Физические основы получения информации Информационно
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Измерительно-вычислительные комплексы» Физические основы получения информации Информационно-методический материал. Интеллектуальные датчики давления. Часть 2. Составитель: Строкин Андрей Андреевич Руководитель проекта: доцент кафедры ИВК Горбоконенко Вера Дмитриевна Ульяновск 2012 1 Оглавление 1. Введение. ................................................................................................................................3 2. Давление. Методы и средства измерения давления. ..........................................................5 3. Методы преобразования давления .......................................................................................8 4. 5. 3.1. Тензометрический метод ............................................................................................................8 3.2. Пьезорезистивный метод ............................................................................................................9 3.3. Емкостной метод .......................................................................................................................10 3.4. Резонансный метод ...................................................................................................................11 3.5. Индуктивный метод ..................................................................................................................12 3.6. Преимущества интегральных механоэлектрических преобразователей .............................14 Кремниевые датчики ...........................................................................................................16 4.1. Компенсация температурной погрешности. ...........................................................................17 4.2. Датчики с нормализованным выходным сигналом. ..............................................................19 Сенсор + интеллект = интеллектуальный датчик.............................................................26 5.1. Преимущества интеллектуальных датчиков ..........................................................................26 5.2. Виды датчико-преобразующей аппаратуры ...........................................................................27 5.3. Структура интеллектуальных датчиков ..................................................................................27 5.4. Функции интеллектуальных датчиков ....................................................................................29 5.5. Технические особенности использования современных интеллектуальных датчиков ......31 5.6. Интеллектуальные датчики в многоканальных испытательных системах ..........................32 5.7. Коммуникационные протоколы и интерфейсы ......................................................................32 5.8. Экономические аспекты использования современных интеллектуальных датчиков ........34 5.9. Тенденции развития современных интеллектуальных датчиков .........................................35 6. Патентный обзор .................................................................................................................37 7. Заключение...........................................................................................................................43 Список литературы ......................................................................................................................45 2 1. Введение. Современные датчики, являющиеся важнейшими частям микропроцессорных систем управления технологическими объектами и производством, в целом, из однофункциональных средств определения текущих значений измеряемых величин постепенно превращаются в многофункциональные средства автоматизации, которые решают еще целый ряд задач по диагностике, преобразованию измерительной информации, выполнению простых алгоритмов управления и т. д.. Такая многофункциональность стала возможна после оснащения датчиков встроенным микропроцессором. Быстрое развитие микропроцессорной техники, рост мощности микропроцессоров при одновременном их резком удешевлении делают экономически выгодным включение их в датчики любых типов. В последние годы за датчиками, в которые встроен микропроцессор, закрепилось название «интеллектуальные датчики». Как в обиходной речи, так и в литературе под этим термином понимают разные по возможностям классы приборов. Интеллектуальный датчик способен самостоятельно подстраиваться под условия эксплуатации и непрерывно регулировать свою чувствительность в целях достижения максимальной эффективности. Своим интеллектом датчики обязаны микропроцессорным технологиям. Микропроцессор — это мозг датчика, позволяющий устройству "изучать" условия, в которых оно работает. Являясь самообучающейся микропроцессорной системой, такой датчик способен обрабатывать большие объемы информации с высокой скоростью. Именно благодаря микропроцессорам сегодня у пользователя есть весьма удобные в установке, настройке и применении датчики. Не углубляясь в терминологию и не выдвигая никаких новых наименований необходимо подчеркнуть, что данный аналитический обзор касается только современных интеллектуальных датчиков, которые выполняют, кроме процесса измерения, преобразования измеряемых сигналов в типовые аналоговые и цифровые значения, самодиагностику своей работы, дистанционную настройку диапазона измерения, первичную обработку измерительной информации, иногда еще ряд достаточно простых, типовых алгоритмов контроля и управления. Они имеют интерфейсы к стандартным/типовым полевым цифровым сетям, что делает их совместимыми с практически любыми современными средствами автоматизации, и позволяет информационно общаться с этими средствами и получать питание от блоков питания этих средств. Темой моей курсовой работы стали интеллектуальные датчики давления. На современном этапе использование интеллектуальных датчиков давления можно охарактеризовать так: «Глаза и уши любого промышленного производства». Они измеряют избыточное давление, абсолютное давление, разность давлений, гидростатическое давление (уровень) технологических жидкостей пара, сжатого воздуха, гидравлической жидкости, или же другой среды. Датчики давления работают во всех областях промышленности, в системах обеспечения безопасности, в любой технике, где используют жидкость, воздух (от автомобиля до космического корабля), в нефтепроводах – всего и не перечислишь. Наиболее известными производителями интеллектуальных датчиков давления являются такие отечественные производители как промышленная группа «Метран» (Emerson Process Management), «Манометр», «Элемер» и зарубежные компании «Endress & Hauser», «Valcom», «Honeywell», «Yokogawa», «Fisher–Rosemount». Популярными мо3 делями являются «Метран – 150», датчики высокой технологии DPharpEJX («Yokogawa»), датчики серии АИР («Элемер»), комплексы «САПФИР» («Манометр»), датчики CDS (Beijing Huakong Technology Co., Ltd) и другие. 4 2. Давление. Методы и средства измерения давления. Давление - физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого. Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности. [2.1] При этом принимается, что нормальная сила равномерно распределена по поверхности, а в жидкости или газе отсутствуют касательные напряжения. Т.