差圧センサーの紹介

 

差圧センサーは、2つの圧力の差を測定するために工学、工業、科学で広く使用されているセンサーの一種です。

 

（圧力センサー）

 

その作動原理は、圧力と圧力の関係に基づいている。

 

差圧センサーは通常、被測定媒体に接続された2つの入力チャンネルで構成され、被測定媒体の異なる2箇所の圧力を測定します。2つのチャンネルは分離することも、膜やパイプで接続することもできます。

 

測定媒体の圧力が異なると、2つのチャンネルの圧力も異なります。差圧センサーは2つのチャンネルの圧力差を測定し、対応する電気出力に変換します。

 

一般的に使用される差圧センサーには、圧電効果を利用した圧電センサーと抵抗効果を利用した抵抗センサーがあります。

 

圧電式差圧センサは、測定媒体に圧力が加わると電荷を発生する圧電材料の特性を利用しています。増幅・変換後、この電荷信号を差圧センサーの出力信号として使用することができます。

 

抵抗差圧センサーは、抵抗の変化を利用して差圧を測定します。一般的な抵抗差圧センサーの一つは、金属膜構造に基づいています。測定媒体に圧力が加わると、金属膜が変形し、抵抗値が変化します。

 

抵抗値の変化を測定することで、差圧センサーの出力信号を得ることができます。差圧センサーは通常、高精度、高速応答、広い測定範囲を持っています。気体、液体、固体の圧力差測定、例えば気象圧力測定、液面測定、風速測定などに広く使用できます。

 

低温産業では、差圧センサーは、右の図に示すように、圧力式に従って、タンクの底にあるセンサーの液相にダクトを導き、上部にある気相にチューブを導き、貯蔵タンクの液面検出として使用することができます：

p=ρghΔp＝Pa-Pb＝Δhρg、

 

このようにして、Hの高さは密度から計算することもできるし、対応するミリメートルの水柱に換算することもできる。

 

Xメーカーの製品を例にとると、内部に使われている回路は抵抗ブリッジ回路で、出力電圧範囲は60〜160mv、対応範囲は0〜20Kpa、各PASCALは5μVに対応する。

配線図は以下の通り：

（配線図）

 

ここでは、24ビットADC SSP1220を使用して電圧データを収集し、対応する液面レベルに変換する。

 

SSP1220の紹介

 

SSP1220は、シプロイン・マイクロエレクトロニクス社が開発・設計した高精度24ビット・アナログ／デジタル・コンバータです。次のような特徴があります：

  • 2つの差動入力または4つのシングルエンド入力、
  • 低ノイズのプログラマブル・ゲイン・アンプ（PGA）、
  • プログラム可能な2つの励磁電流源、
  • 電圧基準、発振器、
  • ローサイド・スイッチと精密温度センサー。

 

SSP1220は、最大2k SPSのサンプリング・データ・レートで変換を実行でき、1サイクル内で安定しています。ノイズの多い環境での産業用アプリケーションのために、デジタル・フィルターは20SPSのサンプリング周波数で50Hzと60Hzの両方の除去を提供します。

 

内蔵PGAは最大128V/Vのゲインを提供します。このためSSP1220は、抵抗温度検出器（RTDS）、熱電対、サーミスタ、抵抗ブリッジ・センサなどの小型センサ信号測定アプリケーションに最適です。SSP1220は、PGAを使用する場合、擬似差動信号または完全差動信号の測定をサポートします。また、内部PGAを無効にするように設定することも可能で、PGAを無効にしたデューティ・サイクル・モードで動作し、消費電力はわずか120µAです。

 

SSP1220薄型TSSOP（Thin Small Form Factor）-16パッケージの動作温度範囲は-40℃～+125℃です。

 

（SSP1220ピン配置図）

 

SSP1220 は SPI を通してコントローラと通信する。コントローラはアクティブ・モードで動作し、チップはスレーブ・モードで動作する。SSP1220はモード1でのみ動作します。つまり、CPOLは0に設定され、CPHAは1に設定されます。 (その他のモードはサポートされていません）

 

SPI モード 1 では、SCLK はアイドル状態でローのままであり、データの送信または変更は SCLK の立ち上がりエッジでのみ行われる。マスター・デバイスとスレーブ・デバイスは、SCLKの立ち下がりエッジでデータをラッチまたは読み出します。SPIのタイミング要件は以下の通りである：

（シリアルインターフェースのタイミング要件）

 

基準回路設計

 

1.電源システム、入力電圧3.6-5.5V、ここでは直接3VにステップダウンLDOを使用し、基準電圧は外部2.5Vです。

 

（電源系統図）

 

2.SSP1220サンプリング回路

 

(SSP1220サンプリング図)

 

（配線図）

 

  • V+は上部ブリッジアームB+に接続されている；
  • V-からロアブリッジアームB-へ；
  • S+は差動入力ハイエンドに接続されている；
  • S-は差動入力の下端に接続する；

 

3.MCUと485回路で、データを485出力に変換する。

 

（485 回路図）

 

4.実際のテストデータ

 

実践テスト：「このようなことはない。

差圧値

（Kpa）

電圧値

（μV）

測定値

（μV）

差圧値

（Kpa）

電圧値

（μV）

測定値

（μV）

0600006113010110000111142
1650006614011115000116151
2700007112712120000121158
3750007614213125000126149
4800008114314130000131161
5850008614415135000136149
6900009113716140000141175
7950009613117145000146162
810000010113918150000151151
910500010612819155000156152

 

最高の精度を達成するために、我々は20SPSサンプリングの最小レートを使用し、あなたは100μVの位置で約10μVの変動を見ることができ、実際にはすでに精度の要件を満たすことができます。