本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)，作者/李寧遠(yuǎn)。
工業(yè)領(lǐng)域有很多傳感器的應(yīng)用，溫度傳感、壓力傳感、濕度傳感等等。而且由于工業(yè)領(lǐng)域較為嚴(yán)苛的環(huán)境對傳感器的性能也提出了很多挑戰(zhàn)，比如NTC傳感器既需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行溫度測量，還需要可靠地完成電路保護(hù)功能。
在工業(yè)場景中，這些各樣的傳感器發(fā)揮出了怎樣的效果，又有哪些需要注意的地方呢？
工業(yè)NTC應(yīng)用
從工業(yè)應(yīng)用角度來說NTC的應(yīng)用可以說非常廣，比如說一些電源轉(zhuǎn)電路、UPS、驅(qū)動器、控制柜以及火災(zāi)探測器等等。在電源轉(zhuǎn)換里邊的話，比較常見的就IGBT分布式溫度監(jiān)測。因?yàn)椴捎肐GBT、MOSFET這些裝置的電源轉(zhuǎn)換涉及AC/DC、DC/DC、DC/AC這些過程時會發(fā)熱，這些熱量都需要進(jìn)行監(jiān)測避免IGBT、MOSFET因過熱損壞。
在分布式IGBT溫度監(jiān)測里，最常見的NTC應(yīng)用就是安裝在PCB板的散熱片上，這種安裝方式非常簡單，采用螺絲固定即可。一般這種應(yīng)用里都采用旋入式的NTC，部署起來很輕松，前端固定好螺絲環(huán)后后端還能根據(jù)導(dǎo)線長度做定制化傳感器設(shè)計(jì)。在這種應(yīng)用里，NTC需要使用金屬標(biāo)簽外殼進(jìn)行密封以確保NTC良好的熱耦合。一般來說這種NTC 125℃的耐高溫性能可以適配多數(shù)應(yīng)用，但是如果工業(yè)場景有更嚴(yán)苛的高溫要求就需要強(qiáng)化傳感器探頭。
結(jié)合實(shí)際用例，場景會對溫度監(jiān)測有一些不同的需求。比如在UPS系統(tǒng)中，則至少需要NTC監(jiān)控3個位置的溫度，一個是在散熱片出監(jiān)測整流器和逆變器的溫度；二是在BMS中監(jiān)控BMS溫度情況，這里尤其要監(jiān)測鋰離子電池，因?yàn)殇囯x子電池不耐熱，幾乎要監(jiān)測每個電池的溫度確保BMS不會過熱；三是在機(jī)柜內(nèi)部監(jiān)測整個UPS系統(tǒng)的溫度，具體需要使用的NTC數(shù)量則根據(jù)UPS大小而定了。
在這種電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用里，模塊化趨勢很明顯，為了順應(yīng)這一趨勢NTC在設(shè)計(jì)制造上也有很多需要注意的地方。首先工藝上，就必須采用燒結(jié)和鍵合的半導(dǎo)體工藝將片狀NTC連接到板上。為了增強(qiáng)NTC的熱性能，有些廠商還會采用絲印技術(shù)來進(jìn)行鍍層保證在工業(yè)高溫中期間能保證可靠性。這種可鍵合的片狀NTC可以直接安裝到IPM中測量IGBT附近的溫度，而且因?yàn)槭侵苯舆B接到板上，熱耦合性能也很優(yōu)秀。
工業(yè)領(lǐng)域的壓力傳感
另一大傳感應(yīng)用類別是壓力傳感器，有很多的工業(yè)應(yīng)用采用液壓設(shè)備或者氣動設(shè)備，這些設(shè)備里邊如何來控個氣體的壓力以及流體的壓力都需要壓力傳感器。硅壓阻式壓力傳感元件是工業(yè)場景里經(jīng)常使用的壓力傳感，工作原理其實(shí)就是一個惠斯通電橋，當(dāng)氣體或者流體的壓力作用在這個元件膜片上使膜片變形的時候，幾個電阻產(chǎn)生形變，導(dǎo)致輸出各不一樣，通過輸出的大小然后來判斷這個壓力的大小。
壓力的測量分很多種，有的測表壓，有的測背面絕壓，有的測正面絕壓，每種測量類型都有著不同的測量范圍。需要注意的是有些被測體是具有腐蝕性的，這時候就要選擇充油芯體，也就是把芯片封裝在充油芯體里邊，再把整個芯體做成壓力傳感器，以避免元件直接接觸腐蝕被測體導(dǎo)致?lián)p壞。這里其實(shí)也關(guān)系到關(guān)襯底玻璃的選擇，測表壓，測背面絕壓，測正面絕壓需要選擇的襯底玻璃的選擇都不一樣。
壓力傳感器的過壓能力是很直觀的性能體現(xiàn)，為了增強(qiáng)過壓能力，可以通過縮小空穴體積或者增大硅玻鍵合面積來實(shí)現(xiàn)。這一提升是很明顯的，有時候能將器件的過壓能力提升一倍。
鋁電解電容的工業(yè)變頻器應(yīng)用
工業(yè)領(lǐng)域里變頻器的使用可以說隨處可見，既能達(dá)到節(jié)能的目的，也能減少電機(jī)的損耗，從而提高電機(jī)的壽命。變頻器的逆變部分，在調(diào)制時會產(chǎn)生較大紋波，調(diào)制過程中的能量吸收和釋放需要DC-LINK足夠的電容量支撐。
鋁電解電容是工業(yè)變頻器中常見的選擇，我們知道在電容家族里有各種各樣的電容，而鋁電解電容最大的特點(diǎn)就是單位體積容量最大，并且單位容量成本最低，這兩個特點(diǎn)使它成為工業(yè)變頻器的首選。需要注意的四核變頻器電容額定電壓需要預(yù)留安全余量，一般會預(yù)留5%到10%，有些在峰值的基礎(chǔ)上加50V甚至更高。
伺服變頻器與通用變頻器類似，但是由于伺服變頻器更快更準(zhǔn)的響應(yīng)，它需要更大的過載能力要求。因此用于伺服變頻器的鋁電解電容的額定電壓會比同類型通用變頻器更高，這個要求在業(yè)內(nèi)稱為快速充放電要求。當(dāng)前業(yè)界對快速充放電沒有一個通用的標(biāo)準(zhǔn)，但是基本上都會要求滿足下面幾個條件，對于牛角型電容器，充放電電壓的壓差要到150V，頻率6Hz，要能滿足5000萬次循環(huán)，對于螺栓型電容壓差也是要到150V，頻率3Hz，滿足2000萬次循環(huán)。簡單來說，通用變頻器220V下使用的鋁電解電容要求在400V，而同情況下伺服需要要求在450V。
小結(jié)
流程行業(yè)擁有大量依賴于傳感器才能正常運(yùn)行的機(jī)器或系統(tǒng)和互連設(shè)備的集群，工業(yè)應(yīng)用中的傳感器起著至關(guān)重要的作用。這些傳感器的選取需要考慮到工業(yè)環(huán)境中嚴(yán)苛的要求，足夠可靠的傳感器才能消除工廠流程中的盲點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)。