к. действующая сила всегда перпендикулярна к поверхности вне зависимости от ее расположения, то давления является скалярной величиной. В общем случае при неравномерном распределении действующих на жидкость или газ внешних сил вводится понятие давление в точке: [2.2] где – нормальная сила действующая на сколь угодно малую площадь . Понятие давление как физической величины во всех его проявлениях едино. Вместе с тем, во многих естественных природных явлениях и в различных технических устройствах и процессах определяющим является не само давление, а его значение относительно другого. При сравнении значений двух давлений одно из них принимается за начало отсчета их разности. По этому признаку различают следующие виды давлений. Абсолютное давление – давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю. Давление, равное нулю, характеризует состояние жидкости или газа, обусловленное различными физическими причинами, при котором в них отсутствуют напряжения сжатия. Давление газа равно нулю, если его концентрация настолько мала, что молекулы газа практически не взаимодействуют друг с другом, или если равна нулю абсолютная температура газа. Во всех других случаях измеряемое давление сравнивается с давлением, значение которого не равно нулю. Данные виды давления, в отличии от абсолютного давления, являются относительными. Здесь следует выделить разность давлений и избыточное давление. Разность давлений [2.3] , где p1 и p2 – сравниваемые между собой абсолютные давления, причем p2 принято за начало отсчета. При p1>p2 разность давлений положительная, при p1<p2 – отрицательная. Избыточное давление – разность давлений, одно и которых, принятое за начало отсчета, является абсолютным давлением окружающей среды – это атмосферное давление в месте измерений. [2.4] , где pабс – абсолютное давление; pатм – атмосферное давление. 5 Рис. 2.1. Адаптирование простого преобразователя давления для измерения абсолютного давления (а), разностного давления (б) и избыточного давления (в) Так же как и ранее при pабс>pатм избыточное давление положительно, при pабс<pатм – отрицательно, а равенство нулю pи не адекватно равенству pабс и pатм. В этом заключается принципиальное различие между понятиями разность давлений, избыточное и давление. Последнее по определению не может быть отрицательно. Когерентной единицей Международной системы единиц (СИ) является паскаль (Па). Единица давления Па представляет собой отношение единицы силы Ньютона к единице площади квадратному метру: 1 Па = 1 Н/м2 = 1 кг/(м*с2). Размер единицы давления Па очень мал, его значение соответствует давлению столба воды высотой 0.1 мм. Поэтому на практике применяются единицы давления, кратные 1 Па, которые образуются добавлением к наименованию паскаль приставок, узаконенных СИ: килопаскаль (кПа), мегапаскаль (МПа) и гигапаскаль (ГПа). Численное указание единицы давления 1 кПа = 1*10 3 Па: 1МПа = 1*106 Па; 1ГПа = 1*109 Па. Методы измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств измерений. В этой связи в первую очередь следует остановится на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления. Давления, исходя из самых общих позиций, может быть определенно как путем его непосредственного измерения, так и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением. В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей. Во втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука и т.д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и 6 применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений. Методологически не менее важен и вопрос о способе, которым средство измерений воспроизводит единицу давления, что непосредственно сказывается на его функциональных возможностях. Давление является производной физической величиной, определяемой тремя основными физическими величинами – массой, длиной и временем. Конкретная реализация значения давления зависит от способа воспроизведения единицы давления. При измерении по формуле (2.1) давление определяется силой и площадью, а по формуле: [2.5] длинной, плотностью и ускорением. Методы определения давления, основанные на измерении указанных величин, являются абсолютными (фундаментальными) методами и применяются при воспроизведении единицы давления эталонами грузопоршневого и жидкостного типа, а также позволяют, при необходимости производить аттестацию образцовых средств измерений. Относительный метод измерений, в отличие от абсолютного, основан на предварительном исследовании зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов, средств измерения давления, при методах прямых измерений. Или других физических величин и свойств измеряемой среды – при методах косвенных измерений. Современные средства измерений давления представляют собой измерительные системы, звенья которых имеют различное функциональное назначение. Важнейшим звеном любого средства измерения давления является его чувствительный элемент, который воспринимает измеряемое давление и преобразует его в первичный сигнал, поступающий в измерительную цепь прибора. С помощью промежуточных преобразователей сигнал от ЧЭ преобразуется в измерительных преобразователях в унифицированный выходной сигнал, поступающий в системы измерения, контроля, регулирования и управления. При этом промежуточные преобразователи и вторичные приборы во многих случаях унифицированы и могут приниматься в сочетании с ЧЭ различных типов. Рис. 2.2. Структурная блок схема ИПД: p – измеряемое давление; ЧЭ – чувствительный элемент; 1 – n – промежуточные преобразователи; В.С. – выходной сигнал; к системам: I – измерения и контроль; II – регистрации; III – регулирования; IV - управления 7 3. Методы преобразования давления Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода (рис. 3.1). Основным отличием одних приборов от других является точность регистрации давления, которая зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, емкостной, индуктивный, резонансный. Рис. 3.1. Блок-схема преобразователя давления в электрический сигнал 3.1. Тензометрический метод В настоящее время основная масса датчиков давления в нашей стране выпускаются на основе чувствительных элементов (рис. 3.2), принципом которых является измерение деформации тензорезисторов, сформированных в эпитаксиальной пленке кремния на подложке из сапфира (КНС), припаянной твердым припоем к титановой мембране. Принцип действия тензопреобразователей основан на явлении тензоэффекта в материалах. Чувствительным элементом служит мембрана с тензорезисторами, соединенными в мостовую схему. Под действием давления измеряемой среды мембрана прогибается, тензорезисторы меняют свое сопротивление, что приводит к разбалансу моста Уитстона. Разбаланс линейно зависит от степени деформации резисторов и, следовательно, от приложенного давления. Рис. 3.2. Упрощенный вид тензорезистивного чувствительного элемента 8 Следует отметить принципиальное ограничение КНС преобразователя – неустранимую временную нестабильность градуировочной характеристики и существенные гистерезисные эффекты от давления и температуры. Это обусловлено неоднородностью конструкции и жесткой связью мембраны с конструктивными элементами датчика. Поэтому, выбирая преобразователь на основе КНС, необходимо обратить внимание на величину основной погрешности с учетом гистерезиса и величину дополнительной погрешности. К преимуществам можно отнести хорошую защищенность чувствительного элемента от воздействия любой агрессивной среды, налаженное серийное производство, низкую стоимость. 3.2. Пьезорезистивный метод Практически все производители датчиков проявляют живой интерес к использованию интегральных чувствительных элементов на основе монокристаллического кремния. Это обусловлено тем, что кремниевые преобразователи имеют на порядок большую временную и температурную стабильности по сравнению с приборами на основе КНС структур. Кремниевый интегральный преобразователь давления (ИПД) представляет собой мембрану из монокристаллического кремния с диффузионными пьезорезисторами, подключенными в мост Уинстона (рис. 3.3). Чувствительным элементом служит кристалл ИПД, установленный на диэлектрическое основание с использованием легкоплавкого стекла или методом анодного сращивания. Рис. 3.3. Кремниевый интегральный преобразователь давления Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем (рис. 3.4). 