Патрик Гёлль - Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс

Если каждая из полостей снабжена штуцером для присоединения трубок, датчик определяет разницу между двумя приложенными давлениями, т. е. является дифференциальным. Одно из этих давлений может быть атмосферным — для этого одна из полостей остается открытой (к штуцеру ничего не присоединяется).

В датчиках, называемых абсолютными (или, более правильно, абсолютного давления) одна из полостей полностью герметизирована и «накачана» до определенного давления (хотя внутри нее может быть и глубокий вакуум). Таким образом, давление, прикладываемое к единственному входу датчика, будет измерено относительно этого опорного давления. Датчики такого типа используются, в частности, в барометрах и высотомерах, которые сравнивают внешнее атмосферное давление с опорным. Естественно, такому датчику для нормальной работы не нужна сложная электроника.

Схема устройства согласования, приведенная на рис. 6.12, взята непосредственно из руководства по применению, разработанного компанией Motorola , и является не самой лучшей из существующих, но ее точности в избытке хватает для работы с 8-разрядным АЦП.

Рис. 6.12. Схема устройства согласования для датчика давления

К этой схеме был добавлен интегральный стабилизатор 7805, формирующий напряжение питания 5 В для датчика и для микросхемы сдвоенного операционного усилителя LM 358. Каскады микросхемы решают две задачи: во-первых, воспринимают дифференциальный сигнал с выхода датчика, во-вторых, усиливают его.

При напряжении источника питания 5 В напряжение на выходе второго операционного усилителя не может составлять больше 4 В. Именно эта величина и является напряжением полной шкалы устройства (4 В при давлении 2 бара).

Многооборотный потенциометр R6 с номиналом 20 кОм служит для точной установки этой величины или какой-либо другой точки шкалы, для которой имеется возможность проверить давление с помощью эталонного манометра. Присутствующий в оригинальной схеме, но не обязательный подстроечный резистор для коррекции смещения нуля не был использован ввиду малой величины этого смещения и ограничений точности преобразования 8-разрядных АЦП.

Топологическая схема печатной платы разработанного устройства приведена на рис. 6.13, монтажная схема — на рис. 6.14.

Рис. 6.13. Топологическая схема печатной плоты датчика давления

Рис. 6.14. Монтажная схема датчика давления

Датчик модели МРХ 2200 (но не МРХ 2010, который, согласно руководству компании Motorola , рассчитан на давление до 100 миллибар) крепится к плате двумя винтами-саморезами со средним усилием затяжки и фиксацией винтов лаком или краской.

После закрепления датчика его ленточные выводы припаиваются к предусмотренным для них контактным площадкам. Перед этим выводы датчика должны быть аккуратно отформованы при помощи пинцета или пассатижей с круглыми губками. Внешний вид смонтированной печатной платы показан на рис. 6.15.

Рис 6.15. Внешний вид платы датчика давления

До тех пор, пока на датчик не подано внешнее давление, подключенный к устройству виртуальный вольтметр должен показывать нулевое напряжение, если используется датчик дифференциального типа, или напряжение, соответствующее атмосферному давлению, если использован датчик абсолютного типа.

Широчайшие возможности калибровки и приведения шкал таких программ как PICOSCOPE или PICOLOG позволяют выводить информацию непосредственно в тех величинах, которые интересуют пользователя; в частности, давление выводится в любых соответствующих единицах (например, единицах высоты), равно как и любой другой параметр, который для удобства измерения может быть соотнесен с давлением.

Применяя виртуальный вольтметр программы PICOSCOPE с отсутствующими (что важно) знаками после запятой, достаточно, например, указать нулевую величину для минимального и 2500 гПа (или миллибар) для максимального значений, чтобы при помощи датчика МРХ 2200 АР получить прямую индикацию атмосферного давления в стандартных единицах. Кроме того, достаточно установить максимальную величину равной 1875, чтобы получить индикацию атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба (MMHg — мм рт. ст.), единицах внесистемных, но широко распространенных и понятных.

Хотя стандартной единицей давления является паскаль (Па), можно констатировать, что кроме него используется очень много других единиц — от английских фунтов на квадратный дюйм (PSI) до бар или кг/см 2, в которых тарированы, например, автомобильные манометры.

Точные соотношения различных единиц давления приведены в табл. 6.1. Эту информацию можно использовать при калибровке той или иной программы с целью индикации результатов измерений в каких-либо единицах из ряда перечисленных.

Таблица 6.1. Соотношение основных единиц измерения давления

В таблице использованы следующие обозначения:

PS1- фунт/кв. дюйм

дюйм Н 20- дюйм водяного столба

дюйм Hg- дюйм ртутного столба

кПа- килопаскаль

мбар- миллибар

см Н 20- сантиметр водяного столба

мм Hg- миллиметр ртутного столба

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Еще проще, чем датчики температуры и давления, изготовляется фотометрический датчик, часто называемый люксметром, но на самом деле выполняющий гораздо более широкие функции.

Измерение параметров светового излучения является очень сложной задачей, особенно если отсутствует четкое представление о том, что и каким образом надо измерять. Даже в самых серьезных лабораториях иногда могут быть получены обескураживающие результаты из-за того, что при измерениях пренебрегли оформлением четкого протокола.

Надо знать, что основной величиной в фотометрии является сила света источника излучения, измеряемая в канделах . Люкс, более известная единица, на самом деле является единицей измерения освещенности, а это принципиально разные величины.

Для получения освещенности в один люкс экран площадью один квадратный метр должен быть расположен на расстоянии одного метра от точечного источника излучения, однородно излучающего свет во всех направлениях (сила света составляет одну канделу).