(I) Kernarbeitsprinzip
Ein Tiefensensor gehört zur Kategoriedruckbasierte Tiefensensoren. Sein Kernprinzip beruht auf derhydrostatisches Druckgesetzum die Wassertiefe zu messen. Im Wesentlichen handelt es sich um eine Druckmesseinheit in Kombination mit einem Druck-zu-Tiefe-Umrechnungsalgorithmus.
Je größer die Wassertiefe, desto höher ist der statische Druck, der durch das Gewicht des darüber liegenden Wassers entsteht. Der Sensor misst den Flüssigkeitsdruck genau und rechnet ihn wieder in die tatsächliche Tiefe um. Die hydrostatische Druckformel lautet:P=ρgh
Durch Umstellen der Formel erhält man die Tiefenberechnung:h = P / (ρg)
Wo:
h= gemessene Wassertiefe
P= relativer Flüssigkeitsdruck (nach Abzug des atmosphärischen Drucks)
ρ= Flüssigkeitsdichte (ca.. 1000 kg/m³ für Süßwasser, ca.. 1025 kg/m³ für Meerwasser)
g= Erdbeschleunigung (Standardwert 9,8 m/s²)
Zur schnellen Orientierung: In typischem Süßwasser entspricht jeder Anstieg der Tiefe um 1 Meter einem ungefähren Druckanstieg von 10 kPa. Druck und Tiefe stehen in einem linearen Zusammenhang.
(II) PG440 Tiefensensor – Produktübersicht
Der Tiefensensor PG440 wurde auf der Grundlage unseres hauseigenen Designs entwickeltPiezoresistiver Druckchip aus Silizium, mit spezieller Optimierung für die Meerwassermessung. Es verwendet ein isoliertes Drucksensorelement, um mit dem Messmedium in Kontakt zu kommen. Die gesamte Einheit wird von einem Mikrocontroller gesteuert und verfügt über einen CAN 2.0-Bus zur digitalen Signalübertragung.
Das Produkt besteht aus drei Hauptteilen:mechanische Struktur, Hardware-Schaltkreise und eingebettete Software. Die mechanische Struktur umfasst das Sensorelement, den Druckanschluss, das Gehäuse, die Endkappe, den wasserdichten Stecker und das Verbindungskabel. Die Hardware besteht aus vier Funktionsplatinen. Die eingebettete Software ist in die Signalverarbeitungsplatine programmiert und übernimmt die Datenberechnung und Befehlsinteraktion.
1. Betriebsprozess
Der Sensor wird über ein G1/4 Außengewinde montiert. Die gemessene Flüssigkeit tritt durch den Druckanschluss ein und wirkt auf den integrierten piezoresistiven Sensorchip, wodurch die Drucksignalerfassung abgeschlossen wird. Im Hardware-Schaltkreis kommuniziert der Mikrocontroller über die SPI-Schnittstelle mit dem Signalaufbereitungschip und stellt die Referenzspannung und den Betriebsstrom für das Sensorelement bereit, während er gleichzeitig ADC-Abtastdaten vom Aufbereitungschip liest. Nach der algorithmischen Kompensation und Berechnung werden die Daten in einen Standarddruckwert umgewandelt und über den CAN 2.0-Bus ausgegeben.
2. Mechanischer Montageprozess
Der interne Absolutdruckchip ist mit Silikonkautschuk mit der Basis des druckempfindlichen Elements verbunden.
Die Basis des druckempfindlichen Elements und die Wellmembran sind lasergeschweißt, abgedichtet und mit Öl gefüllt.
Die komplette druckempfindliche Baugruppe ist mit dem Druckanschluss lasergeschweißt.
Der Druckanschluss zum Gehäuse und das Gehäuse zur Endkappe werden beide durch Laserschweißen abgedichtet.
Der wasserdichte Stecker wird über eine Gewindeverbindung an der Endkappe befestigt und gewährleistet so eine insgesamt wasserdichte Leistung.