9 Рис. 3.4. Решение для пьезорезистивных чувствительных элементов с использованием защитного покрытия Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений применяется преобразователь давления в герметичном металлостеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды на ИПД посредством кремнийорганической жидкости (рис. 3.5). Рис. 3.5. Преобразователь давления защищенный от измеряемой среды посредством коррозионно-стойкой мембраны Основным преимуществом пьезорезистивных датчиков является более высокая стабильность характеристик, по сравнению с КНС преобразователями, ИПД на основе монокристаллического кремния устойчивы к воздействию ударных и знакопеременных нагрузок. Если не происходит механического разрушения чувствительного элемента, то после снятия нагрузки он возвращается к первоначальному состоянию, что объясняется использованием идеально-упругого материала. 3.3. Емкостной метод Емкостные преобразователи используют метод изменения емкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые емкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью (рис. 3.6). 10 Рис. 3.6. Емкостной преобразователь давления В данном варианте роль подвижной обкладки конденсатора выполняет металлическая диафрагма. Достоинством чувствительного емкостного элемента является простота конструкции, высокая точность и временная стабильность, возможность измерять низкие давления и слабый вакуум. К недостатку можно отнести нелинейную зависимость емкости от приложенного давления. 3.4. Резонансный метод Резонансный принцип используется в датчиках давления на основе вибрирующего цилиндра, струнных датчиках, кварцевых датчиках, резонансных датчиках на кремнии. В основе метода лежат волновые процессы: акустические или электромагнитные. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. Частным примером может служить кварцевый резонатор (рис. 3.7). При прогибе мембраны, происходит деформация кристалла кварца, подключенного в электрическую схему и его поляризация. В результате изменения давления частота колебаний кристалла меняется. Подобрав параметры резонансного контура, изменяя емкость конденсатора или индуктивность катушки, можно добиться того, что сопротивление кварца падает до нуля – частоты колебаний электрического сигнала и кристалла совпадают – наступает резонанс. Рис. 3.7. Упрощенный вид резонансного чувствительного элемента, выполненного на кварце Преимуществом резонансных датчиков является высокая точность и стабильность характеристик, которая зависит от качества используемого материала. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, не возможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора. 11 3.5. Индуктивный метод Индукционный способ основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном (рис. 3.8). Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению. Рис. 3.8. Принципиальная схема индукционного преобразователя давления Преимуществом такой системы, является возможность измерения низких избыточных и дифференциальных давлений, достаточно высокая точность и незначительная температурная зависимость. Однако датчик чувствителен к магнитным воздействиям, что объясняется наличием катушек, которые при прохождении переменного сигнала создают магнитное поле. Подводя итог, приведем основные достоинства и недостатки различных методов преобразования давления в электрический сигнал, результаты сведены в Табл. 1. Табл. 1. Достоинства и недостатки измерителей давления Достоинства Недостатки Тензометрический (КНС-преобразователи) метод 1. Высокая степень защиты от агрессивной 1 Неустранимая нестабильность градуиросреды. вочной характеристики. 2. Высокий предел рабочей температуры. 2. Высокие гистерезисные эффекты от дав3. Налажено серийное производство. ления и температуры. 4. Низкая стоимость. 3. Низкая устойчивость при воздействии ударных нагрузок и вибраций. Достоинства Недостатки 12 Пьезорезистивный (на монокристаллическом кремнии) метод 1. Высокая стабильность характеристик. 1. Ограничение по температуре (до 150ºC). 2. Устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям. 3. Низкие (практически отсутствуют) гистерезисные эффекты. 4. Высокая точность. 5. Низкая цена. 6. Возможность измерять. давление различных агрессивных средств. Емкостной метод 1. Высокая точность. 1. Зачастую, нелинейная зависимость емко2. Высокая стабильность характеристик. сти от приложенного давления. 3. Возможность измерять низкий вакуум. 2. Необходимо дополнительное оборудова4. Простота конструкции ние или электрическая схема для преобразования емкостной зависимости в один из стандартных выходных сигналов. Резонансный метод 1. Высокая стабильность характеристик. 1. При измерении давления агрессивных 2. Высокая точность измерения давления. сред необходимо защитить чувствительный Арам элемент, что приводит к потери точности измерения. 2. Высокая цена. 3. Длительное время отклика. 4. Индивидуальная характеристика преобразования давления в электрический сигнал. Индукционный метод 1. Возможность измерять дифференциаль1. Сильное влияние магнитного поля ные давления с высокой точностью 2. Чувствительность к вибрациям и ударам 2. Незначительное влияние температуры на точность измерения Различные сферы применений определяют свои требования к датчикам: для промышленности – надежность и стабильность характеристик, для лабораторных измерений и расходометрии – точность измерения давления и т.д. Еще одним важным параметром является цена датчиков, которые используют тот или иной принцип преобразования давления. Поэтому при выборе преобразователя необходимо определить наиболее выгодный вариант – соотношение цены к возможностям прибора. Очевидно там, где требуется только какой-либо определенный параметр датчика (например, точность или возможность измерять вакуум) соотношение цены к предъявляемым требованиям высокое. В основном это касается резонансных, индукционных, емкостных и ионизационных датчиков. В большинстве случаев требуется несколько параметров преобразователей: точ13 ность, стабильность выходных характеристик, надежность, долговечность, низкая цена. Таким требованиям, как видно из вышеприведенной таблицы, удовлетворяют пьезорезистивные датчики давления и КНС-преобразователи. Выбрав КНС-преобразователи, вы получите надежные датчики, работающие при высоких температурах (более 1500ºС), однако теряете в точности и стабильности выходных характеристик, по сравнению с преобразователями на монокристалличеком кремнии. Поскольку в основном требуется высокая стабильность выходных характеристик при невысоких температурах, то интегральные преобразователи давления являются в этом случае оптимальным решением, при невысокой цене. 3.6. Преимущества интегральных механоэлектрических преобразователей Преимущества интегральных механоэлектрических преобразователей по сравнению с традиционными: монолитная конструкция преобразователей решает проблему сложности и высокой стоимости процесса установки и закрепления миниатюрных упругих элементов (мембран, балок и т.д.), поскольку упругий элемент выполнен с массивным основанием; тензочувствительный элемент является неотъемлемой частью упругого элемента преобразователя, представляя собой всего лишь область или совокупность областей различного типа проводимости и с различной степенью легирования примесей, полученной либо диффузией, либо ионной имплантацией, либо эпитаксией с помощью планарной технологии. Это исключает промежуточный, например соединительный, слой и тем самым устраняет явление ползучести и гистерезиса преобразователей характеристики и способствует повышению стабильности преобразователя; упругий элемент преобразователя выполнен из монокристаллического материала, обладающего более совершенными по сравнению с поликристаллическими или аморфными материалами упругими свойствами. Кроме того, относительные механические перегрузки, не вызывающие изменения характеристик интегральных преобразователей, в несколько раз превышают аналогичные перегрузки традиционных преобразователей. Это относится и к предельным разрушающим нагрузкам; использование технологии интегральных микросхем и, в частности, процесса фотоэлектронной литографии позволяет получить преобразователи с исключительно малыми размерами и массой; миниатюрность размеров упругих элементов интегральных преобразователей определяет их малую механическую инерционность а, следовательно, хорошие частотные свойства и малую чувствительность к механическим перегрузкам; использование технологии интегральных микросхем позволяет получать на одном упругом элементе совокупность тензочувствительных компонентов, объединѐнных в схему, например, полную резистивную мостовую схему, состоящую из различных тензочувствительных компонентов – тензотранзисторов и тензорезисторов. Это позволяет улучшить характеристики преобразователя и, в первую очередь, его чувствительность при тех же самых геометрических размерах; технология интегральных микросхем и использование монокристаллического ма14 териала для упругих элементов преобразователей определяют их значительно более высокую надежность по сравнению с традиционными преобразователями; групповой способ производства, включая автоматизированную настройку преобразователей, определяет их основное преимущество – существенно более низкую стоимость при сопоставимых технических характеристиках. Перечисленные выше преимущества интегральных преобразователей, по сравнению с традиционными, связаны с улучшением практически всех технических и экономических характеристик преобразователей. 