Factores como la temperatura y la tensión mecánica pueden tener efectos negativos sobre la estabilidad a largo plazo de los sensores de presión. Sin embargo, los efectos pueden minimizarse mediante pruebas diligentes durante la producción.

Los fabricantes suelen indicar la estabilidad a largo plazo de sus sensores de presión en hojas de datos. El valor dado en estas hojas de datos se determina en condiciones de laboratorio y se refiere al cambio máximo esperado de punto cero y rango de salida en el transcurso de un año. Por ejemplo, una estabilidad a largo plazo de <0,1% FS significa que el error total de un sensor de presión puede deteriorarse en un 0,1 por ciento de la escala total en el transcurso de un año.

Los sensores de presión suelen tardar un tiempo en “asentarse”. Como ya se mencionó, el punto cero y la sensibilidad (señal de salida) son los principales factores que se mencionarán aquí. Los usuarios suelen notar cambios en el punto cero, ya que son fáciles de reconocer y ajustar.

¿Cómo se puede optimizar la estabilidad a largo plazo?

Para lograr la mejor estabilidad posible a largo plazo, lo que significa que solo se producen cambios menores durante la vida útil del producto, el elemento central debe ser el correcto: el chip sensor. Un sensor de presión de alta calidad es la mejor garantía para una funcionalidad óptima a largo plazo. En el caso de los sensores de presión piezorresistivos, este es el chip de silicio sobre el que se difunde el puente de Wheatstone. La base de un sensor de presión estable ya está puesta al comienzo del proceso de producción. Por lo tanto, una calificación diligente del chip de silicio es fundamental para la producción de sensores de presión con una gran estabilidad a largo plazo.

El montaje del sensor también es decisivo. El chip de silicio está pegado a una carcasa. Debido a los efectos de la temperatura y otras influencias, el chip pegado puede moverse y, por lo tanto, también afectar la tensión mecánica ejercida sobre el chip de silicio. La consecuencia son resultados de medición cada vez más inexactos.

La práctica ha demostrado que un sensor nuevo necesita algo de tiempo para estabilizarse realmente, especialmente durante el primer año. Cuanto más antiguo es un sensor, más estable es. Con el fin de mantener al mínimo los desarrollos no deseados y poder evaluar mejor el sensor, se envejece y se somete a algunas pruebas antes de que salga de producción.

La forma en que se hace esto varía de un fabricante a otro. Para estabilizar los nuevos sensores de presión, STS los trata térmicamente durante más de una semana. El “movimiento”, que suele ocurrir en el sensor durante el primer año, se anticipa en gran medida. Por tanto, el tratamiento térmico es una forma de envejecimiento artificial.

Imagen 1: Tratamiento térmico de celdas de medición de presión piezorresistivas

El sensor se somete a más pruebas para caracterizarlo. Esto incluye evaluar el comportamiento del sensor individual a varias temperaturas, así como un tratamiento de presión en el que el dispositivo está expuesto a la sobrepresión deseada durante un período de tiempo más largo. Estas medidas sirven para caracterizar cada sensor individual. Esto es necesario para poder hacer declaraciones fiables sobre el comportamiento del instrumento de medida a diferentes temperaturas ambientales ( compensación de temperatura ).

Por tanto, la estabilidad a largo plazo depende en gran medida de la calidad de la producción. Por supuesto, las calibraciones y los ajustes regulares pueden ayudar a corregir cualquier cambio. Sin embargo, esto no debería ser necesario en la mayoría de las aplicaciones: los sensores producidos correctamente funcionarán de manera realista durante mucho tiempo.

¿Qué importancia tiene la estabilidad a largo plazo?

La relevancia de la estabilidad a largo plazo depende de la aplicación. Sin embargo, es ciertamente de mayor importancia en el rango de baja presión. Por un lado, esto se debe al hecho de que las influencias externas tienen un efecto más fuerte en la señal. Pequeños cambios en la tensión mecánica del chip tienen un mayor efecto en la precisión de los resultados de la medición. Además, los sensores de presión producidos para aplicaciones de baja presión se basan en un chip de silicio cuyo grosor de membrana suele ser inferior a 10 μm. Por lo tanto, se requiere un cuidado especial aquí durante el montaje.

Imagen 2: Vista detallada de un chip de silicona bondend y pegado

A pesar de todos los cuidados, una estabilidad a largo plazo infinita y también una precisión es físicamente imposible. Factores como la histéresis de presión y la histéresis de temperatura no se pueden eliminar por completo. Son, por así decirlo, las características de un sensor. Los usuarios pueden planificar en consecuencia. Para aplicaciones de alta precisión, por ejemplo, la histéresis de presión y temperatura no debe exceder el 0.02 por ciento de la escala total.

También debe mencionarse que las leyes de la física imponen ciertos límites a la estabilidad a largo plazo de un sensor. Es de esperar desgaste en aplicaciones particularmente exigentes, como aplicaciones con altas temperaturas fluctuantes. Las altas temperaturas constantes superiores a 150 ° C eventualmente destruyen el sensor: la capa de metal, que sirve para contactar las resistencias del puente de Wheatstone, se difunde en el silicio y literalmente desaparece.

Por lo tanto, los usuarios que utilicen mediciones de presión en condiciones tan extremas o que exijan el más alto nivel de precisión deben analizar detenidamente las opciones con los fabricantes de antemano.

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