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Druck在氣象行業中的應用

2021-12-01

Druck也是行業內僅有的幾家擁有完整矽制程能力的壓力產品供應商之一。多學科背景的工程團隊利用ASIC技術、微處理器技術、表面處理技術、封裝技術,結合優異的品控體系和製造能力,為全球使用者提供卓越的壓力測試整體解決方案。
Druck在英國、挪威及中國均設有研發中心及生產基地。可以隨時與Druck銷售、技術支援及售後服務網路取得聯繫,從而獲得最便捷、及時的溝通及服務

 

在氣象站的設計和研發過程中,器件的選擇至關重要。若選擇指標過高的器件,在其帶來的優勢並不明顯的同時將產生較高成本;反之,可能觀測指標無法達到要求,同時使用時高昂的維護成本甚至可能超出其採購成本上的優勢。氣象站中的氣壓計是成本較高的部件之一。本文介紹的TERPS技術所具備的高性能、高可靠性及維護成本優勢,使其成為大氣壓測量器件中的上佳選擇。

 

氣壓測量與TERPS技術

 

業界通常會採用各類感測器進行氣壓測量,但是要滿足最高級別的氣象觀測標準,需要考慮若干技術問題。首先,氣壓測量通常採用絕對壓力參考(即採用真空壓力作為參考)。此外,需要考慮性能上包括精度、長期穩定性和可靠性等要求。第三,使用和維護。在許多類型的應用中,設備可以在使用中隨時進行零點調節,但絕壓設備在這一點上則較難滿足。氣象站在許多時候部署在偏遠地區,往往每年才會進行一次校準,這意味著感測器的長期穩定性指標是保證資料可靠性的重要因素。同時,設備還必須保證在運輸途中和使用現場有能力承受苛刻的使用環境,即環境適應性要求。此外,還需要具備相對較低的成本和短交付週期的條件。

 

Druck RPS/DPS8100系列溝槽刻蝕諧振(TERPS)壓力感測器,不僅在性能指標上可以完全滿足氣象行業最高標準,同時具備優越的長期穩定性、寬使用溫度範圍、高等級的抗衝擊振動性能等優勢。這使其非常適用於一系列對精度和穩定性要求極高的應用。因此,在氣象行業應用中TERPS也成為了非常理想的高精度大氣壓力測量器件。

 

TERPS概覽

 

RPS/DPS8100系列產品所採用的TERPS技術,是Druck半個世紀以來所研發的尖端技術的代表。其融合了最尖端的設計、製造及封裝工藝,相比於上一代矽諧振技術(RPT系列),包括諧振器設計在內的各項設計均進行了不同程度的優化,從而使其在更寬的溫度區間內具備了±0.01%FS的全溫精度及±0.01%FS/年的長期穩定性。一般來說,採用數位補償技術的高端工業級壓力感測器能在-20℃至80℃的補償溫度範圍內達到±0.1%FS的精度。而TERPS則實現了1個數量級的性能提升。TERPS技術除了高精度之外,其優越的長期穩定性和可靠性使其在與其他氣壓測量器件的競爭中具備更好的維護成本優勢。

 

氣象應用中的器件選擇

 

在氣象站設計階段,器件選擇的考量往往包括如下幾點因素。首先,性能等級需要符合例如世界氣象組織(WMO)等所制定的標準。其次,考慮到使用環境的多樣性,需要滿足例如環境溫度要求、防鹽霧要求等。第三,校準週期上的考慮。在不同的使用環境下,校準工作可能輕而易舉,但也可能花費大量成本。因此,超出指標要求的性能設計裕量可以説明延長校準週期。此外通過校準資料的記錄識別出年漂移量較小的設備,可以進一步延長其校準週期,進而節省使用成本。

 

氣象站中的各類器件需要選擇合適的與氣象站通信的資料介面。若採用傳統的模擬量輸出,則可能引入額外的資料獲取設備成本並引入額外誤差。常用的設備間通信介面例如SDI-12或RS485等,支援隨插即用並且可以以較低功耗實現中遠距離通信。短距離通信介面例如I2C等,雖然可以實現更低的功耗但需要更好的集成度。以上各類通信方式在成本、傳送速率、功耗、性能方面各有優劣,在選擇時均可能對整個系統的硬體成本和使用成本產生影響。

 

結語

 

綜上所述,氣象應用中的器件選擇是一個多維度的問題,可以歸納為如下四個方面:性能、介面及功耗、硬體成本、後期維護成本。作為壓力設備供應商,Druck可以提供高性能解決方案(TERPS)及中等性能解決方案,同時可提供定制化服務以滿足使用者的各類產品定制化需求。