(I) Princípio Básico de Funcionamento
Um sensor de profundidade pertence à categoria desensores de profundidade baseados em pressão. Seu princípio fundamental baseia-se nalei da pressão hidrostáticapara medir a profundidade da água. Essencialmente, é uma unidade sensora de pressão combinada com um algoritmo de conversão de pressão em profundidade.
Quanto maior a profundidade da água, maior será a pressão estática formada pelo peso da água acima. O sensor mede com precisão a pressão do líquido e a converte de volta para a profundidade real. A fórmula da pressão hidrostática é:P=ρgh
Reorganizar a fórmula fornece o cálculo da profundidade:h = P / (ρg)
Onde:
h= profundidade medida da água
P= pressão relativa do líquido (depois de deduzir a pressão atmosférica)
ρ= densidade do líquido (aproximadamente. 1000 kg/m³ para água doce, aprox. 1025 kg/m³ para água do mar)
g= aceleração gravitacional (valor padrão 9,8 m/s²)
Para referência rápida: em água doce típica, cada aumento de 1 metro na profundidade corresponde a um aumento de pressão aproximado de 10 kPa. Pressão e profundidade têm uma relação linear.
(II) Sensor de profundidade PG440 – Visão geral do produto
O sensor de profundidade PG440 foi desenvolvido com base em nosso projeto internochip de pressão piezoresistente de silício, com otimização especial para medição de água do mar. Ele usa um elemento sensor de pressão isolado para entrar em contato com o meio medido. Toda a unidade é controlada por um microcontrolador e possui um barramento CAN 2.0 para transmissão de sinal digital.
O produto consiste em três partes principais:estrutura mecânica, circuitos de hardware e software embarcado. A estrutura mecânica inclui o elemento sensor, porta de pressão, invólucro, tampa terminal, conector à prova d'água e cabo de conexão. O hardware compreende quatro placas de circuito funcionais. O software embarcado é programado na placa de processamento de sinal, lidando com cálculo de dados e interação de comando.
1. Processo Operacional
O sensor é instalado através de uma rosca externa G1/4. O líquido medido entra pela porta de pressão e atua no chip de detecção piezoresistivo integrado, completando a aquisição do sinal de pressão. No circuito de hardware, o microcontrolador se comunica com o chip de condicionamento de sinal através da interface SPI, fornecendo a tensão de referência e a corrente operacional para o elemento sensor, enquanto lê simultaneamente os dados de amostragem ADC do chip de condicionamento. Após compensação e cálculo algorítmico, os dados são convertidos em um valor de pressão padrão e emitidos através do barramento CAN 2.0.
2. Processo de montagem mecânica
O chip interno de pressão absoluta é colado à base do elemento sensível à pressão com borracha de silicone.
A base do elemento sensível à pressão e o diafragma corrugado são soldados a laser, selados e preenchidos com óleo.
O conjunto completo sensível à pressão é soldado a laser à porta de pressão.
A porta de pressão para a carcaça e a carcaça para a tampa são ambas vedadas por soldagem a laser.
O conector à prova d’água é preso à tampa através de uma conexão roscada, garantindo um desempenho geral à prova d’água.
3. Funções da placa de circuito
A unidade inclui quatro placas de circuito funcionais:
Placa adaptadora de sinal – soldada aos pinos traseiros da sonda de detecção para roteamento e transição de sinal.
Placa de processamento de sinal – Executa cálculo, ajuste e conversão dos sinais brutos amostrados, gerando simultaneamente tensão analógica e sinais digitais.
Placa de fonte de alimentação – Fornece energia estável para todos os módulos do circuito.
Placa EMC – Suprime a interferência eletromagnética, melhorando a estabilidade operacional em ambientes complexos.
Esquema de calibração de pressão
Para eliminar desvios de temperatura e erros introduzidos por circuitos de hardware, o produto é acompanhado por um sistema de calibração dedicado baseado em PC, trabalhando em conjunto com uma câmara de temperatura e equipamento de calibração de pressão para calibração completa. O sistema coleta simultaneamente dados de pressão, temperatura e ADC, realiza cálculos, amplificação de sinal e correção de parâmetros por meio do microcontrolador e chip de condicionamento, alcançando, em última análise, uma saída de sinal digital de alta precisão.
Procedimento de calibração:Seis pontos de temperatura típicos são selecionados: -10 graus, 5 graus, 20 graus, 40 graus, 55 graus e 80 graus. A cada temperatura, são aplicados cinco níveis de pressão padrão: 0 MPa, 1,75 MPa, 3,5 MPa, 5,25 MPa e 7 MPa. O dispositivo captura simultaneamente os valores ADC correspondentes sob estas condições. Os parâmetros de compensação são gerados através de ajuste algorítmico e armazenados na memória Flash do microcontrolador, alcançando a faixa completa de temperatura e a compensação de erros em toda a escala.
Parâmetros Elétricos e de Proteção
Fonte de energia:A faixa de tensão de entrada do chip de alimentação é de 9 V a 40 V, suportando alimentação convencional de 28 V. Após regulação integrada, a tensão de operação é de 5 V.
Isolamento elétrico:Resistência de isolamento Maior ou igual a 100 MΩ a 100 V DC; o circuito é eletricamente isolado da caixa metálica.
Consumo de energia:Potência operacional nominal<0.6 W; measured power consumption of a mature model in the same series is only 0.3 W, demonstrating excellent low‑power performance.
Classificação de proteção:Projetado para IP65 (conforme GB/T 4208‑2017); os testes reais de modelos semelhantes atingiram IP67, garantindo proteção confiável contra água e poeira.
Especificações principais de desempenho e peso
Precisão de medição:Precisão combinada Menor ou igual a 0,1% FS (fundo de escala). O produto usa um chip de detecção de pressão absoluta com algoritmos maduros de compensação de temperatura e pressão, proporcionando precisão estável.
Peso total:Divisão de peso dos componentes – porta de pressão 50 g, elemento sensor 18 g, invólucro 20 g, tampa final 15 g, conector à prova d’água 15 g, cabo 15 g, placas de circuito 21 g, camada de encapsulamento 20 g. O peso total da unidade é de 174 g, refletindo um design estrutural leve.
Fluxo principal do programa
O PG440 oferece alta precisão, baixo consumo de energia e construção robusta – ideal para monitoramento de profundidade de água doce, água do mar e outros líquidos. Contacte-nos hoje para mais informações ou uma solução personalizada.
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