ICCT) が実施した調査によると、世界の電気自動車の年間販売台数はほぼ指数関数的に増加しています。1

電気自動車の TVC

2020 年末までに、10 万台を超える電気自動車が世界中の道路を走行していました。2

電気自動車は、ガソリン車に比べて排出量が少なく、大幅に低コストで運用でき、長期的な見通しが向上するなど、多くの理由で購入者に魅力的です。3-5

しかし、より多くの人々を電気自動車に乗り換えさせる際の最大の課題の XNUMX つは、XNUMX 回の充電で移動できる範囲が限られていることです。6 しかし、この障害は着実に克服されています。

バッテリー技術の漸進的な改善は増加しており、電気自動車の最大航続距離は進歩のたびに拡大しており、将来の世代のドライバーにとって電気自動車の所有はより現実的な選択肢となっています。

電気自動車における冷却システムの重要性

ただし、バッテリ容量を改善しようとすると、特定の課題が生じる可能性があります。 主な質問は冷却に関連しています。 バッテリーは、充電と放電の際に熱を発生します。 したがって、バッテリーがより多くのエネルギーを蓄えるほど、充電または放電が速くなるほど、より多くの熱が発生する傾向があります。

完全な電気自動車には、車両のパワー エレクトロニクスとバッテリー パックで特定の温度制限を維持する冷却システムが装備されています。 冷却システムの主な役割は、バッテリーの温度を安全な動作範囲内に保つことです。

特定のセル内のリチウム イオン バッテリー パックの温度が高くなりすぎると、熱暴走と呼ばれる連鎖反応が引き起こされ、バッテリー パック全体が壊滅的な発熱分解を起こす可能性があります。7

もちろん、過熱や熱暴走を防ぐことは重要です。 EV 冷却システムの大部分は、ほとんどの場合、バッテリー パックを最適な動作温度に保つことを目的としています。

通常、これは 15 ～ 35 °C の範囲で均一に近い温度分布を意味します。8 温度がパック全体で大幅に変化したり、この特定の範囲から外れたりすると、充電時間と効率が悪影響を受け、バッテリーの寿命が短くなる可能性があります。

EV冷却技術

電気自動車は、電力システムの温度を管理するために、空気、フィン、液体冷却などのさまざまな冷却技術を採用しています。

フィン冷却は、エレクトロニクスの世界で成功を収めていることが実証されている、シンプルで経済的な受動冷却メカニズムです。

事実上、平らな面とは対照的に、フィンとリッジを特徴とする電力集約型コンポーネントを構築すると、表面積が増加し、周囲に熱を放散できる速度が向上します。

ただし、フィンは電力システムの重量を大幅に増加させる可能性があるため、電気自動車への適用は限られています。

高温の物体の表面を横切る比較的冷たい空気の循環である空冷は、物体をより急速に冷却するため、もう XNUMX つの比較的単純な技術です。

空冷は通常、費用対効果が高く、一部の電気自動車モデル (日産リーフの初期モデルを含む) で採用されています。 ただし、このシステムは比較的エネルギー集約型である可能性があり、空冷に依存している車は暑い季節に問題が発生する可能性があります。8

液体冷却は、電気自動車のバッテリーと電源システムの温度を制御する最も効率的な方法です。

電力システム全体に液体冷却剤を配管すると、効果的な熱除去が容易になり、比較的高価で複雑になりますが、電気自動車の電子システムとバッテリー パックの温度をより正確に制御できます。

メーカーがますます大容量のバッテリー パックを電気自動車に搭載する方向に進んでいるため、これらの冷却システムが対応できる必要があるという要求も高まっています。

液体冷却システムは、充電速度とバッテリー容量が増加するにつれて、より重要かつ複雑になっています。9,10 今日の電気自動車の液体冷却システムでは、冷却システムを複数の回路に分割し、バッテリー冷却液と A/C システムの冷媒との間で熱交換を行う必要がある場合があります。

EV冷却システムにおける圧力センサーの役割

圧力は、電気自動車の液体冷却システムにおける重要なパラメータです。 圧力センサーは、冷却システムの調整と最適化のためのフィードバックだけでなく、漏れを示唆する可能性のある圧力損失を検出できる重要なコンポーネントです。

液体冷却システムが複雑化するにつれて、EV 冷却システム用の正確で堅牢な圧力センサーの需要がかつてないほど高まっています。

Merit Sensor Systems は、要求の厳しい EV アプリケーションに適した幅広い高性能圧力センサーを設計および製造しています。 TR シリーズ センサーは、ガス、オイル、冷媒などの過酷な媒体で正確な圧力測定を提供するために開発されました。

TR シリーズ圧力センサーには、媒体がセラミック基板、ガラス、および金-スズ共晶はんだのみと接触する裏面から圧力測定を行うことができる密閉型ダイが組み込まれています。

