Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Цифровые датчики температуры




Цифровые датчики температуры предназначены для измерения и мониторинга температуры собственного корпуса и температуры удаленного объекта. Во втором случае измерение производится при помощи внешних термодатчиков (кремниевых диодов). Цифровые датчики объединяют на кристалле кремниевый термодатчик, АЦП (до 14 бит), регистры верхнего и нижнего значения собственной температуры и температуры удаленных датчиков, регистры конфигурации и гистерезиса, аналоговые компараторы, логику управления и реализации протоколов последовательной передачи данных (SPI, SMBus, I2C) и стабилизатор питания. Цифровые датчики температуры, обладают невысокой стоимостью, компактным исполнением и низким током потребления. Они позволяют просто и эффективно решить задачу отслеживания температуры важных компонентов устройства (силовые ПП модули и транзисторы, процессоры, обмотки двигателей и т. д.) и при возникновении перегрева сформировать сигнал тревоги или прерывания. Основным достоинством этих датчиков является сверхмалое потребление энергии и миниатюрное исполнение. У некоторых ИМС этого семейства имеется схема слежения, формирующая сигнал тревоги, при переходе измеряемой температуры за определенное пользователем пороговое значение. Отдельные атчики имеют возможность выбора пользователем разрядности АЦП, и соответственно времени преобразования.

Для примера приведены параметры датчиков этого класса фирмы Texas Instruments

Наименование Температур-ный диапазон, °С Интер-фейс Точность. ±°C АЦП, Olli "пит В 'пир мкА SHUT DOWN PROG SET2 Тип корпуса
ТМР100 -55...+125 І2С SMBus 3,0 9...12 2,7... 5,5 I 45 + + SOT23-6
ТМРЮО-ЕР -55...+125 I2C SMBus 3,0 9...12 2,7... 5,5 45 + + SOT23-6
ТМР101 -55...+125 I2C SMBus 3,0 9...12 2,7... 5,5 45 + + SOT23-6
ТМР121 -40...+125 SPI 2,0 12 2,7.5,5 35   + SOT23-6
ТМР122 -40...+125 SPI 2,0 9...12 2,7... 5,5 50 + + SOT23-6
ТМР123 -55...+125 SPI 2,0 12 2,7... 5,5 35     SOT23-6
ТМР124 -40...+125 SPI 2,0 9...12 2,7... 5,5 50 + + SO-8
ТМР125 -40...+125 SPI 2,0 10 2,7... 5,5 50 + + SOT23-6
ТМР141 -40...+125 One-wire 3,0 10 2,7... 5,5 110   + SOT23-6, MSOP-8
ТМР175 -40...+125 I2C SMBus 1.5 9...12 2,7... 5,5 50 + + SO-8
ТМР75 -40...+125 I2C SMBus 2,0 9...12 2,7... 5,5 50 + + MSOP-8, SO-8

 



Кремниевые PTC термисторы

 

Кремниевые PTC термисторы Philips Semiconductors хорошо известны на российском рынке датчиков. Они зарекомендовали себя как надежные и недорогие приборы, имеющие относительно невысокую погрешность преобразования, вполне приемлемую для большинства приложений. Производственная линейка включает несколько семейств, члены которых различаются по конструктивным признакам, электрическим характеристикам и точности.

 

Термисторы Philips Semiconductors производятся по уникальной технологии "разветвляющихся сопротивлений" и упаковываются в стандартные типы корпусов (SOT-23, SOT-70 и DO-34).

 

Термопредохранители

 

Термопредохранители представляют собой электромеханические термовыключатели с фиксированной температурой срабатывания. Также имеет место такое название, как "мотор-протекторы". Применяются для защиты от перегрева и от перегрузки по току обмоток одно и трех фазных электродвигателей переменного, а также постоянного тока. Основные области применения - это бытовая и промышленная техника и автомобилестроение. Это электродвигатели для стиральных машин, центрифуг, пылесосов, холодильных компрессоров, насосов, соковыжималок, миксеров, кухонных комбайнов, фенов, моечных машин, сушилок, газонокосилок, электропил и электроинструмента, тепловентиляторов, автомобильные двигатели приводов стеклоочистителей, воздушной заслонки, стеклоподъемников и дверных замков, различного рода насосов. Также к области применения относятся балласты люминесцентных ламп и ламп высокого давления (HID), а также силовые трансформаторы, соленоиды, зарядные устройства, нуждающиеся в защите от перегрузки и перегрева.

 

Термостаты отличаются от термопредохранителей в основном тем, что обеспечивают размыкание либо замыкание контактов только в результате воздействия внешней температуры на биметаллический диск. То есть они не предназначены для того, чтобы производить коммутацию силовой цепи также и по превышению тока, проходящего через термостат. Типичное применение термостатов - газовые и электрические бойлеры, СВЧ печи, электрические маслорадиаторы, тепловые пушки, электронагреватели, системы "NO FROST" современных холодильников.

