Application du convertisseur analogique-numérique 24 bits SSP1220 dans un capteur de pression différentielle au silicium monocristallin

Introduction au capteur de pression différentielle

Un capteur de pression différentielle est un type de capteur largement utilisé dans l'ingénierie, l'industrie et la science pour mesurer la différence entre deux pressions.

（Capteur de pression）

Son principe de fonctionnement est basé sur la relation entre pression et pression.

Un capteur de pression différentielle se compose généralement de deux canaux d'entrée connectés au milieu mesuré pour mesurer la pression à deux endroits différents du milieu mesuré. Les deux canaux peuvent être séparés ou reliés par une membrane ou un tuyau.

Lorsque la pression dans le fluide mesuré est différente, la pression dans les deux canaux sera également différente. Le capteur de pression différentielle mesure la différence de pression dans les deux canaux et la convertit en une sortie électrique correspondante.

Les capteurs de pression différentielle couramment utilisés sont les capteurs piézoélectriques basés sur l'effet piézoélectrique et les capteurs à résistance basés sur l'effet de résistance.

Les capteurs de pression différentielle piézoélectriques tirent parti des propriétés des matériaux piézoélectriques, qui génèrent des charges électriques lorsqu'une pression est appliquée au milieu mesuré. Après amplification et conversion, ce signal de charge peut être utilisé comme signal de sortie du capteur de pression différentielle.

Les capteurs de pression différentielle résistifs utilisent les variations de résistance pour mesurer la pression différentielle. L'un des capteurs de pression différentielle résistifs les plus courants est basé sur une structure de film métallique. Lorsque la pression est appliquée au fluide mesuré, le film métallique se déforme et modifie la valeur de la résistance.

En mesurant la variation de la valeur de la résistance, le signal de sortie du capteur de pression différentielle peut être obtenu. Les capteurs de pression différentielle ont généralement une grande précision, une réponse rapide et une large plage de mesure. Ils peuvent être largement utilisés dans la mesure de la différence de pression des gaz, des liquides et des solides, comme la mesure de la pression météorologique, la mesure du niveau de liquide, la mesure de la vitesse du vent, etc.

Dans l'industrie des basses températures, le capteur de pression différentielle peut être utilisé pour détecter le niveau de liquide dans le réservoir de stockage, comme le montre la figure de droite, en conduisant un conduit jusqu'à la phase liquide du capteur au fond du réservoir, puis en conduisant un tube jusqu'à la phase gazeuse au sommet, selon la formule de pression :

p=ρgh，Δp = Pa-Pb= Δhρg,

Ainsi, la hauteur H peut être calculée à partir de la densité ou convertie en colonne d'eau millimétrique correspondante.

Si l'on prend l'exemple des produits du fabricant X, le circuit utilisé à l'intérieur est un circuit à pont de résistance, et sa plage de tension de sortie est de 60-160mv, la plage correspondante est de 0-20Kpa, et chaque PASCAL correspond à 5μV.

Le schéma de câblage est le suivant :

（Wiring diagram） (schéma de câblage)

Ici, nous utilisons un CAN 24 bits SSP1220 pour collecter les données de tension, puis les convertir en niveau de liquide correspondant.

Introduction au SSP1220

Le SSP1220 est un convertisseur analogique-numérique de précision à 24 bits développé et conçu par Siproin Microelectronics. Il présente les caractéristiques suivantes :

• Deux entrées différentielles ou quatre entrées asymétriques,
• Un amplificateur de gain programmable (PGA) à faible bruit,
• Deux sources de courant d'excitation programmables,
• Une référence de tension, un oscillateur,
• Un interrupteur à bascule et un capteur de température de précision.

Le SSP1220 est capable d'effectuer des conversions à des taux d'échantillonnage allant jusqu'à 2k SPS et est stable à l'intérieur d'un seul cycle. Pour les applications industrielles dans des environnements bruyants, le filtre numérique permet de rejeter les 50Hz et 60Hz à une fréquence d'échantillonnage de 20SPS.

Le PGA interne offre un gain allant jusqu'à 128V/V. Ceci rend le SSP1220 idéal pour les applications de mesure de signaux de petits capteurs tels que les détecteurs de température résistifs (RTDS), les thermocouples, les thermistances et les capteurs à pont résistif. Le SSP1220 supporte la mesure de signaux pseudo-différentiels ou totalement différentiels lors de l'utilisation du PGA, et peut également être configuré pour désactiver le PGA interne, fonctionnant en mode cycle de travail avec le PGA désactivé avec une consommation d'énergie aussi faible que 120µA.

Le boîtier SSP1220 Thin Small Form Factor (TSSOP)-16 est conçu pour une plage de température de fonctionnement allant de -40°C à +125°C.

（SSP1220 pin diagram） (diagramme des broches)

Le SSP1220 communique avec le contrôleur par l'intermédiaire du SPI. Le contrôleur travaille en mode actif et la puce en mode esclave. Le SSP1220 ne fonctionne qu'en mode 1, c'est-à-dire que CPOL est à 0 et CPHA à 1. (Les autres modes ne sont pas pris en charge)

En mode SPI 1, le SCLK reste bas dans l'état d'inactivité et les données sont transmises ou modifiées uniquement sur le front montant du SCLK. Le dispositif maître et le dispositif esclave verrouillent ou lisent les données sur le front descendant du SCLK. Les exigences de synchronisation SPI sont les suivantes :

（Exigences de synchronisation de l'interface série）

Conception du circuit de référence

1.Système d'alimentation, tension d'entrée 3,6-5,5V, ici utilisation d'un LDO directement abaisseur à 3V, la tension de référence est externe 2,5V.

（Schéma du système d'alimentation électrique）

2. circuit d'échantillonnage SSP1220

(Schéma d'échantillonnage du SSP1220)

（Wiring diagram） (schéma de câblage)

• V+ connecté au bras de pont supérieur B+ ;
• V- pour abaisser le bras de pont B- ;
• S+ est connecté à l'entrée différentielle haute ;
• S- se connecte à l'extrémité inférieure de l'entrée différentielle ;

3.MCU et circuit 485, nous convertissons les données en sortie 485.

（485 circuit diagram）

4.Données d'essai réelles

Testé dans la pratique：

Afin d'atteindre la meilleure précision, nous utilisons le taux minimum d'échantillonnage de 20SPS, vous pouvez voir une fluctuation d'environ 10μV à la position de 100μV, en fait peut déjà répondre aux exigences de précision.