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基于LPS22HH 数字气压传感器:系统硬件集成指南

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STMCU小助手 发布时间:2023-4-22 19:49
引言
本应用笔记的目的是提供硬件集成指南,用于将 LPS22HH 气压传感器集成到最终应用中。
LPS22HH 数字气压传感器:系统硬件集成指南

1系统集成
将 LPS22HH 气压传感器和温度传感器集成到应用系统,例如便携式设备(例如智能手机和可穿戴设备)、气象站或工业设备中时,应不损害传感器性能。在执行系统集成时,可以考虑主要的机械和几何参数以及影响传感器性能的因素,从而优化这些参数和因素。
下图描述了典型传感器集成案例,其中传感器的实施例设计必须使被测环境的气压(Px)和温度(Tx)条件与代表空气入口附近的传感器感应区域周围条件的(Ps, Ts)尽可能一致。

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因此,为了获得可靠且一致的测量结果,必须确定机械设计中涉及的所有参数,以使传感器尽可能暴露于外部环境,并获得更快的响应速度(就气压和温度而言),从而符合要求达到的设计规范。
“被测环境”条件的任何变化必须在传感器报告的测量值上得到一致反映,当气压和温度快速变化时同样如此。因此,集成设计必须保证环境条件与感应区域的条件相互匹配,无论在“稳定状态”(静态条件)下还是在动态条件下。
被测条件和传感区域周围条件之间的偏差还受到热源(来自靠近传感区域的其他设备或传感器本身)的影响。温度变化十分重要,因为它不仅影响温度,还会导致气压偏差,并使系统响应速度变慢。
基于上述考虑,设计优化包括确定以下主要主题:
1.传感器在系统中的适当位置
2.传感器的实施例和防护
3.在恶劣环境下,传感器室提供的防尘、防水或化学溶剂防护
本文档的下一小节将进一步描述这些要素。


2机械设计规则
对于机械设计,下面几节描述了主要的限制和要考虑的特性,并提供了一组基本规则,例如将传感器成功集成到最终应用环境的良好设计原则。

2.1传感器放置
传感器的放置会从环境暴露、热传导和机械应力方面直接影响传感器的性能。

2.1.1环境暴露

为了尽可能暴露在需要测量气压和温度的环境中,必须使传感器处于静态和动态工作条件下。
在静态条件(或稳定状态)下,气压和温度环境及其稳定性变化后,感应条件必须与被测条件一致,或者非常接近目标值,具体取决于应用容许误差和规范。
在动态条件下,当被测条件快速变化时,传感器必须能够提供可靠的测量值输出以便跟踪环境动态。在传感器集成设计结束时,将修改整体响应时间,并且最终性能应符合目标规范。一般而言,目标是设计的响应时间不能慢于产品规范。为了使系统集成后静态和动态条件下的传感器性能最大化,建议使用下列指南(取决于设计规范),同时参考图 2:
1.以尽可能暴露于被测环境为目标放置传感器,并尽可能靠近通风孔
2.空气不流动的空间过大会延长响应时间,对气压响应时间的影响明显;因此,建议尽可能减少不流动空间的体积,尝试根据传感器的几何参数定制外壳。
3.通风孔应尽可能大。
4.通风孔的深度必须尽可能小。
作为设计集成的参考,图 2 描述了上述建议的示例。为了将环境暴露最大化,从而缩短响应时间,应将传感器周围的体积(空气不流动空间的体积)最小化,并使通风孔尺寸具有与感应区域相同的数量级。增加了过滤膜保护,来保护传感器免受水或恶劣环境的侵蚀。

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另一种实施例(成本更高,但传感性能更高效)是带有气流结构的设计,如下图所述。带有多个通风孔的设计是一种成本更高的解决方案,但可提供更快的响应时间(具体取决于设计规格)。

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必须强调的是,即使在将传感器用于最后应用中时未考虑设置任何专用孔(通风孔),也能正常工作,除非没有密封。上述设计指南的目的是为了实现最高性能。

2.1.2热传导
传感器附近存在的热源会改变气压和温度测量值,并在感应区域周围形成温差,影响静态和动态条件下的正确测量,从而降低传感器性能。
我们推荐的设计指南旨在避免这种效应,我们注意到不断升高的温度会影响性能,但 LPS22HH 器件的集成温度补偿功能可以大大降低这种影响。
从物理角度而言,这些局部热源相当于与 LPS22HH 热模型并联的热容器,并且它们可能影响局部温度,使之不同于环境温度。
根据热源位置和热传导机制,我们可以区分与不同机制有关的热传导,如下文所述。
热对流
传感器周围的局部热源可能通过热辐射影响气压和温度测量。
典型热源如下:
靠近气压传感器的其他传感器和器件;
电源管理器件;
• GPS 模块;
处理器和微控制器;
• LCD 显示器,尤其会在环境和系统内部空气不流动空间之间产生显著的温差。
因此,必须将传感器放置在与这些热源相隔正确距离的位置,为保证合适的隔热措施,建议按照图 4 中的描述,在实施例内部采用隔热结构。另外,还建议根据特定布局,让通风孔靠近热源以充当冷却通道。

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如传感器外壳截面图图 5 所示,左侧为有隔热结构的正确设计;热源远离传感器且热防护结构位于中间。右侧描述
了错误设计,附近元件的热辐射会导致传感器发热。


完整版请查看:附件
AN5227 LPS22HH 数字气压传感器 系统硬件集成指南.pdf (1.04 MB, 下载次数: 0)
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