 

o широкий диапазон температур срабатывания: от -54°С до +290°С;

o большая номенклатура нагрузочных токов;

o полная изоляция от воздействия окружающей среды;

o большая ударная и вибростойкость;

o соответствие стандартам MIL-PRF-24236, UL, CSA и других международных организаций;

o мгновенное срабатывание (замыкание или размыкание контактов);

o миниатюрные размеры;

o предустановленное значение температуры срабатывания, не подлежащее регулировке в процессе эксплуатации;

o высокая надежность, большое число срабатываний;

o заказные варианты исполнения корпуса и типов крепления.



Лекция №11.

Тема лекции:Датчики давления в системах автоматики.

Цель лекции: Знакомство с многообразием принципов действия датчиков давления систем судовой автоматики. 

 

1. Жидкостные приборы

Принцип действия основан на законе Паскаля: уровни жидкостей
в сообщающихся сосудах при одинаковых давлениях в обоих сосудах лежат в одной горизонтальной поверхности т.е. при Р1 = Р2 Н1 = Н2.

а) U - образный манометр

Под действием давления Рабc подведенному к одному из концов прибора образуется разность уровней h.

Тогда Рабс = Ратм + h*ρ*g.

Ризб = Рабс - Ратм = h*ρ*g.

где ρ - плотность рабочей жидкости

g - ускорение свободного падения.

Погрешность равна ±2 мм столба рабочей жидкости.

 

 

 

б) Чашечный манометр с наклонной трубкой
(разновидность U - образного манометра)

Принцип что и у U - манометра.

Длина шкалы 250 мм. Цена деления 1 мм.

 

2. Деформационные приборы (манометры)

В промышленности получили широкое распространение. Диапазон измерений 0-160 Па; 0-1000 МПа.

Принцип действия: уравновешивание измеряемого давления силами упругих деформаций чувствительных элементов (трубчатая пружина [трубка Бурдона], мембрана, сильфон).

 а) трубчатая пружина. Изменение давления Р вызывает деформацию трубки и перемещение ее свободного конца. (При подаче на вход манометра Ризб трубка разжимается, а при подаче разрежения сжимается).

 

б) мембрана. Изготавливается в виде тонкой пластинки из нержавеющей стали, резины, пластмассы.

Недостаток: небольшой ход чувствительного элемента

 

 в) сильфон - гофрированный тонкостенный сосуд, выполненный из упругого материала (латунь, коррозионностойкая сталь). Обычно число гофр 4-24.

Длина 13-100 мм. Диаметр 12-100 мм. Рабочий ход сильфона 2-21 мм.

 

Для всех трех случаев: ∆h = k*∆Р

где k - коэффициент усиления трубчатой пружины,      мембраны или сильфона, соответственно.

Деформация чувствительных элементов может преобразовываться в электрический сигнал с помощью преобразователей перемещений (потенциометрического, индуктивного, емкостного, тензометрического).

3. Грузопоршневые приборы

Принцип действия: основан на уравновешивании сил, создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны грузом и поршнем.

О величине давления судят по величине не массы грузов и поршня, а по перемещению поршня.

Высокая точность (кл. точности 0,02..0,2).

Широкий диапазон (0,1..100 МПа).

Применение: в основном для поверки и градуировки.

 

 

Различают следующие типы преобразователей давления:

o абсолютного давления, Р1 равно давлению вакуума (т.е. оно равно нулю), а Р2 – измеряемое давление;

o дифференциального давления, измеряют разность давлений Р1 и Р2. (Часто применяется для измерения расхода в расходомерах переменного перепада);

o избыточного давления, измеряют отклонения давления Р1, от атмосферного Р2, это отклонение может быть как больше нуля, так и меньше.

 

В большинстве случаев автоматические измерительные преобразователи давления создаются на основе упругих чувствительных элементов – сильфонов и мембран. Сильфон можно соединить с движком потенциометра.

 

Мембрана присоединяется к кристаллу кварца, электроду конденсатора или дифференциальному трансформатору. Благодаря пьезоэлектрическому эффекту деформированный кварцевый кристалл генерирует разность потенциалов. Изменение емкости конденсатора, присоединенного к мембране, можно измерить каким-либо электрическим методом. Дифференциальный трансформатор выдает электрический сигнал пропорциональный перемещению мембраны.

 

В основе работы тензорезистора лежит эффект, заключающийся в изменении активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов при их механической деформации.

 

Сегодня полупроводниковые датчики давления — одно из наиболее динамично развивающихся направлений в области электроники. В мире насчитывается больше сотни компаний, занятых производством полупроводниковых датчиков давления различного применения. Изделия этих фирм-производителей имеют примерно равное качество, а аналогичные типы приборов находятся в одной ценовой категории.

Основой современных датчиков давления является тензочувствительный элемент. Это, как правило, четыре идентичных пьезорезистора, имплантированных в канавки, вытравленные на поверхности кремниевой мембраны и соединенных по мостовой схеме.