15 4. Кремниевые датчики Для любительской практики представляют интерес лишь относительно не дорогие кремниевые датчики давления, имеющие выходной сигнал чаще всего порядка нескольких вольт. Обычной такой датчик изготавливают из кремниевой пластины, часть которой вытравливают до образования тонкой мембраны. Методом ионной имплантации на мембране выполняют резистивные элементы с межсоединениями. При изменении давления мембрана прогибается, и под действием пьезоэлектрического эффекта происходит изменение сопротивления резистивных элементов. Толщина мембраны, как и геометрическая форма резисторов, определяется областью допустимых давлений. Преимуществами широко распространѐнных датчиков этого типа являются: Высокая чувствительность Хорошая линейность Незначительные гистерезисные явления Малое время срабатывания Компактная конструкция Экономичная планарная технология изготовления Недостаток, заключающийся в повышенной температурной чувствительности, можно в большинстве случаев скомпенсировать. Четыре однотипных пьезорезистора образуют мост (рис. 4.1). При этом отдельные резисторы (R1 … R4) соединены так, что при прогибе мембраны сопротивление резисторов R1 и R3 возрастает, а у R2 и R4 – уменьшается. В результате достигается высокая чувствительность измерительного моста. Выходное напряжение UA соответсвует тогда уравнению: [4.1] На рис. 4.2 графически представлена зависимость UA(p) для типичного кремниевого датчика давления. Здесь же продемонстрированно и влияние температуры на чувствительность. Поскольку в этом случае максимально выходное напряжение составляет лишь 0,1 В, для дальнейшей обработки сигнала его нужно усилить до 1 В. Такое 10-кратное усиление по напряжению с помощью стандартных операционных усилителей не составляет проблемы, а поэтому согласование сигнала с измерительным прибором осуществляется легко. Для измерений с повышенной точностью следует дополнительно компенсировать температурную погрешность датчиков. 16 Рис. 4.1. Измерительный мост из четырех идентичных пьезорезисторов, составляющих в совокупности датчик давления 4.1. Рис. 4.2. Характеристика кремниевого датчика давления при разных температурах (25 и 125 С) Компенсация температурной погрешности. В принципе следует различать температурный коэффициент смещения нуля и температурный коэффициент чувствительности и каждую отдельную погрешность компенсировать индивидуально. Температурный коэффициент смещения нуля (примерно ) представляет собой температурную погрешность сигнала в нулевой точке шкалы. Он примерно в 10 раз меньше температурного коэффициента чувствительности (около ). Простейший способ компенсации состоит в так называемой температурной компенсации с помощью резисторов и датчиков температуры, как показано на рис. 3.3. 17 Рис. 4.3. Схемы компенсации для кремниевого датчика давления: а – пассивная компенсация чувствительности моста; б – установка нуля шкалы и пассивная компенсация температурного смещения нуля с помощью дополнительного резистора R0; в – активная компенсация чувствительности моста и смещения нуля шкалы; г – дополнительная возможность активной компенсации температурного смещения нуля шкалы. OP – операционный усилитель. Правильным подбором шунтирующих резисторов (R/R0) можно оказывать влияние как на смещение нуля, так и на изменение чувствительности. Однако лучше осуществлять активную компенсацию с помощью операционных усилителей, которая почти полностью устраняет температурную погрешность. На рис таком то показан полная схема кремниевого датчика давления с активной компенсацией изменения чувствительности и смещения нуля. Два ОУ OP1 и OP2 включены как не инвертирующие усилители, причем коэффициент усиления OP1 управляется датчиком температуры KTY 10. Поскольку с повышением температуры чувствительность датчика давления падает, при соответствующем подборе параметров KTY 10 и R коэффициент усиления OP1 может быть увеличен настолько, что потеря чувствительного окажется скомпенсированной. С помощью усилителя OP4 нулевую точку можно установить произвольно. Если схема в точке А заменена схемой по рис 18 г, то смещение нуля регулируется независимо от компенсации чувствительности. При этом резистор R0 включен как активны элемент в измерительном мосте, выходное напряжение которого согласовывается с усилителем OP4. 4.2. Датчики с нормализованным выходным сигналом. Рассмотрим кремниевые датчики давления серии MPX5000 фирмы Motorola – серии датчиков давления с нормализованным выходным сигналом. Носитель базового кристалла (корпус 867-04) Датчик дифференциального давления с выходными портами (корпус 867С-03) Рис. 3.4. Общий вид датчиков давления серии MPX5000. Датчики давления серии MPX5000 являются законченными датчиками давления, перекрывающими диапазон давлений от нуля до тысячи килопаскалей, разработанными для массового применения и за счет нормализации выходного сигнала очень удобными для применения в системах с микропроцессорным управлением. Датчики давления фирмы Motorola созданы на основе монолитного кремниевого пьезорезистора, генерирующего выходное напряжение изменяющееся в зависимости от изменения прилагаемого давления. Резистивный элемент, основа тензодатчика, формируется имплантацией ионов в краевой зоне тонкой кремниевой диафрагмы, сформированной травлением полости в относительно толстом кремниевом кристалле. Датчик работает таким образом: ток возбуждения протекает по резистору (отводы 1 и 3) а подаваемое к диафрагме давление, воздействуя на диафрагму, изгибает резистор. Изгиб приводит к возникновению в резисторе поперечного электрического поля , которое проявляется как напряжение на отводах 2 и 4, соединенных со средней точкой резистора. Выходной сигнал изменяется пропорционально прилагаемому давлению. Одноэлементный тензодатчик, с поперечным съемом напряжения, можно рассматривать как механический аналог прибора на эффекте Холла. Тензодатчик является интегральной частью диафрагмы и, следовательно, его температурный коэффициент не отличается от температурного коэффициента диафрагмы. Выходные параметры самого тензодатчика все же зависят от температуры и для обеспечения расширенного диапазона температур необходима температурная компенсация. Для диапазона температур от 0 до 85°C достаточно простой резистивной цепочки, реализованной на том же кристалле, но для более широкого диапазона температур, например от -40 до 125°C, потребуется и более сложная схема компенсации. Такая дополнительная компенсация реализуется внешними схемами. 