Сравнительный Анализ Конструкций и Характеристик Датчиков.
Введение.
Для осуществления идеи по разработке устройства, регулирующего уровень
минеральной воды в скважине с помощью датчика давления, очевидно, нужно
было провести патентный поиск, а также сравнительный анализ конструкций
и характеристик датчиков, что и было проделано мною. Полученные и
переведенные с английского языка данные представлены в этом разделе.
Мною была предпринята попытка анализа и систематизации данных, которые
для удобства пользователя сведены в таблицы.
Датчики семейства Senseon фирмы Motorola включают в себя широчайший
набор миниатюрных кремниевых датчиков ускорения, давления, а также
химических датчиков. Миниатюрные кремниевые датчики имеют следующие
преимущества:
Высокая надежность
Безукоризненная точность и постоянство всех рабочих характеристик
Высокая технологичность
ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ
Датчики давления семейства Senseon выбирают производители медицинского
и промышленного оборудования по всему миру. Они долговечны, точны и
надежны, и вскоре вы обнаружите их в своей машине, в промышленном и
сельскохозяйственном оборудовании, на душных и пыльных конвейерах, в
вашем доме и в ближайшем магазине запчастей.
Основное устройство.
Датчик давления фирмы Motorola разработан с использованием монолитного
кремниевого пьезорезистора, который генерирует изменяющееся в
зависимости от величины давления напряжение на выходе. Резистивный
элемент, который представляет собой датчик напряжений, ионно
имплантирован в тонкую кремниевую диафрагму. Малейшее давление на
диафрагму приводит к изменению сопротивления датчика напряжений, что в
свою очередь изменяет напряжение на выходе пропорционально приложенному
давлению. Датчик напряжений является составной частью диафрагмы,
благодаря чему устраняются температурные эффекты, возникающие из-за
разницы в тепловых расширениях датчика и диафрагмы. Параметры на выходе
самого датчика деформаций зависят от температуры, так что при
использовании в диапазоне температур, превышающих допустимые значения,
требуется компенсация. В узких диапазонах температур, например от 00С до
850С, в этом качестве может быть использована простая резисторная схема.
В диапазоне температур от –400С до +1250С потребуются расширенные
компенсационные схемы.
Действие.
Датчики абсолютного давления измеряют внешнее давление относительно
вакуума (нулевого давления), который запечатывается в эталонную камеру
при производстве датчика.
Датчики дифференциального давления измеряют разницу между давлениями,
одновременно приложенными к противоположным сторонам диафрагмы.
Датчики шаблонного давления, это частный случай датчика
дифференциального давления. В качестве одного из давлений, приложенных к
диафрагме, берется атмосферное давление.
Система цифровой маркировки датчиков давления.
MPX Y # # ### ZZZZ
MPX– Motorola Pressure X-ducer (Запатентованная Моторолой технология
измерения давления)
Y- Вариант исполнения:
– Универсальный
В Заднее расположение клапана
D Двойное расположение клапана
S Поверхностной установки
Т Верхнее расположение клапана
#- Устойчивый к внешней среде (9)
#- Семейство:
– Основной элемент
2 Компенсированные и калиброванные
4,5 С преобразованием сигнала
7 С высоким полным сопротивлением
###- Максимальное давление (кПа)
ZZZZ- Тип измерения/ Наличие специализации:
А Абсолютный элемент
АР Абсолютный специализированный
AS Абсолютный специализированный типа печной трубы
