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Drucksensor Feature-Artikel

Drucksensoren Feature-Artikel

  • Kapitel 1
  • Was ist ein Drucksensor? 
 

 

 
 

1. Umriss

 

 

 
 

Ein Drucksensor ist ein Gerät, das den Druck einer Flüssigkeit wie eines Gases oder einer Flüssigkeit in ein elektrisches Signal umwandelt.

Drucksensoren
Grob gesagt werden die Drucksensor-Referenzen in die folgenden drei Typen unterteilt.
a. Anzeigeinstrument (= Gauge) 
[basierend auf “atmosphärischem Druck”]
b. Absolut 
[basierend auf “absolutem Vakuum”]
c. Differenziell 
[Messt die Differenz zwischen zwei Drücken.]

 

 

2. Funktionsprinzipien

 

 

 
 

Ein Drucksensor verwendet im Allgemeinen einen Zwerchfell, auf dem Dehnungsmessstreifen gebildet sind, und misst seine Dehnung (oder Durchbiegung) aufgrund der aufgebrachten Kraft über den Zwerchfell-Bereich.

Unser Unternehmen, Nidec Copal Electronics GmbH, bietet zwei Arten von Drucksensoren als Messverfahren an: ein Verfahren mit einem Diffusionshalbleiter (Silikon-MEMS) und ein Verfahren mit einem Dünnschichtmessgerät mit SUS-Membran. Jeder Typ hat seine eigenen Eigenschaften, und wir verfügen über eine Vielzahl von Drucksensorprodukten, indem wir diese beiden Methoden entsprechend der Anwendung und den Marktanforderungen richtig anwenden.

Schauen wir uns das Funktionsprinzip für jeden Typ genauer an.

 
Ⅰ. Silikon-MEMS (Si-MEMS)
SI-MEMS-Sensorchips
 
Bild des SI-MEMS-Sensorchips
 
Querschnittszeichnung des Si-MEMS Zwerchfell
Si-MEMS Zwerchfell
Querschnittszeichnung
Das Si-MEMS nutzt den piezoresistiven Effekt, bei dem der spezifische elektrische Widerstand abhängig von der Belastung der Widerstände variiert. Ein Sensorchip besteht aus einkristallinem Silizium. Die Chipstruktur ermöglicht es dem Zwerchfell, sich zu verformen, sobald der Chip Druck erhält.

Die vier Dehnungswiderstände, die wie in der Abbildung unten gezeigt angeschlossen sind, bilden eine Wheatstone-Brückenschaltung. Diese Brückenschaltung wird mit konstantem Strom (nominell 1,5 mA DC) betrieben. Bei Druckbeaufschlagung erhöhen sich die Widerstandswerte von R2/R3, während die von R1/R4 abnehmen, was zu einer Ungleichheit in der Brückenschaltung und einer Spannungsdifferenz am Ausgangsende führt. Diese Spannungsdifferenz wird zu einer dem Druck proportionalen Ausgangsspannung. Auch beim Anlegen von Unterdruck werden die Polaritäten ebenfalls in die gleiche Orientierung wie bei Anlegen eines Überdrucks umgekehrt.

Zur Erläuterung der Druck- und Leistungskennlinie ist die Verformung des Zwerchfells in der rechtenim weiter oben stehenden Zwerchfell-Querschnittszeichnung vergrößert dargestellt, wobei der Verformungsgrad jedoch nur wenige Mikrometer beträgt. Daher ist die mechanische Verformung des Zwerchfells optisch kaum zu erkennen.

  • DMS-Muster_Si-MEMS
  • Wheatstone-Brückenschaltung_Si-MEMS
 
Ⅱ. Dünne-Schichten-Sensor (mit SUS-Zwerchfell)
 
Querschnittszeichnung des SUS-Dünne-Schichten-Sensorchips
 
Cross-section of thin film sensor
Dünne-Schichten-Sensor
Querschnittszeichnung
Ⅱ. Dünne-Schichten-Sensor (mit SUS-Zwerchfell)
Ein Dünne-Schichten-Sensor wird durch Ausbilden eines Dünne-Schichten-Meßstreifens auf einem metallischen SUS-Zwerchfell über einen Isolierfilm strukturiert. Bei Druckbeaufschlagung verformt sich das SUS-Zwerchfell und das auf dem Zwerchfell gebildete Messgerät Dünne Schichten verformt sich, das dann Änderungen des Widerstandswertes des Messgeräts erkennt.

