Sensorik
Füllstandsermittlung per Präzisions-Druckerfassung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Temperaturkompensierte Drucksensoren als kostengünstige Lösungen
Viele industrielle Prozesse sowie kommerzielle und medizinische Anwendungen benötigen keinen erweiterten Temperaturbereich, zumal viele dieser Applikationen in einer klimatisierten Umgebung laufen, in der die Temperatur nur geringfügig schwankt. Für solche Anwendungen sind temperaturkompensierte Silizium-Drucksensoren hervorragend geeignet.
Kleine temperaturkompensierte Silizium-Drucksensoren von Freescale und Omron werden je nach Gehäusetyp meist zu Preisen von rund einem Dollar angeboten. Sie sorgen damit für eine deutliche Kostensenkung und bieten den Designern vor allem auch die Flexibilität, die Sensoren auf jeder Art Leiterplatte zu platzieren. Ein Beispiel für solche Sensoren sind die piezoresistiven Silizium-Drucksensoren der Reihe MPX2010 von Freescale mit Temperaturkompensation in einem Bereich von 0 °C bis +85 °C.
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| Parameter | Einheit | Wert | Fehler (%FS) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Druckbereich, pop | kPa | 0...10 | ||
| Typische Versorgungsspannung, UPPT | V | 10 | ||
| Stromaufnahme, IPT | mA | 6 | ||
| Vollausschlags-Spannung, UFST | mV | 25±1 | ±4 | durch Kalibrieren des Vollausschlags-Bereichs kompensierbar |
| Temperaturkoeffizient der Vollausschlags-Spannung | %FS | ±1 | ±1 | |
| Offset | mV | ±1 | ±4 | durch Kalibrieren des Offsets kompensierbar |
| Temperaturkoeffizient des Offsets | mV | ±1 | ±4 | |
| Linearität | %FS | ±1 | ±1 | |
| 1Druck-Hysterese | ±0,1 | ±0,4 |
Tabelle 1. Wichtige Kenndaten und Fehleranalyse zum MPX2010.
In Tabelle 1 sind wichtige Kenndaten und systematische Fehler der Serie MPX2010 bei Zimmertemperatur zusammengestellt [5]. Sie zeigt, dass dieser temperaturkompensierte Drucksensor zwar eine Linearitätstoleranz von ±1 % und eine Hysterese von nur ±0,4 % aufweist, aber wegen seiner Offset- und Vollausschlagsfehler dennoch nur auf eine Gesamttoleranz von 4 % kommt (bei konstanter Temperatur).
An dieser Stelle bekommt ein neuer, präziser Delta-Sigma-A/D- -Wandler entscheidende Bedeutung für das Design. Mit Hilfe der in ihm verfügbaren Offset- und Vollausschlags-Kalibrierung lässt sich die Gesamt-Messtoleranz des Sensors auf rund 1 % oder besser anheben.
Durch die hohe rauschfreie Auflösung, die starke Unterdrückung von 50/60-Hz-Gleichtaktstörungen und die integrierten Puffer lassen sich diese Delta-Sigma-A/D-Wandler direkt an piezoresistive Silizium-Drucksensoren anschließen, ohne dass zusätzliche Instrumentenverstärker oder spezielle Stromquellen benötigt werden (Bild 4).
Dank des direkten Anschlusses wird der Drucksensor MPX2010 zu einem kosteneffektiven, für portable Sensor-Applikationen optimierten Messsystem.
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- Fallstudie: Füllstandsmessung mit Drucksensor
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