3. Platinenfunktionen
Das Gerät umfasst vier Funktionsplatinen:
Signaladapterplatine – Wird zur Signalführung und zum Signalübergang an die hinteren Stifte der Messsonde gelötet.
Signalverarbeitungsplatine – Führt die Berechnung, Anpassung und Konvertierung der abgetasteten Rohsignale durch und gibt gleichzeitig analoge Spannung und digitale Signale aus.
Netzteilplatine – Bietet stabile Stromversorgung für alle Schaltungsmodule.
EMV-Platine – Unterdrückt elektromagnetische Störungen und verbessert so die Betriebsstabilität in komplexen Umgebungen.
Druckkalibrierungsschema
Um Temperaturdrift und durch Hardware-Schaltkreise verursachte Fehler zu vermeiden, wird das Produkt von einem speziellen PC-basierten Kalibrierungssystem begleitet, das in Verbindung mit einer Temperaturkammer und Druckkalibrierungsgeräten für eine vollständige Kalibrierung arbeitet. Das System erfasst gleichzeitig Druck-, Temperatur- und ADC-Daten, führt Berechnungen, Signalverstärkung und Parameterkorrektur über den Mikrocontroller und den Konditionierungschip durch und erreicht so letztendlich eine hochpräzise digitale Signalausgabe.
Kalibrierungsverfahren:Sechs typische Temperaturpunkte werden ausgewählt: -10 Grad, 5 Grad, 20 Grad, 40 Grad, 55 Grad und 80 Grad. Bei jeder Temperatur werden fünf Standarddruckniveaus angewendet: 0 MPa, 1,75 MPa, 3,5 MPa, 5,25 MPa und 7 MPa. Unter diesen Bedingungen erfasst das Gerät gleichzeitig die entsprechenden ADC-Werte. Kompensationsparameter werden durch algorithmische Anpassung generiert und im Flash-Speicher des Mikrocontrollers gespeichert, wodurch eine Fehlerkompensation im gesamten Temperaturbereich und im gesamten Maßstab erreicht wird.
Elektrische und Schutzparameter
Stromversorgung:Der Eingangsspannungsbereich des Leistungschips beträgt 9 V bis 40 V und unterstützt eine herkömmliche 28-V-Versorgung. Nach der Bordregelung beträgt die Betriebsspannung 5 V.
Elektrische Isolierung:Isolationswiderstand größer oder gleich 100 MΩ bei 100 V DC; Der Schaltkreis ist elektrisch vom Metallgehäuse isoliert.
Stromverbrauch:Nennbetriebsleistung<0.6 W; measured power consumption of a mature model in the same series is only 0.3 W, demonstrating excellent low‑power performance.
Schutzart:Entwickelt für IP65 (gemäß GB/T 4208-2017); Bei tatsächlichen Tests ähnlicher Modelle wurde IP67 erreicht, was einen zuverlässigen Wasser- und Staubschutz gewährleistet.
Kernleistungs- und Gewichtsspezifikationen
Messgenauigkeit:Kombinierte Genauigkeit Weniger als oder gleich 0,1 % FS (Vollausschlag). Das Produkt verwendet einen Absolutdruck-Sensorchip mit ausgereiften Temperatur- und Druckkompensationsalgorithmen und liefert so eine stabile Genauigkeit.
Gesamtgewicht:Aufschlüsselung des Komponentengewichts: Druckanschluss 50 g, Sensorelement 18 g, Gehäuse 20 g, Endkappe 15 g, wasserdichter Stecker 15 g, Kabel 15 g, Leiterplatten 21 g, Vergussschicht 20 g. Das Gesamtgewicht der Einheit beträgt 174 g, was auf ein leichtes Strukturdesign zurückzuführen ist.
Hauptprogrammablauf
Der PG440 bietet hohe Genauigkeit, geringen Stromverbrauch und eine robuste Konstruktion – ideal für die Tiefenüberwachung von Süßwasser, Meerwasser und anderen Flüssigkeiten. Kontaktieren Sie uns noch heute für weitere Informationen oder eine maßgeschneiderte Lösung.
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