Jste zde

Senzory, snímače a čidla v praxi – 3. díl

Jan Robenek, 17. Březen 2010 - 9:12

Série článků přináší českou verzi příručky Signal Chain Design Guide – Devices For Use With Sensors, vydané společností Microchip.

Úvodní díl s názvem Senzory, snímače a čidla v praxi – 1. díl byl ve znamení

popisu signálového řetězce a
přehledu toho, co vše se dá běžně snímat a jakým způsobem.

Druhé pokračování pak přineslo základní přehled sedmi významných polovodičových struktur v signálovém řetězci, režírovaném z Microchipu. Jednalo se o

operační zesilovače (Operational Amplifiers, Op Amps),
komparátory (Comparators),
zesilovače s nastavitelným ziskem (Programmable Gain Amplifier, PGA),
A/D převodníky (Analog-to-Digital Converters, ADC),
napěťové reference (Voltage References),
digitální potenciometry (Digital Potentiometers) a
D/A převodníky (Digital-to-Analog Converters, DAC).

Dnes se zaměříme na

místní senzory (Local Sensors) a
vzdálená čidla (Remote Sensors).

Místní senzory (Local Sensors)

Lokální snímání

Čidla jsou v těchto případech umístěna relativně blízko svých obvodů pro zpracování a vyhodnocení signálu a proto nás nebude tolik trápit otázka rušení nebo šumů. Nepřekvapí tedy, že většina použitých snímačů umožňuje jednoduché připojení typu single – ended, tj. nerozdílově. Pro zesílení většiny výstupních signálů z těchto místních senzorů lze s výhodou použít neinvertující zapojení zesilovače, protože vykazuje vysokou vstupní impedanci při zachování minimálního počtu diskrétních součástek okolo.

Základní požadavky, kladené na zesilovače

Nízká cena
- Univerzální operační zesilovače (General Purpose Op Amps)
Vysoká přesnost
- Zesilovače s malým offsetem (Low Offset Op Amps)
- Struktury s téměř nulovým driftem (Auto-zeroed Op Amps)
- Nízkošumové zesilovače (Low Noise Op Amps)
Vstupy a výstupy typu Rail-to-Rail
- Většina rodin operačních zesilovačů
Vysoká vstupní impedance
- Téměř všechny rodiny operačních zesilovačů
Nízkopříkonová a přenosná zařízení
- Nízkopříkonové operační zesilovače (Low Power Op Amps)
Velká šířka pásma (Bandwidth) včetně rychlosti přeběhu (Slew Rate)
- Vysokorychlostní obvody (High Speed Op Amps)
Vysoká zatížitelnost
- Struktury s posílením výstupního proudu (High Output Drive Op Amps)

Klasické zapojení zesilovací struktury

Senzory a jejich aplikace

Jednoduché senzory
- Termistory pro nabíječky, teplotní ochrany napájecích zdrojů nebo domácí termostaty
- Senzory vlhkosti pro řízení procesů
- Pyroelektrické detektory narušení chráněného prostoru (PIR), detekce pohybu, otevírání garážových vrat
- Požární čidla pro domácnosti a kanceláře s detekcí kouře nebo plamene
- Nábojový zesilovač pro piezoelektrické snímače
- Snímače polohy nebo otáčení (LVDT) pro průmyslové aplikace
- Detektory založené na Hallově jevu pro snímání otáček motoru nebo otevírání dveří
- Fotoelektrická čidla, pracující v infračervené oblasti
- Fotoelektrické detektory pohybu, detektory plamene, poplachové systémy při narušení prostoru
Vícenásobné místní senzory
- Měření teploty na více místech desky plošného spoje
- Snímače, vyžadující teplotní korekce
- Meteorologické stanice (teplota, tlak, vlhkost, příp. detekce světla)

Zapojení pro kapacitní vyhodnocení vlhkosti (PIC16F690DM-PCTLHS)

Vzdálená čidla (Remote Sensors)

Dálkové snímání

Všechny snímače, umístěné v prostředí s vysokým rušením, by měly být považovány za dálkové. To samé bude dále platit i o snímačích, které z nejrůznějších důvodů „nezakotvily“ na stejné desce plošného spoje jako obvody, pro zpracování jejich výstupního signálu. V aplikacích s dálkovým snímáním se běžně používají rozdílové nebo přístrojové zesilovače.

Rozdílový zesilovač

Základní požadavky, kladené na zesilovače

Rozdílový vstup
Velké CMR
Malé Vos

Vysoká přesnost

Zesilovače s malým offsetem (Low Offset Op Amps)
Struktury s téměř nulovým driftem (Auto-zeroed Op Amps)
Nízkošumové zesilovače (Low Noise Op Amps)

Senzory a jejich aplikace

Vysokoteplotní senzory
- Termočlánky pro elektrické sporáky a motory; řízení procesů
- RTD pro el. trouby; řízení procesů
Wheatstoneovy můstky
- Tlakové senzory pro automobilové a průmyslové aplikace
- Tenzometry pro motory
Proudové monitory typu low – side pro motory a baterie