Сенсори ІВС для вимірювання фізичних величин

2.2 Сенсори ІВС для вимірювання фізичних величин

 

2.2.1 Датчик температури на базі мікросхеми TMP36

Температура – є однією з головних неелектричних величин, які найбільше та найчастіше вимірюються в нашому житті. Сучасну промисловість неможливо уявити без датчиків температури. Способів вимірювання температури існує досить багато. Для вимірювання температури використовують такі прилади: термометри розширення (зміна об’єму при зміні температури), манометричні термометри (залежність тиску від температури), термометри опору (залежність опору від температури), термопари (залежність температури від термо ЕРС), пірометри (вимірювання температури на відстані).

На даний час для вимірювання температури найчастіше використовують термометри опору або термопари. Це зумовлено тим, що на виході такого приладу ми отримуємо електричний сигнал, який надалі можна легко передати на інші прилади.

Виробництвом датчиків для вимірювання температури займається велика кількість виробників як вітчизняних (включаючи СНД), так і закордонних. Серед вітчизняних потрібно виділити “Метран” та “Термометрія”. Серед закордонних “Analog Devices”, “Honeywell”, “Motorola”, “Turck”, “Texas Instruments”,"Dallas Semiconductor".

Компанія "Dallas Semiconductor" випускає датчик температури DS1820Z який задовольняє по своїм параметрам поставлену задачу:

- точність ±0.5°C

- діапазон вимірювання температури-40°C +125°C

- діапазон напруги 2,7V до 5.5V

вимірювання залізничний транспорт метрологічний

2.2.2 Датчик вологості повітря на базі мікросхеми HIH3610

Вологість прийнято поділяти на абсолютну та відносну. При вимірюванні тієї, чи іншої величини використовують різні методи та прилади. Раніше вимірювання відносної вологості проводили за допомогою аспіраційних психрометрів. З розвитком електроніки та мікропроцесорної техніки вони відійшли на задній план. На даний час в якості таких вимірювачів використовують цифрові датчики з нормалізованим вихідним сигналом.

Одним з найбільших закордонних виробників датчиків вологості є “Honeywell”. Датчик саме цього виробника візьмемо для нашої ІВС. HIH3610 – датчик вологості (hymidity sensor) – має наступні параметри:

-  діапазон вимірювання вологості 0-100 %;

-  вихідна напруга 0.2-4.5 В;

-  точність 2 на діапазоні 0-100 %;

-  чутливість 43 мВ/%;

-  напруга живлення 5 В.

2.2.3 Датчик атмосферного тиску на базі мікросхеми MPX 100

Для вимірювання атмосферного тиску використаємо датчик компанії “Motorola” MPX 100. Компанія “Motorola” створила і випускає широку гаму датчиків тиску, що призначені для використання не тільки на промислових об’єктах різних галузей. Датчики тиску, що розробляються цією компанією, дозволяють контролювати: абсолютний тиск; надлишковий тиск; перепади тиску;

- діапазон вимірювання тиску 0 - 100 kPa

- напруга 3.0-6.0 Vdc

- поточний Io 6.0 - mAdc

- повномасштабний проміжок VFSS 45-60-90 мілівольтів

- погашення Voff 0 20 35 мілівольтів

- чутливість - 0.6 - m/kPa

- лінійність - 0.25 %

- точність 0,5;

3. Оцінка статичних метрологічних характеристик

 

3.1 Статичні метрологічні характеристики вимірювання температури

Статична характеристика зображена на рисунку 3.1

U, V

 

Рисунок 3.1 - Статична характеристика датчика TMP36

Визначимо рівняння перетворення

 (3.1)

 (3.2)

де  - максимальне значення напруги на виході датчика;

 - мінімальне значення напруги на виході датчика;

 - значення напруги на виході датчика при заданому ;

 - значення температури на вході датчика;

 - мінімальне значення температури на вході датчика;

 - максимальне значення температури на вході датчика;

- значення коду після аналого-цифрового перетворення;

- опорна напруга;

 - розрядність АЦП.

Підставимо вираз (3.1) в (3.2) із використанням числових значень

 (3.3)

звідки виразимо  :

 (3.4)

Рисунок 3.2 – Залежність між вхідною величиною і вихідним кодом

Графічна схема вимірювального перетворення зображена на рисунку 3.2

Рисунок 3.3 - Схема вимірювального перетворення температури

Проаналізуємо складові рівняння (3.4)

-  - номінальний коефіцієнт перетворення або чутливість засобу вимірювання

 (3.5)

-  - зміна чутливості в діапазоні перетворення

 (3.6)

-  - коефіцієнти впливу вплив них величин на вихідний параметр у засобу вимірювання

 (3.7)

-  - коефіцієнт впливу впливних величин на номінальну чутливість  засобу вимірювань

 (3.8)

Визначимо номінальну функцію перетворення

 (3.9)

Визначимо похибку не лінійності номінальної функції перетворення

 (3.10)

Мультиплікативна похибка перетворення

 (3.11)

Адитивна похибка перетворення

 (3.12)