TR シリーズ センサーは、-40 °C ～ 150 °C の定格温度で、複雑な EV 流体システム アプリケーションで正確で信頼性が高く堅牢な圧力センシングも提供します。

TR シリーズ フェース シーリングの統合 (MeriTrek スターター キット) を金属/プラスチック ハウジングに組み込みます。

TVCシリーズセンサー 2,000 kPa までの冷媒ガスの中圧から高圧を測定するために最適化されています。

シリコン ダイ センシング エレメントをセラミック圧力ポートの上部に取り付けるということは、TVC センサーが内部電子機器から媒体を分離しながら背面圧力を測定する能力を備えていることを意味し、信頼性が高く堅牢な圧力 (バースト圧力 5x) 測定を長期間の耐用年数にわたって提供します。厳しいメディアでも。

TVC シリーズは、ラジアル シーリング (O リング) を備えた金属/プラスチック ハウジングに簡単に統合できます。

シンプルなシーリングと電気接続を備えた TR および TVC シリーズ圧力センサーは、信頼性の高い面およびラジアル シーリングにより、複雑な流体システム パイプラインおよび迅速なコネクタにシームレスに統合できるように設計されています。

詳細については、Merit Sensor Systems にお問い合わせください。同社の圧力センサーが EV システムで比類のない一連の利点をどのように提供しているかをご確認ください。

参考文献

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圧力センサーのパッケージが重要な理由

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センサーが過酷な媒体にさらされ、温度が上昇する圧力センシング機能を必要とするシステム開発者は、圧力センサーの信頼性を向上させるためにパッケージングが重要であることを知っておく必要があります。 圧力センサーは、センサーが適切にパッケージ化されていない場合、センサーの回路に損傷を与える可能性がある、ガス、オイル、冷媒、およびその他の苛性溶剤などの過酷な液体にさらされることがよくあります。 損傷した圧力センサーは、検出エラーにつながり、最終的には製品のリコールや安全上のリスクにつながる可能性があります。

航空宇宙および自動車の仕様は特に厳しいものです。 これらのアプリケーションでは、温度範囲は -40 ～ 150 °C です。 さらに、コンポーネントの故障が安全上のリスクや製品のリコールにつながる可能性があるため、これらのアプリケーションにおける精度と信頼性の要件は厳しくなる傾向があります。

温度に関連して考慮すべきもう XNUMX つのことは、熱膨張係数 (TCE) です。 MEMSセンシング素子、またはダイ、およびそれが取り付けられている基板。 ステンレス鋼は優れた基板材料のように見えるかもしれませんが、その TCE は、MEMS ダイが作られるシリコンの TCE よりもはるかに高くなります。 要するに、ステンレス鋼はシリコンよりもはるかに伸縮します。 これらの TCE の違いにより、MEMS センシング エレメントが実際の圧力と同じように反応するため、センシング エラーが発生します。

面シールおよび背面圧力用のTRシリーズ

メディアも考慮する必要があります。 接着剤は、MEMS ダイを基板にシールし、センサーの回路を保護するためによく使用されます。 ただし、接着剤は過酷な媒体に長時間さらされると柔らかくなります。 たとえば、医療アプリケーションでは、センサーがガソリンほど過酷な媒体にさらされることはありませんが、センサーが十分に長くさらされると、生理食塩水でさえ腐食する可能性があります。 さらに、洗浄および滅菌プロセスでは、通常、漂白剤などの苛性化学物質と繰り返し接触する必要があります。 接着剤が軟化してシールが破れると、回路が損傷し、検出エラーが発生する可能性があります。

温度と媒体に加えて、圧力を考慮する必要があります。 MEMS ダイ ボンドに接着剤が使用されている場合、約 300 psi という十分に高い圧力により、MEMS センシング エレメントが基板から剥がれる可能性があります。

接着剤の接着強度を低下させるもう XNUMX つの要因は、湿度です。 高温多湿に長時間さらされることに耐えられる接着剤やエポキシはほとんどありません。 また、この環境向けに設計された特殊エポキシは、MEMS センシング エレメントに大きなストレスを加え、センシング エラーを引き起こします。

圧力センサーが -40 ～ 150 °C で良好に機能するためには、過酷な媒体や 300 psi を超える圧力であっても、適切なパッケージングが不可欠です。

Oリングシールと背圧用のTRシリーズ

Merit Sensor では、圧力センサーが過酷な媒体や高温向けに設計されていることを確認しています。 非常に優れた元素で作られた革新的なダイ ボンドがあります。 過酷なメディアへの耐性. これらのダイ ボンドはセラミック基板上で行われるため、TCE が厳密に一致します。 これにより、高い精度と信頼性を備えた圧力センサー パッケージが実現します。

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