Датчики давления компании Bourns
Владислав Тихоненко, инженер
В статье описываются датчики давления компании Bourns. Основное внимание уделяется датчикам для жестких условий эксплуатации, а также семейству датчиков для измерения сверхмалых давлений.
Датчики давления находят применение в самых разных приложениях.
Немало компаний выпускает эту продукцию, поэтому выбор достаточно широк. Предоставляется возможность выбрать датчики разного конструктивного исполнения, с разными диапазонами измерения и разными электрическими параметрами. Однако выбор заметно сужается, если требуются датчики для жестких условий эксплуатации.
Производство компонентов, в т. ч. датчиков давления, работающих при повышенных ударах и вибрациях, в расширенном диапазоне температур и в агрессивных средах, под силу далеко не всем компаниям. Не следует забывать, что, как правило, эти компоненты должны иметь и повышенную надежность. Для изготовления такой продукции зачастую требуются иные технологии и материалы и, следовательно, дополнительные затраты. Очевидно, почему компоненты для жестких условий эксплуатации дороже аналогов для широкого применения, а за их изготовление берутся далеко не все производители.
Компания Bourns принадлежит к числу избранных. В этой статье мы рассмотрим датчики давления ее производства. В производственной линейке компании имеются три датчика давления для жестких условий эксплуатации: BPS 130, 140 и 340. Их внешний вид показан на рисунке 1.
Рис. 1. Датчики давления: а) BPS 130; б) BPS 140; в) BPS 340
Датчики семейства BPS 130 и BPS 140 производятся по современной МЭМС-технологии, что позволяет расширить их диапазон рабочей температуры до –40…150°C. На рисунке 2 схематично показана конструкция датчика BPS 130.
Рис. 2. Конструкция датчика BPS 130
Примерно по такой же схеме изготавливается и датчик BPS 140. Помимо различий в конструкции корпуса эти датчики различаются материалами порта, к которым подается давление. У датчика BPS 140 порт выполнен из керамики, а у BPS 130 – из кобальт–никелевого сплава ковар с покрытием золотом. Все материалы датчиков, контактирующих с измеряемой средой, устойчивы к большинству агрессивных агентов и не подвержены коррозии.
В конструкции датчиков используется бесклеевая матрица, а монтаж осуществляется с помощью эвтектической пайки кристаллов на керамике, что позволяет создать прочную конструкцию, способную измерять значительное давление даже при высокой температуре. Поэтому эти датчики способны измерить давления до 300 и 500 psi, что приблизительно соответствует 20 и 34 атм. соответственно. Еще одним преимуществом бесклеевой конструкции является возможность использования ввода измеряемого давления с нижней стороны датчика, что позволяет уменьшить объем материалов, контактирующих с измеряемой средой. У обоих датчиков электронная схема измерения одинаковая и надежно изолирована от внешней среды. Электрическая схема датчиков приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Электрическая схема измерения датчиков BPS 130 и 140
Наличие микросхемы ASIC в измерительном тракте позволяет проводить калибровку, термокомпенсацию и самодиагностику датчика, что облегчает проектирование всей системы в целом и делает ее более надежной. Некоторые основные технические параметры датчиков, так же как и других датчиков, производимых Bourns, приведены в таблице.
Таблица. Некоторые основные параметры датчиков давления
Датчик BPS 340 изготавливается по традиционной технологии и в нем имеется только чувствительный элемент, но нет встроенного тракта усиления и формирования сигнала, поэтому выходной сигнал имеет уровень мВ и зависит от напряжения питания. С одной стороны, это обстоятельство усложняет разработку, на плечи разработчика ложится задача построения измерительного тракта. С другой стороны, такой подход имеет свои преимущества. При использовании датчиков в зашумленной электромагнитными помехами среде, какая часто встречается в промышленных приложениях, увеличение напряжения питания вплоть до 15 В, а следовательно, и увеличение выходного сигнала позволяет и повысить соотношение сигнал/шум. К тому же разработчик может сформировать требуемую полосу пропускания измерительного тракта.
Помимо датчиков давления для жестких условий эксплуатации в производственной линейке компании присутствует еще одно семейство датчиков, которое стоит отметить. Это датчики семейства BPS 125 для измерения сверхнизких давлений. В состав этого семейства входит датчик с верхним пределом измерения 250 Па. Он также изготовлен с использованием МЭМС технологий. Напомним, что нормальное атмосферное давление составляет 101, 325 кПа.
В датчики семейства BPS 125 интегрирован измерительный тракт и реализована термокомпенсация, калибровка и диагностика. Благодаря цифровому выходу через интерфейс I2C устраняется необходимость использования внешнего АЦП. Разрешение измеряемого сигнала составляет 13 бит, а результаты измерений обновляются каждые 8,5 мс .
Помимо описанных выше датчиков, в производственную линейку компании входят и «обычные» датчики давления, не предназначенные для жестких условий эксплуатации, измеряемая среда этих датчиков не должна содержать коррозирующие агенты и повышенную влажность. Их основные параметры указаны в таблице.
В заключении отметим отличную долговременную стабильность датчиков, временной дрейф параметров течение срока службы не превышает 0,5% полной шкалы. Также надо отметить, что при выборе датчика пользователь не загнан в жесткие рамки, но имеет возможность выбора ряда конструктивных и электрических параметров. В зависимости от типа датчика в общем случае пользователь выбирает следующие опции:
- тип корпуса;
- тип терминалов;
- диапазон измерения давления;
- диапазон рабочей температуры;
- точность измерения;
- конфигурация портов;
- напряжение питания;
- адрес устройства (для датчиков с интерфейсом I2C);
- период обновления показаний (для датчиков с интерфейсом I2C).
