本文來(lái)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(duì)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(cè)量，還需要可靠地完成電路保護(hù)功能。
在工業(yè)場(chǎng)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(lái)說(shuō)NTC的應(yīng)用可以說(shuō)非常廣，比如說(shuō)一些電源轉(zhuǎn)電路、UPS、驅(qū)動(dòng)器、控制柜以及火災(zāi)探測(cè)器等等。在電源轉(zhuǎn)換里邊的話，比較常見(jiàn)的就IGBT分布式溫度監(jiān)測(cè)。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(guò)程時(shí)會(huì)發(fā)熱，這些熱量都需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)避免IGBT、MOSFET因過(guò)熱損壞。
在分布式IGBT溫度監(jiān)測(cè)里，最常見(jiàn)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(jiǎn)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(lái)很輕松，前端固定好螺絲環(huán)后后端還能根據(jù)導(dǎo)線長(zhǎng)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(lái)說(shuō)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(chǎng)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(chǎng)景會(huì)對(duì)溫度監(jiān)測(cè)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(gè)位置的溫度，一個(gè)是在散熱片出監(jiān)測(cè)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(cè)鋰離子電池，因?yàn)殇囯x子電池不耐熱，幾乎要監(jiān)測(cè)每個(gè)電池的溫度確保BMS不會(huì)過(guò)熱；三是在機(jī)柜內(nèi)部監(jiān)測(cè)整個(gè)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(shì)很明顯，為了順應(yīng)這一趨勢(shì)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(huì)采用絲印技術(shù)來(lái)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(cè)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(dòng)設(shè)備，這些設(shè)備里邊如何來(lái)控個(gè)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(chǎng)景里經(jīng)常使用的壓力傳感，工作原理其實(shí)就是一個(gè)惠斯通電橋，當(dāng)氣體或者流體的壓力作用在這個(gè)元件膜片上使膜片變形的時(shí)候，幾個(gè)電阻產(chǎn)生形變，導(dǎo)致輸出各不一樣，通過(guò)輸出的大小然后來(lái)判斷這個(gè)壓力的大小。
壓力的測(cè)量分很多種，有的測(cè)表壓，有的測(cè)背面絕壓，有的測(cè)正面絕壓，每種測(cè)量類型都有著不同的測(cè)量范圍。需要注意的是有些被測(cè)體是具有腐蝕性的，這時(shí)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(gè)芯體做成壓力傳感器，以避免元件直接接觸腐蝕被測(cè)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(cè)表壓，測(cè)背面絕壓，測(cè)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(guò)壓能力是很直觀的性能體現(xiàn)，為了增強(qiáng)過(guò)壓能力，可以通過(guò)縮小空穴體積或者增大硅玻鍵合面積來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一提升是很明顯的，有時(shí)候能將器件的過(guò)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(shuō)隨處可見(jiàn)，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(shí)會(huì)產(chǎn)生較大紋波，調(diào)制過(guò)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(jiàn)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(gè)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(huì)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(guò)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(huì)比同類型通用變頻器更高，這個(gè)要求在業(yè)內(nèi)稱為快速充放電要求。當(dāng)前業(yè)界對(duì)快速充放電沒(méi)有一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，但是基本上都會(huì)要求滿足下面幾個(gè)條件，對(duì)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(wàn)次循環(huán)，對(duì)于螺栓型電容壓差也是要到150V，頻率3Hz，滿足2000萬(wàn)次循環(huán)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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)。