In einem Dünne-Schichten-Sensor, wie bei Si-MEMS, sind vier Dünne-Schichten-Widerstände verbunden, wie im folgenden Schema gezeigt, um eine Wheatstone-Brückenschaltung zu bilden. Die Dünne Schichten Messwiderstände werden mit konstanter Spannung angesteuert. Der SUS-Zwerchfell verformt sich bei Druckeinwirkung, die auf dem Zwerchfell gebildeten Dünne Schichten Widerstände verformen sich, die dann jede Änderung des Widerstandswertes des Messgerätes erkennen. Somit kann ein Spannungssignal proportional zum Druck erhalten werden.

  • Wheatstone-Brückenschaltung_SUS-Dünne-Schichten-Sensor
 
  • Kapitel 2
  • Einführung unserer Drucksensoren
 

 

 
 

1. Meilensteine

 

 

 
 

Wir liefern seit etwa 40 Jahren Drucksensoren, beginnend mit der Herstellung und dem Vertrieb von Drucksensoren für elektronische Blutdruckmessgeräte im Jahr 1980. Dank Ihnen werden unsere Drucksensoren in verschiedenen Branchen wie Halbleiterfertigungsanlagen, Industrieanlagen, Medizinische Ausrüstung, Analysator, Messinstrument und hydraulische Geräte wie Bearbeitungszentren.

  • Nidec Copal Electronics Pressure Sensor Business Milestone
  • Sano Plant satellite-photo
  • Sano R&D center

Die Basis dieses Geschäfts wird das Sano-Werk in der Präfektur Tochigi, Japan. Wir handhaben alles von Sensorchips bis hin zu fertigen Drucksensorprodukten und haben sich heute zu einem führenden Geschäft unseres Unternehmens entwickelt.

 

2. Reichhaltige Standard-Aufstellung

 

 

 
 
Pressure sensor products
Wir bieten eine Vielzahl von Drucksensor Produkten mit unterschiedlichen Produkttypen an, wie Modultypen, Einbauverstärkertypen, Druckschalter, die die Kontakte von druckempfindlichen Elementen durch Anlegen eines bestimmten Druckwerts öffnen und schließen, und Manometer mit Anzeige Funktion. Wir haben eine große Auswahl. Die Arten von Drucksensorelementen sind der Halbleiter Si-MEMS und der Dünnschichtsensor mit SUS. Darunter gibt es zwei Arten von Si-MEMS-Verfahren; einer ist ein Silizium-Einkristalltyp, der für nicht korrosive Gase als Medium bestimmt ist, und der andere ist ein Dual-Zwerchfell-Strukturtyp, bei dem eine SUS-Zwerchfell im benetzten Teil platziert ist, die auch für Flüssigkeiten als Medium verwendet werden kann. Jedes dieser Sensorelemente setzen wir passend zur Anwendung und Umgebung ein und entwickeln daraus verschiedene Endprodukte.
Sensor
methode
Si-MEMS (Si Einkristalle)Si-MEMS (Dual Zwerchfell) SUS-Zwerchfell
mit Dünne-Schichten-Sensor
Struktur
Si-Einkristallelement wird durch anodisches Bonden über im Glas enthaltene Na-Ionen mit dem Glasboden verbunden. Das Si-Einkristallelement nimmt das Medium direkt auf. Eine SUS-Zwerchfell wird mittels Laserschweißen mit dem Gehäuse verbunden und überträgt über das Silikonöl Druck auf den Silikon-Sensorchip. Ein Dünnfilmmeßgerät wird mittels Dampfabscheidung auf einer SUS-Zwerchfelln über einen Isolierfilm gebildet.
Medien Nicht korrosive Gase Gase oder Flüssigkeiten, die das SUS-Material im medienberührten Teil nicht angreifen Gase oder Flüssigkeiten, die das SUS-Material im medienberührten Teil nicht angreifen
Features
  • • Although the characteristics change depending on the temperature,
    these models exhibit high reproductivity under certain temperatures.
  • • Capable of receiving high pressure and outputting high voltage at a high accuracy (approx. 100 mV at rated pressure of 100 kPa)
  • • Free from mechanical movable part, a long service life can be achieved
  • • With a high mass productivity, manufacturing at a lower cost is achieved.
  • • Suitable for vacuum, high and low temperature applications
  • • Exhibits less temperature-dependent characteristic change
  • • Single-model mass-production leads to manufacturing at a lower cost
  • • Compatible with electrolytic polishing

Unsere Drucksensor-Serien Line-up

Pressure
transducer
(Module)

P-2000, P-3000S P-8300, P-8305, P-8505

Pressure
transducer
with Amp.