D Дифференциальный и шаблонный элемент
DP Дифференциальный, двойной, специализированный
GP Шаблонный специализированный
GVP Шаблонный вакуумный специализированный
GS Шаблонный специализированный типа печной трубы
GVS Шаблонный вакуумный типа печной трубы
GSX Шаблонный вакуумный специализированный, осевой
GVSX Шаблонный вакуумный специализированный типа печной трубы,
осевой
GVW Шаблонный вакуумный, водонепроницаемый
Некомпенсированные
Серия Максимальный уровень давления
Избыточное давление(kПa) Допустимое отклонение (mV) (Обычно) Полный
диапазон (mV) (Обычно) Чувствитель
ность (mV/kПa) Линейность % от полного диапазона
Psi кПа
(Min) (Max)
MPX10D 1.45 10 75 20 35 3.5 -1.0 1.0
MPX50D 7.3 50 200 20 60 1.2 -0.25 0.25
MPX100D, A 14.5 100 200 20 60 0.6 -0.25 0.25
MPX200D, A 29 200 400 20 60 0.3 -0.25 0.25
MPX700A 100 700 2800 20 60 0.086 -1.0 1.0
MPX700D 100 700 2800 20 60 0.086 -1.0 1.0
MPX906D 0.87 6 100 20 20 3.3 -0.50 2.0
Компенсированные и калиброванные (на чипе)
MPX2010D 1.45 10 75 ±1.0 25 2.5 -1.0 1.0
MPX2050D 7.3 50 200 ±1.0 40 0.8 -0.25 0.25
MPX2052D 7.3 50 200 ±0.1 40 0.8 -0.55 0.25
MPX2100A 14.5 100 400 ±2.0 40 0.4 -1.0 1.0
MPX2100D 14.5 100 400 ±1.0 40 0.4 -0.25 0.25
MPX2200A 29 200 400 ±1.0 40 0.2 -1.0 1.0
MPX2200D 29 200 400 ±1.0 40 0.2 -0.25 0.25
MPX2700A 100 700 2800 ±1.0 40 0.057 -0.5 0.5
С высоким полным сопротивлением (на чипе)
MPX7050D 7.3 50 200 ±1.0 40 0.8 -0.25 0.25
MPX7100A 14.5 100 400 ±2.0 40 0.4 -1.0 1.0
MPX7100D 14.5 100 400 ±1.0 40 0.4 -0.25 0.25
MPX7200A 29 200 400 ±2.0 40 0.2 -1.0 1.0
MPX7200D 29 200 400 ±1.0 40 0.2 -0.25 0.25
Компенсированные и калиброванные (на чипе). Медицинский класс.
Серия Максимальный уровень давления
Напряжение питания
(V dc) Допустимое отклонение, mV (Max) Чувствительность (µV/V/mmHg)
Полное выходное сопротивление Ом (Max) линейность % от полного диапазона
psi кПа
(Min) (Max)
MPX2300DT1 5.8 40 6.0 0.75 5.0 330 -2.0 2.0
С преобразованием сигнала (на чипе)
Серия Максимальный уровень давления
Избыточное давление (kПa) Полный диапазон mV (Обычно) Чувствительность
(mV/kПa) Точность
(0-85°C) % от полного диапазона
Psi kПa
MPX4100A 15.2 105 400 4.59 54 ±1.8
MPX4101A 14.7 102 400 4.59 54 ±1.8
MPX4115A 16.6 115 400 4.59 45.9 ±1.5
MPX4250A 36.2 250 400 4.69 20 ±1.5
MPX5010D 1.45 10 75 4.5 450 ±5.0
MPX5050D 7.3 50 200 4.5 90 ±2.5
MPX5100A 16.6 115 400 4.5 45 ±2.5
MPX5100D 14.5 100 400 4.5 45 ±2.5
MPX5500D 72.5 500 2000 4.5 9.0 ±2.5
MPX5700D 100 700 2800 4.5 6.0 ±2.5
MPX5999D 150 1000 4000 4.7 5.0 ±2.5
Серия MPX900 (Некомпенсированные) (Устойчивые к воздействию водяных
паров)
Тип устройства Возможные системы измерения Возможные исполнения Диапазон
давлений
От 0 до 0.87 PSI (от 0 до 6 kПa)
6-ти штырьковый основной элемент Дифференциальная Case 867-07 MPX906D
6-ти штырьковый специализирован
ный элемент Шаблонная Case 867H-03 MPX906GVW
Классификация датчиков по диапазону измеряемого давления
700 MPX700GVSX Некомпенсированный
200 MPX200DP Некомпенсированный 700 MPX2700D С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GP Некомпенсированный 700 MPX2700DP С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GVP Некомпенсированный 700 MPX2700GP С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GS Некомпенсированный 700 MPX2700GVP С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GVS Некомпенсированный 700 MPX2700GS С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GSX Некомпенсированный 700 MPX2700GVS С темп. комп/ калибр.