Внешнее давление вызывает деформацию мембраны, что приводит к разбалансировке моста. Значение создаваемого напряжения рассогласования (полезный сигнал) прямо пропорционально приложенному давлению. Этот принцип заложен в основу работы любого датчика, но на нем и заканчивается сходство. Дело в том, что теперь выпускаются приборы для применения в самых разных областях (начиная от схем контроля засорения фильтра бытового пылесоса до измерителей давления эксплуатационных жидкостей летательных аппаратов) с различными электрическими, конструктивными, климатическими и ценовыми характеристиками. Большое разнообразие конструктивных исполнений, широчайший диапазон измерения (от нескольких десятков миллиметров водяного столба до сотен атмосфер), способность работать в различных средах, в том числе агрессивных, все варианты стандартных выходных сигналов, наличие прецизионных моделей плюс гибкая ценовая политика предоставляют разработчику неограниченную свободу выбора датчика практически для любой области применения.

 

 

Чтобы получить четкое и систематизированное представление сразу обо всей линейке датчиков давления, необходимо провести классификацию компонентов по основным признакам, а именно: по типу и величине измеряемого давления, типу измеряемой среды и выходного сигнала.


Типы измеряемого давления

 Любой датчик всегда измеряет разницу давлений, подведенных с разных сторон мембраны. При этом, как правило, одно из них должно быть подведено через порт подвода. Это давление обычно прилагается со стороны пьезорезистивного моста мембраны. Давление, используемое с противоположенной стороны мембраны, определяет тип датчика и является опорным. Производятся датчики для измерения всех
существующих типов давления: абсолютного, дифференциального, избыточного и вакуума. Существует множество так называемых двунаправленных моделей, способных измерять одновременно как разрежение, так и избыточное давление с одной стороны мембраны (одним портом).


Типы выходного сигнала

Тип выходного сигнала датчика давления определяет степень его
интеграции. По этому признаку все модели можно разделить на три большие
группы: базовые, термокомпенсированиые с заводской калибровкой смещения и диапазона и термокомпенсированные с заводской калибровкой и нормализованным выходным сигналом.

Изображённая выше структура называется базовой и является самой простой и недорогой. Характерным ее недостатком является сильная зависимость характеристики преобразования от температуры и большой разброс напряжения смещения от образца к образцу.

 

Несмотря на это, производится ряд семейств по базовой схеме. Высокий спрос на такие приборы обусловлен тем, что существует множество приложений, где нет необходимости в точном измерении, а требуется лишь грубая оценка. Здесь можно значительно сэкономить на стоимости изделия. Другой причиной такого спроса являются специфические требования к датчику по точности, стабильности, типу выходного сигнала и конструктивному исполнению, которым порой не может удовлетворить даже полностью законченный интегрированный прибор. И одним из возможных выходов из ситуации является проектирование на основе базового преобразователя собственного уникального изделия.

 Термокомленсированные и калиброванные датчики давления отличаются от базовых более сложной структурой чувствительного элемента. Они дополнительно содержат набор тонкопленочных термисторов и резисторов, расположенных на том же кристалле, что и диафрагма, сопротивление которых подгоняется лазером в процессе изготовления сенсора. В установленном диапазоне рабочих температур (как правило, 0...+85°С) выходной сигнал таких датчиков значительно стабильнее, а разброс начального напряжения смещения, как правило, не превышает ±1 мВ при размахе выходного напряжения 70...100 мВ (для сравнения: разброс напряжения смещения базовых датчиков - ±20...30 мВ). Датчики, имеющие температурную компенсацию и калибровку, пользуются наибольшей популярностью среди разработчиков, обеспечивая оптимальное соотношение цена/стабильность и простоту схем. Еще одним положительным моментом использования данной категории датчиков является возможность замены вышедшего из строя датчика без необходимости перекалибровки устройства. Следует отметить, что эти приборы в среднем на 30-35% дороже базовых датчиков.

Датчики с температурной компенсацией, заводской калибровкой и нормализованным выходным сигналом до предела упрощают задачу разработчика. Кроме цепей термокомпенсации и калибровки смещения, на кристалле расположен усилитель, схема линеаризации характеристики и преобразователь, реализующий один из следующих стандартных типов выходного сигнала:

• пропорциональный выход по напряжению: размах выходного напряжения во всем диапазоне измеряемых давлений составляет 0,50...4,50 В (при Uп = 5 В), и линейно зависит от напряжения питания, то есть имеется возможность в небольших пределах осуществлять регулировку размаха выходного сигнала и подстройку смещения;

• двух- или трехпроводной токовый выход: 4...20 мА при Uпит = 9...35В;

• стабилизированный выход: размах выходного напряжения во всем диапазоне лежит в пределах 1...6 В и не зависит от напряжения источника питания;

• частотный выход: как правило - 1...6 кГц во всем диапазоне давлений.

 

Конструктивное исполнение датчика определяется диапазоном измеряемого давления, типом среды, в которой измеряется давление, видом измеряемого давления, специальными требованиями, предъявляемыми к материалу корпуса датчика, классу защиты от окружающей среды, способом крепления (шасси, печатная плата, стандартные резьбовые соединения) и областью применения.

 












Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 169.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...