PA-20, PA-100, PA-500 P-7100, PA-750/758, PA-800, PA-830/838, PA-838-D, PA-850/858, PA-860/868
High vacuum: PA-920S/928S
High temperature: PA-930/930-A
Pressure switch PS20, PS30, PS40, PS6, PS60 PS8, PS83, PS85, PS86 High vacuum: PS91, PAS91
  • Pressure gauge
  • Handheld digital manometer
PG-30, PG-200,PG-100N PG-35, PG-75, PG-208, PG-100B High vacuum: PG-20, PG-35L
High pressure: PG-35H
*In addition, we have a standard lineup of two series of pressure indicators, PZ-30 and PZ-200.

In recent years, we've been aggressively releasing new products such as types with a built-in small amplifier with ratiometric output and types for high vacuum and high temperature using SUS diaphragm with thin film elements, and we are expanding our business domain.

 
  • Kapitel 3
  • Stärken unseres Drucksensors
 

 

 
 

1. Integrierte Inhouse-Produktion

 

 

 
 

We manufacture in-house from sensor elements by making full use of semiconductor technology, and further develop and manufacture pressure sensor final products through processes such as mounting, temperature compensation, electronic circuit addition and casing, etc.


  • Silikonwafer ⇒ Sensor chip

  • Pressure sensor module

  • Pressure sensor products
    with amp.

A major feature of our pressure sensor is that we handle everything from development design to sensor element manufacturing process and product assembly process / calibration under the integrated quality control of our pressure sensor business based on high-mix low-volume production. Our strength lies in this business structure, which is capable of responding to special specifications and various customer needs in detail.

 

2. Sonderprodukte (Benutzerdefiniert-Support)

 

 

 
 
― Policy for custom support ―
In our pressure sensor business, while enhancing the standard product lineup mentioned above, we've been actively responding to custom support and joint development according to individual requests from the market and customers, with the following customer-first policy.

Our policy for customizations is as follows:

  1. If we can apply our existing products / technologies and judge that they can be commercialized in consideration of business feasibility, we will actively accept custom support.
  2. Even if the technology we have is scarce at the time of your request, we will consider it positively if we judge that joint development is possible.
  3. We will proactively propose the products and services that our customers need by collecting information by industry unique to us.

Our pressure sensors have a total of 92 models, and the P/N of models is 1,992. Of these, Customizations, so-called Special products, accounts for nearly 80% of the total on a monetary basis, and as the results show, we have provided many custom products and services that meet the individual needs of the market and customers. Introduce some examples of the special products bellow.

 

Customization examples

Electrolytic polishing + Degreasing + Clean packaging
Electrolitic polishing / Degreasing / clean packaging are often required as essential for in-line piping applications in semiconductor manufacturing equipment. First, in "Electrolitic polishing", the flatness is improved by chemical polishing so that impurities do not remain in the pressure receiving part. In addition, "Degreasing" prevents contamination by cleaning the organic matter in the pressure receiving part. Similarly, "Clean packaging" prevents contamination from the outside and guarantees the clean condition of the pressure sensor product until it is used by the customer.
 
PA-750/758 series: Compatible with cable connectors and Direct cable from body
  • Standard model
  • (1) Cable with connectors
  • (2) Direct cable from body

The PA-750/758 standard series uses a connector cable that the body and cable can be attached and detached, and the cable tip has a lead wire. We have both achievements in supporting (1) the installation of designated tip connectors and (2) direct cable removal from the main unit.

 
PS20 series: Special fitting

  • Standard model

  • Special fitting

The PS20 standard series is M5 male screw or block M5 female screw, but we have made a proposal to meet the market needs to extend the tip of the block, make an hole for M5 female screw, and fix it with a mounting screw.

 
Other examples
Specification / Performance change
Pressure range / Pressure unit Pressure range: Provision of range other than that in standard products, change of standard pressure unit (e.g. PSI, etc.)
Performance Accuracy enhancement (e.g. output calibration error, improvement of temperature characteristic, improvement of pressure resistance, etc.)
Output Analog output value, support for I2C/SPI, and others
Power voltage Change to desired power voltage
Ambient temperature Change to specification suitable for desired ambient temperature
Switch setting Shipment with a desired pressure threshold setting
Zero adjustment Addition of zero adjustment setting
Appearance / shape change
Fitting Shape, size, material, etc.
Cable                         Length, lead wire diameter, connector processing, terminal processing, tag attachment, etc.      
OEM design Name plate, panel design, casing color, etc.
Others
Custom development   Manufacturing of circuit board, unit design, custom-made shape, etc.              
 

With our experience and expertise, we will propose the best products and services that meet your needs. Please feel free to contact us from the button below.

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