200 MPX200GVSX Некомпенсированный 700 MPX2700GSX С темп. комп/ калибр.
200 MPX2200A С темп. комп/ калибр. 700 MPX2700GVSX С темп. комп/ калибр.
200 MPX2200AP С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700D С преобр. сигнала
200 MPX2200AS С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700DP С преобр. сигнала
200 MPX2200ASX С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GP С преобр. сигнала
200 MPX2200D С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GVP С преобр. сигнала
200 MPX2200DP С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GS С преобр. сигнала
200 MPX2200GP С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GVS С преобр. сигнала
200 MPX2200GVP С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GSX С преобр. сигнала
200 MPX2200GS С темп. комп/ калибр. 700 MPX5700GVSX С преобр. сигнала
200 MPX2200GVS С темп. комп/ калибр.
200 MPX2200GSX С темп. комп/ калибр. 1000 MPX5999D С преобр. сигнала
Основные некомпенсированные
Серии МРХ 10, 12, 50, 100, 200, 700, 906
Датчики этих серий некомпенсированные, имеют низкую стоимость и
позволяют конструкторам разрабатывать и добавлять свои собственные
внешние схемы компенсации и преобразования сигнала. Их основное различие
– это диапазон измеряемых давлений: от 6 kПа (серия МРХ 906) до 700 kПа
(серия МРХ 700).
Калиброванные с температурной компенсацией
Серии МРХ 2010, 2012, 2050, 2052, 2100, 2101, 2200, 2201, 2300, 2700
Датчики этих серий имеют температурную компенсацию и калибровку, что
повышает их точность, линейность измерений (линейность зависимости между
прилагаемым давлением и напряжением на выходе), а также их стоимость.
С преобразованием сигнала
Серии МРХ 4100, 4101, 4115, 4250, 5010, 5050, 5100, 5500, 5700, 5999
Датчики этих серий более совершенны и применяются в двигателях
внутреннего сгорания (серии МРХ 4100, 4101, 4250) для вычисления
количества топлива, необходимого каждому цилиндру, а также для измерения
абсолютного давления воздуха в барометрах и альтиметрах.
С высоким полным сопротивлением
Серии МРХ 7050, 7100, 7200
Датчики этих серий сочетают в себе все преимущества серии МРХ 2000
(температурная компенсация и калибрация на чипе) с высоким полным
входным сопротивлением (обычно 10 kОм), что делает их незаменимыми в
переносных устройствах, работающих на аккумуляторах. Эти датчики могут
использоваться в приборах, требующих точного определения давления при
малом потреблении энергии, таких как переносное медицинское оборудование
и т.п.
ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ
Датчики ускорения фирмы Motorola имеют внутреннее усиление сигнала, его
преобразование, 4-ех полюсный фильтр нижних частот, а также
температурную компенсацию. Устройство предлагается в двух исполнениях,
что позволит воплотить любые конструкторские замыслы. Внутри датчика
находится единая сейсмическая масса поликристаллического кремния,
подвешенная между двумя пластинами из поликристаллического кремния
(G-cell). Силы ускорения сдвигают сейсмическую массу, вызывая тем самым
изменение емкости. G-cell запечатан на кристаллическом уровне, что
создает чистую среду без каких-либо частиц.
Эти датчики ускорения идеально подходят для определения и записи
автомобильных катастроф, отслеживания вибрационного фона и т.д.
Система цифровой маркировки для датчиков ускорения.
XM M A S 40G 10 D
XM- Моторола X-ducer
M- Миниатюрный
А- Измеритель ускорения
S- Датчик
40G- Диапазон измерения
10- Допуск на чувствительность переменного тока
D- Исполнение
Серия Диапазон Чувствительность Частота/ Полоса частот, Гц Потребляемый
ток, µA Начальное напряжение, V
XMMAS500G10D (500g 3.2 mВ/g 700 5 2.7
XMMAS500G10D (500g 3.2 mВ/g 700 5 2.7
XMMAS250G10D (250g 6.5 mВ/g 700 5 2.9
XMMAS250G10S (250g 6.5 mВ/g 700 5 2.9
XMMAS40G10S (40g 40 mВ/g 400 5 2.9
ХMMAS40G10D ±40g 40 mВ/g 400 5 2.9
ХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ
Новейшими датчиками семейства Senseon стали химические датчики. Они
способны определять наличие химикалий, включая моно оксид углерода (СО),
метан (СН4), а также различные летучие газы в домах, офисах,
производственных помещениях, шахтах и туннелях. Эти датчики позволят
обнаружить присутствие одних из самых опасных химикалий в воздухе и
воде.
CO Датчики серии MGS1100
СО – датчики фирмы Motorola серии MGS1100 разработаны в соответствии с
большинством требований к определителям CO в помещениях (UL 2034).
