Penerapan konverter analog-ke-digital 24-bit SSP1220 pada sensor tekanan diferensial silikon monokristalin

Pengantar sensor tekanan diferensial

Sensor tekanan diferensial adalah jenis sensor yang banyak digunakan dalam bidang teknik, industri, dan sains untuk mengukur perbedaan antara dua tekanan.

(Sensor tekanan)

Prinsip kerjanya didasarkan pada hubungan antara tekanan dan tekanan.

Sensor tekanan diferensial biasanya terdiri dari dua saluran input yang terhubung ke media yang diukur untuk mengukur tekanan di dua lokasi berbeda dalam media yang diukur. Kedua saluran dapat dipisahkan, atau dapat dihubungkan dengan membran atau pipa.

Apabila tekanan dalam medium yang diukur berbeda, tekanan dalam kedua saluran juga akan berbeda. Sensor tekanan diferensial mengukur perbedaan tekanan dalam dua saluran dan mengubahnya menjadi output listrik yang sesuai.

Sensor tekanan diferensial yang umum digunakan adalah sensor piezoelektrik berdasarkan efek piezoelektrik dan sensor resistansi berdasarkan efek resistansi.

Sensor tekanan diferensial piezoelektrik memanfaatkan sifat bahan piezoelektrik, yang menghasilkan muatan listrik ketika tekanan diterapkan ke media yang diukur. Setelah penguatan dan konversi, sinyal muatan ini dapat digunakan sebagai sinyal output sensor tekanan diferensial.

Sensor tekanan diferensial resistif menggunakan perubahan resistansi untuk mengukur tekanan diferensial. Salah satu sensor tekanan diferensial resistif yang umum didasarkan pada struktur film logam. Ketika tekanan diterapkan ke media yang diukur, film logam akan berubah bentuk, dan kemudian mengubah nilai resistansi.

Dengan mengukur perubahan nilai resistansi, sinyal output dari sensor tekanan diferensial dapat diperoleh. Sensor tekanan diferensial biasanya memiliki presisi tinggi, respons cepat, dan rentang pengukuran yang luas. Mereka dapat digunakan secara luas dalam pengukuran perbedaan tekanan gas, cairan dan padat, seperti pengukuran tekanan meteorologi, pengukuran level cairan, pengukuran kecepatan angin, dll.

Dalam industri suhu rendah, sensor tekanan diferensial dapat digunakan sebagai pendeteksi level cairan dalam tangki penyimpanan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan, yang mengarahkan saluran ke fase cair sensor di bagian bawah tangki, dan kemudian mengarahkan tabung ke fase gas di bagian atas, sesuai dengan rumus tekanan:

p = ρghΔp = Pa-Pb= Δhρg,

Dengan cara ini, tinggi H dapat dihitung dari densitas, atau dikonversi ke kolom milimeter air yang sesuai.

Mengambil produk pabrikan X sebagai contoh, rangkaian yang digunakan di dalamnya adalah rangkaian jembatan resistansi, dan kisaran tegangan outputnya adalah 60-160mv, kisaran yang sesuai adalah 0-20Kpa, dan setiap PASCAL sesuai dengan 5μV.

Diagram pengkabelan adalah sebagai berikut:

(Diagram kabel)

Di sini, kami menggunakan ADC 24-bit SSP1220 untuk mengumpulkan data voltase, dan kemudian mengonversinya ke level cairan yang sesuai.

Pengantar ke SSP1220

SSP1220 adalah konverter analog-ke-digital 24-bit presisi yang dikembangkan dan dirancang oleh Siproin Microelectronics. Ini memiliki fitur-fitur berikut:

• Dua input diferensial atau empat input ujung tunggal,
• Penguat penguatan yang dapat diprogram (PGA) dengan derau rendah,
• Dua sumber arus eksitasi yang dapat diprogram,
• Referensi tegangan, sebuah osilator,
• Sakelar sisi rendah dan sensor suhu yang presisi.

SSP1220 mampu melakukan konversi pada kecepatan data sampling hingga 2k SPS dan stabil dalam satu siklus. Untuk aplikasi industri di lingkungan yang bising, filter digital menyediakan penolakan 50Hz dan 60Hz pada frekuensi sampling 20SPS.

PGA internal menawarkan penguatan hingga 128V/V. Hal ini membuat SSP1220 ideal untuk aplikasi pengukuran sinyal sensor kecil seperti detektor suhu resistif (RTDS), termokopel, termistor, dan sensor jembatan resistif. SSP1220 mendukung pengukuran sinyal diferensial semu atau diferensial penuh saat menggunakan PGA, dan juga dapat dikonfigurasi untuk menonaktifkan PGA internal, beroperasi dalam mode siklus kerja dengan PGA yang dinonaktifkan dengan konsumsi daya serendah 120µA.

Paket SSP1220 Thin Small Form Factor (TSSOP) -16 dinilai untuk kisaran suhu pengoperasian dari -40°C hingga +125°C.

(Diagram pin SP1220)

SSP1220 berkomunikasi dengan pengontrol melalui SPI. Pengontrol bekerja dalam mode aktif dan chip bekerja dalam mode slave. SSP1220 hanya bekerja dalam mode 1, yaitu, CPOL diatur ke 0 dan CPHA diatur ke 1. (Mode lain tidak didukung)

Dalam mode SPI 1, SCLK tetap rendah dalam kondisi siaga dan data dikirim atau diubah hanya pada tepi naik SCLK. Perangkat master dan perangkat slave mengunci atau membaca data pada tepi jatuh SCLK. Persyaratan pengaturan waktu SPI adalah sebagai berikut:

(Persyaratan Pengaturan Waktu Antarmuka Serial)

Desain sirkuit referensi

1. sistem catu daya, tegangan input 3,6-5,5V, di sini menggunakan LDO langsung step-down ke 3V, tegangan referensi eksternal 2,5V.

(Diagram sistem catu daya)

2. Sirkuit pengambilan sampel SSP1220

(Diagram pengambilan sampel SSP1220)

(Diagram kabel)

• V+ terhubung ke lengan jembatan atas B+;
• V- ke lengan jembatan bawah B-;
• S+ dihubungkan ke input diferensial high end;
• S- terhubung ke ujung bawah input diferensial;

3.MCU dan sirkuit 485, kami mengubah data menjadi 485 output

（Diagram sirkuit 485）

4.Data uji aktual

Diuji dalam praktik:: Teruji dalam praktik

Untuk mencapai akurasi terbaik, kami menggunakan laju minimum pengambilan sampel 20SPS, Anda dapat melihat fluktuasi sekitar 10μV pada posisi 100μV, sebenarnya sudah dapat memenuhi persyaratan akurasi.