Как работают датчики давления Trafag?
В самом сердце прибора: что гарантирует качество и надежность датчиков давления Trafag?
Компания «Полтраф СНГ» уже больше 17 лет эксклюзивно представляет швейцарского производителя Trafag на российском рынке. Все это время мы неизменно получаем самые положительные отзывы пользователей о точности и надежности приборов Trafag. В чем же секрет их высокого качества? Рассмотрим, что составляет основу датчиков давления нашего швейцарского партнера.
Работу датчика давления определяют два ключевых элемента: сенсор, принимающий давление и преобразующий его в электрический сигнал, и специальный встроенный микрочип для конкретной области применения, который преобразует электрический сигал в нормированный выходной.
Датчик давления
Рассмотрим, как устроена измерительная ячейка (рис. 1) датчиков давления Trafag. На поверхность стального чувствительного элемента нанесены мосты сопротивления в виде тонкой пленки толщиной всего несколько атомных слоев. Когда на датчик воздействует давление, мембрана деформируется в заданных точках, в которых расположены резисторы и которые меняют свое значение при сжатии или растяжении.
На чувствительном элементе расположены четыре тензорезистора, попарно образующих два контура, а в середине может быть образован мост Уитстона, где можно измерить напряжение. Если давление на чувствительный элемент не подается, значение всех резисторов одинаково, поэтому напряжения между левым правым контуром не возникает. При деформации мембраны под воздействием давления два резистора сжимаются (и в этих областях снижается давление), а два — растягиваются (в растянутых участках увеличивается электрическое сопротивление, рис. 2 и 3). Состояние моста сопротивления изменяется, и генерируется сигнал. Но поскольку сильное влияние на сопротивление моста оказывает температура (рис. 4), то измеренный сигнал изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, а не является линейным.
Микрочип для конкретной области применения
Чтобы на основе описанных выше измерений получить точный измерительный сигнал, линейный и не зависящий от температуры, необходима вычислительная электроника. "Встроенный интеллект" корректирует и усиливает сигнал (например, сигнал 10 мВ преобразуется в 10 В), а полученные данные сохраняются в специальной микросхеме (специализированная интегральная схема – ASIC, рис. 5).
Значения коррекции индивидуальны для каждого датчика и определяются следующим образом. На изготовленный датчик давления подается точно известное давление и измеряется сигнал. Теперь можно рассчитать коррекционное значение для приложенного давления. Затем процесс повторяется при разных значениях температуры, позволяя определить коррекционное значение для температурной компенсации. Определенные коррекционные значения сохраняются в чипе. В результате во всем диапазоне температур и давлений из необработанного сигнала чувствительного элемента создается линейный и стандартизированный измерительный сигнал, который может быть передан в системы управления высшего уровня (рис. 6).
Коротко о масштабах микрочипа (или специализированной интегральной схемы ASIC): на площади около 2,5 x 2,5 мм расположены миллионы схем, на которых точки пайки обеспечивают контакт между чипом и электроникой датчика давления (рис. 7).
Заключение
Наилучшие результаты измерений достигаются, когда измерительная ячейка и микрочип наиболее точно соответствуют друг другу. Поэтому компания Trafag разработала и производит и собственные ячейки, и собственную микросхему. Альянс этих двух ключевых элементов гарантирует оптимальную работу датчиков давления, их качество и надежность.
Рис. 6: Необработанный сигнал (слева) и значения коррекции (посередине) суммируются для получения стандартизированного выходного сигнала (справа).