19 Использование одного чувствительного элемента исключает необходимость точного согласования четырех, чувствительных и к давлению и к температуре, резисторов, составляющих мост Уитстоуна. Кроме того, существенно упрощаются дополнительные схемы, необходимые для калибровки и температурной компенсации. Начальное смещение зависит, в основном, от степени выравнивания отводящих проводников, снимающих напряжение. Это выравнивание выполняется в одном литографическом процессе, обеспечивающем простое их согласование а использование только положительного напряжения, упрощают схему сведения смещения к нулю. Выводы: 1 – земля; 2 – +Vout; 3 –Vs; 4 – -Vout; Рис. 4.5. Базовый элемент некомпенсированного датчика. На Рис. 4.6. показан кристалл датчика абсолютного давления и кристалл дифференциального (или относительного) датчика в корпусе - носителе кристалла. Разница между кристаллами датчиков дифференциального и абсолютного давления заключается в том, что у последнего нет отверстия в нижней - герметизирующей кремниевой пластине и полость, сформированная углублением, вытравленным в верхней пластине, и нижней пластиной содержит вакуум - давление сравнения. 20 Базовый элемент датчика абсолютного давления Датчик дифференциального/относительного давления Рис. 4.6. Поперечные сечения базового элемента абсолютного давления и носителя кристалла датчика дифференциального/относительного давления (не в масштабе). На сечении носителя кристалла с кристаллом дифференциального датчика давления, виден кремниевый гель, который изолирует поверхность кристалла и соединительные проводники от повреждения твердыми частицами. которые могут оказаться в среде, передающей давление на диафрагму. Датчики давления серии MPX поставляются как в виде базовых элементов без компенсации, базовых элементов с температурной компенсацией и калибровкой, и со схемой полной нормализации выходного сигнала (семейство MPX5000), размещенной на этом же кристалле. Достоинство некомпенсированных приборов в том, что внешнюю схему компенсации можно реализовать на любую требуемую температуру. С тем, чтобы облегчить жизнь разработчикам систем, в которых используются датчики давления, фирма Motorola увеличила уровень интеграции датчиков - кроме встроенной температурной компенсации и калибровки, реализованных в датчиках предшествовавшей серии (серии MPX20000). В серии MPX5000 на кристалле датчика реализован 21 усилитель нормализации сигнала, что позволяет реализовать прямой интерфейс датчика с аналого-цифровым преобразователем микропроцессора. На Рис. 4.7 представлена блок схема, датчика давления с встроенными на кристалл элементами термокомпенсации, калибровки и нормализации выходного сигнала. Рис. 4.7. Блок - схема интегрального датчика давления семейства MPX5000 Нормализация выходного сигнала реализована посредством четырехкаскадного биполярного линейного усилителя с использованием технологии тонкопленочной технологии и интерактивной лазерной подгонкой. Рис. 4.8. Упрощенная принципиальная схема датчика давления семейства MPX5000. Датчики давления фирмы Motorola продаются и как базовые элементы, для монтажа в условиях, определяемых потребителем, и в комплекте с одним или двумя портами, 22 разработанными фирмой Motorola, которые обеспечивают удобный монтаж датчика на печатной плате и подключение к нему подводящих среду передачи давления магистралей. Возможны и нестандартные, например обеспечивающие биологическую совместимость, материалы корпусов. Рабочие характеристики датчиков серии MPX, их надежность и сертификационные тесты основываются на использовании в качестве передающей давление среды сухого воздуха. Другие среды могут оказать неблагоприятное воздействие на характеристики датчика и его долговременную стабильность. Вопросы определения степени надежности полупроводниковых датчиков давления приобрели, важное значение практически с самого начала их разработки и применения. Для микроэлектроники эти вопросы не являются новыми. Однако, при разработке новых технологий, таких, как датчики, не всегда ясно как определять надежность. Датчики давления имеют два "лица" - электронное и механическое. Поскольку они являются электромеханическими устройствами, эксплуатируемыми под воздействиями самого различного вида, необходимо быть уверенными, что на различные элементы датчика при испытаниях на надежность будут использоваться такие же воздействия, как и в реальных условиях эксплуатации. Дополнительные сложности при проведении испытаний на надежность создает большое количество сильно отличающихся корпусов датчиков, по сравнению со стандартными корпусами других полупроводниковых приборов, что требует разработки и изготовления специальных фиксаторов и измерительных установок. Однако, поскольку объемы применения датчиков продолжают расти, вопросы определения надежности становятся более важными, чем даже обеспечение того, чтобы датчики использовались во всех сегментах рынка. Фирма Motorola проводит испытания своих полупроводниковых датчиков на надежность основываясь на статистике выявлении отказов под воздействием возможных факторов окружающей Среды, что позволило фирме прогнозировать характеристики надежности своих приборов. Потенциально возможные режимы работы и механизмы отказов выявляются как проведением сертификационных тестов, так и посредством разрушающего контроля - заданием режимов и условий работы за пределами действия сертификационных тестов. Ниже представлен перечень типовых испытаний на надежность, используемых фирмой для обеспечения соответствия рабочих характеристик датчиков давления требованиям конечного пользователя в промышленной и автомобильной областях. Термоциклирование включенного прибора под переменным давлением. Этот тест является тестом на воздействие температуры объединенным с циклической подачей давления при котором электрически включенный прибор попеременно подвергается низкой и высокой температуре при изменяющемся давлении. Этот тест имитирует экстремальные ситуации в жизненном цикле датчика. Типовые условия при тестировании: предельная температура окружающей среды 40°C и +125°C с выдержкой по 8 часов при каждой температуре в течение 500 часов, воздействие давления с частотой 1 Гц от нулевого до полного в течение 1800000 циклов, диапазон напряжений = 100% номинального напряжения. Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров 23 Возможные отказы: дефекты проводников и приварки проводников, нарушение посадки кристалла, вспенивание изолирующего геля, нарушение целостности корпуса, нарушение стабильности параметров. Воздействие высокой влажности, высокой температуры на включенный прибор. Комплексный тест на воздействие среды/тока в котором электрически включенный прибор подвергается воздействию высокой температуры и влажности. Типовые условия при тестировании: температура окружающей среды = 85°C, относительная влажность = 85%, диапазон напряжений = 100 % номинального напряжения, время тестирования 500 часов. Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров Возможные отказы: дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение стабильности параметров. Механический удар (Military standard 750 Metod 2016). Тест имитирует потенциально возможные экстремальные условия эксплуатации. Типовые условия при тестировании: воздействие на датчик ускорения 3000 g по пять раз по каждой из шести осей ориентации Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров Возможные отказы: дефекты приварки проводников, нарушение целостности кремниевой диафрагмы, нарушение стабильности параметро Воздействие вибрации с переменной частотой (Military standard 750 Metod 2056). Тест имитирует потенциально возможные экстремальные условия эксплуатации. Типовые условия при тестировании: воздействие на датчик вибрации с логарифмически изменяющейся от 100 Гц до 2 кГц частотой в течение 4 циклов по каждой оси по 4 минуты в каждом цикле. Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров Возможные отказы: нарушение целостности кристалла, целостности корпуса, нарушение стабильности параметров Воздействие экстремальных температур условий хранения Тест имитирует возможные экстремальные условия хранения. Типовые условия при тестировании: выдержка при -40°C и +125°C по 1000 часов при каждой температуре. Возможные отказы: нарушение рабочих характеристик. Термоциклирование (Military standard 750 Metod 1051). Тест на попеременное воздействие высокой и низкой температурой Типовые условия при тестировании: выдержка при -40°C и +125°C по 15 минут при каждой из указанных температур, длительность теста - 1000 циклов. Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров Возможные отказы: нарушение целостности и посадки кристалла, дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение рабочих характеристик. 24 Термический удар (Military standard 750 Metod 1056). Тест аналогичен термоциклированию но проводится в жидкостной среде, что обеспечивает быструю передачу тепла к местам присоединения кристалла, проводников и корпусу в целом. Типовые условия при тестировании: выдержка при -40°C и +125°C по 1 минуте при каждой из указанных температур, в течение 500 циклов. Потенциальные виды отказов: обрыв, короткое замыкание, уход параметров Возможные отказы: нарушение целостности и посадки кристалла, дефекты приварки проводников, нарушение целостности корпуса, нарушение рабочих характеристик. Воздействие соляным туманом (Military standard 750 Metod 1041). Тест на воздействие атмосферы соляного тумана имитирующего атмосферу морского побережья Возможные отказы: коррозия датчика 25 5. Сенсор + интеллект = интеллектуальный датчик Что же такое «интеллектуальные датчики давления»? Чем они отличаются от других приборов измеряющих давление? Датчики давления - это приборы, которые преобразуют давление в другие типы сигналов. На выходе из прибора может быть получена механическая сила, которая перемещает стрелку прибора, электрический (аналоговый) или цифровой сигнал. Современные датчики давления это сложный комплекс самых разных компонентов, высокочувствительных сенсоров, электронных схем, микропроцессоров. Принцип действия интеллектуальных датчиков давления построен на способности кремневой пластины, менять электрический потенциал в зависимости от изменения воздействующего на нее давления. В очень упрощенном виде работу прибора можно описать так: сенсор созданный на основе монокристаллического кремниевого элемента преобразует давление в электрический сигнал, который усиливается и передается в микропроцессор установленный в самом приборе, а не в центральный контроллер (АСУ ТП), как в классических схемах. Именно поэтому они и называются «интеллектуальные датчики давления». Устройство интеллекта – микропроцессор, производит математическую обработку информации непосредственно в процессе измерения давления, а также активно управляет процессом измерения. Обработка данных в самом приборе основное отличие интеллектуальных датчиков от других приборов для измерения давления. На выходе интеллектуальные датчики давления дают аналоговый электрический сигнал и цифровой сигнал совместимый с протоколами HART (наиболее распространенный), Modbus, FieldBus и другими. Либо выходной сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Интеллектуальные датчики давления могут быть запрограммированы в зависимости от требований конкретного производства с учетом его динамики. Наличие микропроцессора позволяет не только повысить точность измерений, но и значительно расширить функции прибора. Такие датчики давления могут обрабатывать и хранить в памяти большие массивы информации, работать в автономном режиме значительный период времени, (до нескольких месяцев), проводить самостоятельную диагностику работы сенсора и самостоятельно корректировать возникающие погрешности. Интеллектуальные датчики давления могут быть наделены функцией самообучения с элементами искусственного интеллекта. В них заложена возможность расширенной коммутации (передачи данных), многократного измерения параметров. По сути это микрокомпьютер напрямую соединенный с сенсором. 5.1. Преимущества интеллектуальных датчиков Особенности и преимущества, получаемые от использования «интеллектуальных» датчиков связаны с привлечением вычислительных ресурсов в сам датчик. Обработка данных производится в каждом индивидуальном датчике, в отличие от обработки в центральном контроллере системы, как в большинстве традиционных систем. При этом интеллектуальный датчик наряду с получением обычной полезной информации может быть динамически запрограммирован в зависимости от изменений в требованиях пользователя. Это уменьшает необходимость в дорогих, специально ориентированных на 26 данное приложение датчиках, так как дешевые программируемые общецелевые датчики достаточны для большинства приложений. Применение цифровых методов обработки информации позволяет повысить не только качество измерений, но и значительно расширить функции приборов. Кроме уже известных возможностей (настройка пределов измерения, фильтрация сигнала, корректировка погрешностей) появляются и другие функции (реализация функций регуляторов, задание допустимых значений, самодиагностика, увеличение объема передаваемой информации по полевым шинам и др.). 5.2. Виды датчико-преобразующей аппаратуры Можно придерживаться следующей общей классификации интеллектуальных датчиков: 1. Датчики, имеющие аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и интерфейс для связи с ПЭВМ типа RS–232, RS–422, RS–485. Устройства данного типа не имеют встроенного микроконтроллера и осуществляют только оцифровку аналогового сигнала с дальнейшей передачей на ПЭВМ. 2. Датчики, имеющие АЦП, микроконтроллер и интерфейс связи. Такие устройства осуществляют внутреннюю коррекцию получаемого аналогового сигнала, а ряд из них уже используют протоколы связи типа Hart, Modbus и др. Настройка параметров данных датчиков осуществляется в основном локально (вручную с помощью коммуникаторов различных типов). 3. Датчики, имеющие АЦП, микроконтроллер (или специализированный микропроцессор) и дуплексную связь с ПЭВМ. Подобные устройства имеют в основном интерфейс RS-485 и осуществляют связь с ПЭВМ по протоколам более высокого уровня: Profibus, Fieldbus Foundation и др. Данные приборы позволяют оператору непосредственно с пульта управления осуществлять настройку их параметров и режимов работы, проводить диагностику и калибровку. Это дает возможность исключить промежуточные звенья в цепи распределенных систем – программнологические контроллеры, сократить расходы на проводку, контактные соединения и упростить техническое обслуживание за счет дистанционной диагностики и конфигурирования. Поэтому датчики этой группы можно называть «интеллектуальными». 5.3. Структура интеллектуальных датчиков Современные интеллектуальные датчики имеют многовариантную блочную структуру. Основными блоками являются чувствительный элемент (сенсор) и преобразователь. В одном датчике может иметься ряд сенсоров, взаимодействующих с одним преобразователем. Добавочным блоком может являться местный показывающий прибор. 27 Рис. 4.1. Структурная схема подключения термокомпенсированного датчика Рис. 4.2. Структурная схема подключения датчика со стандартным (нормализованным) выходным сигналом Сенсор имеет обычно множество вариантов исполнения, рассчитанных на разные свойства измеряемой и окружающей сред и разную конструкцию объекта измерения: варианты арматуры (корпуса сенсора) под разные давления, температуры, воздействия и помехи; варианты материалов арматуры, контактирующих с измеряемой средой, под обычную, химически агрессивную, абразивную и другие среды; варианты исполнения сенсора под обычную, гигиеническую, взрывоопасную среды; варианты соединения сенсора с конструкцией объекта измерения типа фланцевой, вафельной, резьбовой и т. д. Преобразователь может быть компактно объединен с сенсором в одном конструктиве, а может исполняться в отдельном конструктиве и размещаться рядом или на небольшой дистанции от сенсора. Сам преобразователь, как минимум, состоит из программируемого микропроцессора с оперативным и постоянным модулями памяти, аналого-цифрового преобразователя, сетевого контроллера связи с типовыми полевыми сетями. Обычно он также имеет ряд вариантов исполнения: варианты корпуса преобразователя под разные свойства окружающей среды и разные имеющиеся внешние помехи; варианты питания прибора по наличию блока питания в нем или питанию его от постороннего источника через полевую сеть; варианты выходных сигналов преобразователя по числу, по параметрам, по коммуникационным возможностям связи с различными полевыми сетями. Очень важно, что большинство производителей комплектуют датчики из сочетания разных вариантов сенсоров одного метода измерения с разными вариантами преобразователей, рассчитанных на работу с данной серией сенсоров. Благодаря этому удается наиболее точно и полно удовлетворять отдельным конкретным требованиям к приборам. Сле28 дует иметь в виду, что подобная, весьма технически рациональная гибкость построения датчиков, в то же время, не позволяет, в ряде случаев, дать оценку стоимости прибора без детального анализа выбранных вариантов составляющих его блоков. 