Датчики серии MGS1100 снабжены решетками из нержавеющей стали и активным
угольным фильтром для защиты его элементов от повреждений, а также для
выборочного отсеивания примесных газов. CO выделяется при неполном
сгорании топлива в нагревательном оборудовании, а также в оборудовании
предназначенном для приготовления пищи, таком как печи и газовые плиты.
При возникновении неисправностей это оборудование может работать с
выделением опасного количества CO.
Метановые (CH4) датчики серии MGS1200
Датчики серии MGS1200, производимые фирмой Motorola, сконструированы на
основе той же технологии химического улавливания с ее модернизацией в
сторону увеличения селективности и чувствительности к метану. Метановые
(СН4) датчики фирмы Motorola могут быть использованы в таких целях, как
обнаружение присутствия малых количеств природного газа в домах. Среди
других возможных применений метановых датчиков можно назвать
легковоспламеняющиеся газы, множество типов растворителей и других
летучих органических соединений.
КРЕМНИЕВЫЕ ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Кремниевые датчики температуры предназначены для определения
температуры и могут быть использованы при производстве автомобилей,
потребительских и промышленных товаров, требующих малой себестоимости и
высокой точности.
Высокая точность показаний даже при экстремальных температурах MTS102:
(20C в диапазоне от -400С до +1500С
Точный температурный коэффициент
Быстрота определения температуры:
3 секунды — в жидкости
8 секунд — в воздухе
Линейная зависимость VBE от Температурной кривой
Возможность различных исполнений
Максимальные показатели
Показатель Обозначение Величина Единицы
Напряжение между эмиттером и базой VEB 4.0 В, dc
Ток на коллекторе (5) IC 100 MA, ac
Температурный диапазон работы и хранения TJ, Tstg От –55 до +150 0С
MTS102 MTS103 MTS105
Электрические характеристики (ТА (рабочая температура)= 250С, если не
указана другая)
Показатель Обозначение Min величина Обычная величина Mах величина
Единицы
Напряжение питания VS -0.2 – 35 В, dc
Напряжение на выходе VOUT -1.0 – 6 В, dc
Ток на выходе IO – – 10 MA, dc
Напряжение пробоя между эмиттером и базой
(IE= 100 mA, IC= 0) VBR(EBO) 4.0 – – В, dc
Напряжение между базой и эмиттером
(IC= 0.1 mA) VBE 580 595 620 MB
Сопоставление напряжения между базой и эмиттером(1)
(IC=0.1 mA,
TA= 25 ( 0.05 0C) (VBE
MTS102
MTS103
MTS105
-3.0
–4.0
–7.0
–
–
–
3.0
4.0
7.0 MB
Сопоставление точности показаний температуры(2)
(T1= -40, T2= +150
TA= 25 ( 0.05 0C) (T
MTS102
MTS103
MTS105
-3.0
–3.0
–5.0
3.0
3.0
5.0 0C
Температурный коэффициент(3,4)
(VEB= 595 mB,
IC= 0.1 mA) TC -2.28 -2.265 -2.26 MB/0C
Время измерения температуры ( TH
жидкость
воздух
–
–
3.0
8.0
–
– С
Зависимость ТС от VBE при 250С(4) (TС/(VBE – 0.0033 – mV/0C mV
Механические характеристики
Показатель Обозначение Min величина Обычная величина Mах величина
Единицы
Вес – – 87 – Грамм
Примечания:
Все изделия одной группы или исполнения будут соответствовать допуску по
VBE, указанному в таблице электрических характеристик. На каждом изделии
будет указана средняя величина VBE для данной группы.
Все изделия группы будут работать с определенной температурной
точностью. Имеются в виду изменения значений ТС, VBE и нелинейность в
диапазоне температур от –40 до +150 0С. Обычно, величина нелинейности в
пределах этого диапазона составляет менее ±1°C.
ТС, определенный с помощью обратной наиболее линейной зависимости VBE от
температуры из диапазона –40 /+150 0С при номинальной величине VBE = 595
mB при 250С. В случае других номинальных значений VBE величина ТС должна
быть откорректирована в соответствии с зависимостью ТС от VBE.
В случае номинальных значений VBE отличных от 595 mВ при 250С, нужно
скорректировать ТС в соответствии с уравнением TC = –2.265 + 0.003 (VBE
– 595), где VBE указывается в mВ, а ТС – в mВ/ 0С. Точность полученного
значения ТС обычно составляет ±0.01 mВ/ 0C.
Максимальная точность температуры достигается при IC, не превышающем 2
mA.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
