Датчики давления компании BOURNS

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.

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. 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.

Рис. 1. Датчики давления: а) BPS 130; б) BPS 140; в) BPS 340 

Таблица. Некоторые основные параметры датчиков давления

Тип датчика	Выходной сигнал	Измеряемое давление	Верхний предел измерения, psi*	Напряжение питания, В	Диапазон рабочей температуры, °С	Окружающая среда
BPS 110	Усиленный аналоговый	Относительное, дифференциальное	0,15-1,0	2,7-5,5	-40...85	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS 120	Цифровой через интерфейс I2C	Относительное, дифференциальное	0,15-1,0	2,7-5,5	-40...85	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS 125	Цифровой через интерфейс I2C	Относительное, дифференциальное	250 Па, 500 Па; 0,15-1,0	3,0-3,6	-40...85	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS 130	Усиленный аналоговый	Относительное, абсолютное	15-500	4,5-5,5	-40...150	Жесткие условия эксплуатации, агрессивные среды
BPS 140	Усиленный аналоговый	Относительное, абсолютное	15-300	4,5-5,5	-40...150	Жесткие условия эксплуатации, агрессивные среды
BPS 310	Аналоговый без усиления, милливольтовый уровень	Относительное, абсолютное	0,15-1,0	2,7-15	-40...85	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS 320	Аналоговый без усиления, милливольтовый уровень	Относительное, абсолютное	15-500	1,5-15	-40...85	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS330	Аналоговый без усиления, милливольтовый уровень	Относительное, абсолютное	5-60	1,5-15	-40...125	Сухой газ без коррозирующих агентов
BPS340	Аналоговый без усиления, милливольтовый уровень	Относительное, абсолютное	15-500	1,5-15	-40...125	Жесткие условия эксплуатации, агрессивные среды

* Внесистемная единица измерения фунт/дюйм². 1 psi = 6894,7 Па или 100 кПа = 14,5 psi

Рис. 2. Конструкция датчика BPS 130

Рис. 3. Электрическая схема измерения датчиков BPS 130 и 140

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. 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.

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).

Авторы:

Владислав Тихоненко, инженер

Опубликовано в журнале "Электронные Компоненты", №10-2020.