5.4. Функции интеллектуальных датчиков Рассматриваемые интеллектуальные датчики являются многофункциональными приборами, для которых только традиционно сохраняется наименование «датчик», а по выполняемым функциям они все более приближаются к симбиозу датчика и контроллера. Тенденция их развития, связанная со все расширяющимися возможностями встроенных в них микропроцессоров, заключается в передаче им от контроллеров все большего числа простейших типовых функций контроля и управления. Кроме того, современные интеллектуальные датчики все более широко используют возможности своего микропроцессорного преобразователя для совершенствования процесса измерения: повышения точности, увеличения надежности, выбора диапазона измерения, исключения ошибочных выходных данных, расширения функций дистанционного управления работой сенсора. Информационные функции. Датчики хранят в своей памяти и по дистанционному запросу пользователя выдают все данные, определяющие свойства, характеристики, параметры данного конкретного прибора: его тип, заводской номер, технические показатели, возможные диапазоны измерения, установленную шкалу, заданные параметры настройки сенсора, работающую версию программного обеспечения, архив следующей проверки датчика и т. п.. Кроме того, датчики могут иметь архив текущих измеряемых и вычисляемых ими значений величин за заданный интервал времени. Функции конфигурирования. Дистанционное формирование или модификация пользователем основных настроечных параметров датчика: установка нуля прибора, выбор заданного диапазона измерения, фильтрация текущих значений, выбор наименования единиц измерения, в которых датчик должен выдавать информацию и т. п. действия. Функции форматирования. Автоматический анализ изменений измеряемой величины и текущего состояния среды измерения: определение выходов значений измеряемой величины за заданные нормы, выдача различных сообщений об изменениях значений измеряемой величины, проверка нахождения в допустимых диапазонах параметров измеряемой среды. Все эти функции дистанционно настраиваются пользователем. Функции самодиагностики. В процессе работы датчики выполняют анализ своей работы: при возникновении различных сбоев, нарушений и неисправностей фиксируют их место возникновения и причину, определяют выход погрешности прибора за паспортную норму, анализируют работу базы данных датчика, рассматривают правильность учета факторов, которые корректируют выходные показания датчика. Ряд датчиков имеют встроенные в них термометры. По их показаниям микропроцессоры датчиков проводят коррекцию измеренного давления (компенсацию температурной погрешности), а в датчиках дифференциального давления иногда проводится коррекция еще и по статическому давлению среды. Эти корректирующие вычисления приводят к повышению точности работы датчиков. 29 Функции преобразования. Датчик преобразует электрический сигнал на выходе сенсора (обычно, низковольтный аналоговый, или частотный, или импульсный сигнал) в значение заданного наименования единицы измерения; при этом он выполняет коррекцию и повышение точности выходного значения по сопутствующим текущим показателям состояния измеряемой среды (например, по ее температуре и/или давлению), в случае, если показания датчика зависят и от них. В приборе проводятся необходимые преобразования измерительной информации: усиление сигналов сенсора, стандартизация диапазонов выходных аналоговых сигналов, линеаризация и фильтрация измеренных значений, расчет выходных значений по заданным алгоритмам, аналого-цифровое преобразование значений измеряемой величины корректируют выходные показания датчика. Интеллект датчиков, как правило, обеспечивает выполнение некоторого подмножества из следующих функций: автономный (необслуживаемый) режим работы в течение временных периодов от нескольких часов до нескольких месяцев; высокую стабильность метрологических характеристик в течение длительных интервалов времени; устойчивость к воздействию внутренних, внешних помех и сбоев; самотестирование; самообучение с элементами искусственного интеллекта; коммутация (интерфейсы передачи данных). К числу дополнительных функций относятся: обеспечение повышенной надежности при работе в тяжелых климатических условиях; минимизация энергопотребления от автономных гальванических источников питания; аппаратная и программная фильтрация входного сигнала с целью уменьшения помех; реализации режима периодической подачи и отключения питания; использование сторожевого таймера для предотвращения потери программного управления; использование статических оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) с резервированием питания; многократное измерение параметров. Особое внимание уделяется обеспечению режима минимизации энергопотребления за счет следующих средств: использование элементной базы с малым энергопотреблением; введение в общую структуру устройства систем управления режимами энергопотребления (например, менеджеров питания); выбор минимальной тактовой частоты контроллера; использование режимов приостановки, полной остановки или выключения питания во время работы относительно медленнодействующих периферийных устройств; использование экономных преобразователей постоянного напряжения. 30 5.5. Технические особенности использования современных интеллектуальных датчиков Приведем краткое техническое сопоставление современных интеллектуальных датчиков с обычными, традиционными датчиками. Современные интеллектуальные датчики обеспечивают: 1. Резкое уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру, т. к. вместо низковольтного аналогового сигнала по кабелю, соединяющему датчики с контроллером, идут цифровые сигналы, на которые электрические и магнитные промышленные помехи оказывают несравнимо меньшее влияние; 2. Увеличение надежности измерения благодаря самодиагностике датчиков, т. к. каждый датчик сам оперативно сообщает оператору факт и тип возникающего нарушения, тем самым, исключая использование для управления некачественных и/или недостоверных измерений; 3. Возможность использования принципов измерения, требующих достаточно сложной вычислительной обработки выходных сигналов сенсора, но имеющих ряд преимуществ перед традиционно используемыми принципами измерения по точности, стабильности показаний, простоте установки и обслуживания датчика в процессе его эксплуатации; 4. Возможность построения мультисенсорных датчиков, в которых преобразователь получает и перерабатывает сигналы ряда однотипных или разнотипных чувствительных элементов; 5. Возможность проведения всей необходимой первичной переработки измерительной информации в датчике и выдачи им искомого текущего значения измеряемой величины в заданных единицах измерения; 6. Возможность передачи в систему автоматизации не только текущего значения измеряемой величины, но и добавочных сигналов о выходе его за пределы заданных норм, а также возможность передачи по сети не каждого текущего измеряемого значения, а только изменившегося по сравнению с предыдущим значения, или вышедшего за пределы заданных норм значения, или значения, требующего управляющего воздействия; 7. Наличие в датчике базы данных для хранения значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени; 8. Возможность дистанционно с пульта оператора в оперативном режиме выбирать диапазон измерения датчика, устанавливать ноль прибора; 9. Возможность, путем программирования работы датчика на достаточно простом технологическом языке, реализовывать в нем простые алгоритмы регулирования, программного управления, блокировок механизмов; 10. Возможность строить достаточно простые цепи регулирования, программного управления, блокировок на самом нижнем уровне управления из трех компонентов: интеллектуальных датчиков, полевой сети и интеллектуальных исполнительных механизмов, не загружая этими вычислительными операциями контроллеры, что позволяет использовать мощность контроллеров для реализации в них достаточно сложных и совершенных алгоритмов управления. 