Monokristal silikon diferansiyel basınç sensöründe 24 bit analog-dijital dönüştürücü SSP1220 uygulaması

Diferansiyel basınç sensörüne giriş

Fark basınç sensörü, iki basınç arasındaki farkı ölçmek için mühendislik, endüstri ve bilimde yaygın olarak kullanılan bir sensör türüdür.

（Basınç sensörü）

Çalışma prensibi basınç ve basınç arasındaki ilişkiye dayanır.

Bir fark basınç sensörü genellikle ölçülen ortamdaki iki farklı konumdaki basıncı ölçmek için ölçülen ortama bağlı iki giriş kanalından oluşur. İki kanal birbirinden ayrılabilir veya bir membran ya da boru ile birbirine bağlanabilir.

Ölçülen ortamdaki basınç farklı olduğunda, iki kanaldaki basınç da farklı olacaktır. Fark basınç sensörü iki kanaldaki basınç farkını ölçer ve bunu karşılık gelen bir elektrik çıkışına dönüştürür.

Yaygın olarak kullanılan fark basınç sensörleri piezoelektrik etkiye dayalı piezoelektrik sensörler ve direnç etkisine dayalı direnç sensörleridir.

Piezoelektrik diferansiyel basınç sensörleri, ölçülen ortama basınç uygulandığında elektrik yükleri üreten piezoelektrik malzemelerin özelliklerinden yararlanır. Yükseltme ve dönüştürme işleminden sonra bu yük sinyali, fark basınç sensörünün çıkış sinyali olarak kullanılabilir.

Rezistif fark basınç sensörleri, fark basıncı ölçmek için dirençteki değişiklikleri kullanır. Yaygın dirençli fark basınç sensörlerinden biri metal film yapısına dayanır. Ölçülen ortama basınç uygulandığında, metal film deforme olur ve ardından direnç değerini değiştirir.

Direnç değerinin değişimi ölçülerek, fark basınç sensörünün çıkış sinyali elde edilebilir. Fark basınç sensörleri genellikle yüksek hassasiyete, hızlı tepkiye ve geniş bir ölçüm aralığına sahiptir. Meteorolojik basınç ölçümü, sıvı seviyesi ölçümü, rüzgar hızı ölçümü gibi gaz, sıvı ve katı basınç farkı ölçümlerinde yaygın olarak kullanılabilirler.

Düşük sıcaklık endüstrisinde, fark basınç sensörü, sağdaki şekilde gösterildiği gibi, depolama tankında sıvı seviyesi tespiti olarak kullanılabilir, tankın altındaki sensörün sıvı fazına bir kanal açar ve ardından basınç formülüne göre üstteki gaz fazına bir tüp açar:

p=ρgh，Δp = Pa-Pb= Δhρg,

Bu şekilde, H yüksekliği yoğunluktan hesaplanabilir veya karşılık gelen milimetre su sütununa dönüştürülebilir.

X üreticisinin ürünlerini örnek olarak alırsak, içinde kullanılan devre bir direnç köprüsü devresidir ve çıkış voltaj aralığı 60-160mv, karşılık gelen aralık 0-20Kpa'dır ve her PASCAL 5μV'a karşılık gelir.

Bağlantı şeması aşağıdaki gibidir:

（Kablo şeması）

Burada, voltaj verilerini toplamak için 24 bit ADC SSP1220 kullanıyoruz ve ardından bunu ilgili sıvı seviyesine dönüştürüyoruz.

SSP1220'ye Giriş

SSP1220, Siproin Microelectronics tarafından geliştirilen ve tasarlanan hassas bir 24 bit analog-dijital dönüştürücüdür. Aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• İki diferansiyel giriş veya dört tek uçlu giriş,
• Düşük gürültülü programlanabilir kazanç amplifikatörü (PGA),
• İki adet programlanabilir uyarma akımı kaynağı,
• Bir voltaj referansı, bir osilatör,
• Düşük taraflı bir anahtar ve hassas bir sıcaklık sensörü.

SSP1220, 2k SPS'ye kadar örnekleme veri hızlarında dönüşümler gerçekleştirebilir ve tek bir döngü içinde kararlıdır. Gürültülü ortamlardaki endüstriyel uygulamalar için dijital filtre, 20SPS örnekleme frekansında hem 50Hz hem de 60Hz reddetme sağlar.

Dahili PGA 128V/V'a kadar kazanç sunar. Bu, SSP1220'yi dirençli sıcaklık dedektörleri (RTDS), termokupllar, termistörler ve dirençli köprü sensörleri gibi küçük sensör sinyali ölçüm uygulamaları için ideal hale getirir. SSP1220, PGA kullanırken sözde diferansiyel veya tamamen diferansiyel sinyallerin ölçümünü destekler ve ayrıca dahili PGA'yı devre dışı bırakmak için yapılandırılabilir ve 120µA kadar düşük güç tüketimi ile PGA devre dışı bırakılarak görev döngüsü modunda çalışır.

SSP1220 İnce Küçük Form Faktörü (TSSOP)-16 paketi -40°C ila +125°C çalışma sıcaklığı aralığı için derecelendirilmiştir.

（SSP1220 pin diyagramı）

SSP1220, SPI aracılığıyla denetleyici ile iletişim kurar. Kontrolör aktif modda çalışır ve çip slave modda çalışır. SSP1220 yalnızca mod 1'de çalışır, yani CPOL 0'a ve CPHA 1'e ayarlanır. (Diğer modlar desteklenmez)

SPI modu 1'de, SCLK boşta durumunda düşük kalır ve veriler yalnızca SCLK yükselen kenarında iletilir veya değiştirilir. Ana cihaz ve bağımlı cihaz SCLK düşme kenarında verileri mandallar veya okur. SPI zamanlama gereksinimleri aşağıdaki gibidir:

（Seri Arayüz Zamanlama Gereksinimleri）

Referans devre tasarımı

1. güç kaynağı sistemi, giriş voltajı 3.6-5.5V, burada LDO'yu doğrudan 3V'a düşürün, referans voltajı harici 2.5V'dur.

（Güç kaynağı sistem şeması）

2. SSP1220 örnekleme devresi

(SSP1220 Örnekleme diyagramı)

（Kablo şeması）

• V+ üst köprü kolu B+'ya bağlı;
• V- alt köprü koluna B-;
• S+ diferansiyel giriş üst ucuna bağlanır;
• S- diferansiyel girişin alt ucuna bağlanır;

3.MCU ve 485 devresi, verileri 485 çıkışına dönüştürüyoruz

（485 devre şeması）

4.Gerçek test verileri

Uygulamada test edilmiştir：

En iyi doğruluğu elde etmek için, minimum 20SPS örnekleme oranını kullanıyoruz, 100μV konumunda yaklaşık 10μV'lik bir dalgalanma görebilirsiniz, aslında doğruluk gereksinimlerini zaten karşılayabilir.