31 5.6. Интеллектуальные датчики в многоканальных испытательных системах В последнее время в области разработки эффективных, недорогих и безошибочных многоканальных динамических испытательных систем были достигнуты значительные успехи. Благодаря появлению современных контрольно-измерительных приборов, передающих в базу данных точные сведения о своих характеристиках, чувствительности, местоположении и т.д., внесение оператором ошибок в документацию было практически устранено. В значительной мере эти успехи обязаны применению так называемых "смешанных" интеллектуальных датчиков — обычных аналоговых устройств со встроенными микросхемами, содержащими специфическую для данного датчика информацию. В обычном режиме работы выходной сигнал такого датчика является аналоговым. При поступлении от пользователя специальной команды датчик начинает передавать цифровую информацию, содержащую его идентификационный номер. Передача цифровых данных осуществляется по той же паре проводников, при помощи которой подается напряжение питания и которая используется для передачи выходного высокочастотного аналогового сигнала. По окончании цифровой передачи линия связи вновь подключается к аналоговым выходным цепям датчика. Назначение стандарта единого интерфейса — формулирование рекомендаций по разработке протоколов и интерфейсов "смешанных" интеллектуальных датчиков, а также согласование с форматом данных TEDS (Transducer Electronic Data Sheet — Электронная спецификация данных преобразователя). Реализация этого стандарта позволит отказаться от традиционной практики учета использования датчиков, а также существенно снизить приходящиеся на один канал удельные затраты, связанные со сбором данных, их проверкой и анализом в многоканальных испытательных системах, применяющихся в промышленных и лабораторных условиях. 5.7. Коммуникационные протоколы и интерфейсы Интерфейсы связи, стандарты передачи данных: RS-232 RS-232 стандарт последовательной синхронной и асинхронной передачи двоичных данных между терминалом и коммуникационным устройством. RS-232 интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5 В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно определяемого по его названию: «Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду». Чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. Иногда присутствует на современных персональных компьютерах. По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. RS-422 32 ANSI/TIA/EIA-422-B (бывш. RS-422) это технический стандарт обеспечивает сбалансированную или дифференциальную однонаправленную нереверсируемую передачу данных по терминированным или нетерминированным линиям, с возможностью соединения «точка-точка» или для многоабонентской доставки сообщений. В отличие от RS-485, которая обеспечивает многоточечную структуру, EIA-422 не позволяет иметь несколько отправителей, но позволяет иметь несколько получателей. Полное название документа, регламентирующего данный стандарт ANSI — «Электрические характеристики и цепи питания интерфейса TIA-422». Опубликован в мае 1994 года, на сегодняшний день находится в ревизии «B». Достоинством стандарта является скорость передачи данных до 10 мегабод для 12метрового кабеля. Хотя спецификация стандарта и не устанавливает верхней границы, в ней приведѐн график затухания сигнала с ростом длины кабеля. График обрывается на 10 Мбит/с. RS-485 RS-485 стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи. Стандарт RS-485 совместно разработан двумя ассоциациями: Ассоциацией электронной промышленности (EIA) и Ассоциацией промышленности средств связи (TIA). В стандарте RS-485 для передачи и приѐма данных часто используется единственная витая пара проводов. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. По одному проводу (условно А) идет оригинальный сигнал, а по-другому (условно В)- его инверсная копия Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между проводниками витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" -отрицательна. Коммуникационные протоколы: HART HART-протокол — цифровой промышленный протокол передачи данных, попытка внедрить информационные технологии на уровень полевых устройств. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4-20 мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам. HART-протокол это практически стандарт для современных промышленных датчиков. Приѐм сигнала о параметре и настройка датчика осуществляется с помощью HART-модема или HART-коммуникатора. К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков. В этом случае датчики передают информацию только в цифровом виде, а сигнал 4-20 мА фиксируется на минимальном значении и не содержит информации об измеряемой величине. HART-протокол был разработан в середине 1980-х годов американской компанией Rosemount. В начале 1990-х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом. Однако полных официальных спецификаций протокола в открытом доступе нет — их необходимо заказывать за деньги на сайте фонда HART-коммуникаций. На февраль 2009 года доступна спецификация версии HART 7.1, поддерживающая технологию беспроводной передачи данных. 33 Modbus Modbus — коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиентсервер». Широко применяется в промышленности для организации связи между электронными устройствами. Может использовать для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP). Modbus относится к протоколам прикладного уровня сетевой модели OSI. Контроллеры на шине Modbus взаимодействуют, используя клиентсерверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа. Обычно в сети есть только один сервер, так называемое, «главное» (master) устройство, и несколько клиентов — «подчиненных» (slaves) устройств. Главное устройство инициирует транзакции (передаѐт запросы). Подчиненные устройства передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Главный может адресоваться индивидуально к подчиненному или инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство формирует сообщение и возвращает его в ответ на запрос, адресованный именно ему. При получении широковещательного запроса ответное сообщение не формируется. Profibus PROFIBUS (Process Field Bus) — открытая промышленная сеть, прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров SIMATIC, на основе этого прототипа Организация пользователей PROFIBUS разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации. Очень широко распространена в Европе, особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть PROFIBUS — это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158 и EN 50170. Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта PROFIBUS занимается PROFIBUS NETWORK ORGANISATION (PNO). PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов. PROFIBUS использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов PROFIBUS. Сеть PROFIBUS построена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498. PROFIBUS определяет следующие уровни: 1 — физический уровень — отвечает за характеристики физической передачи; 2 — канальный уровень — определяет протокол доступа к шине; 7 — уровень приложений — отвечает за прикладные функции. 5.8. Экономические аспекты использования современных интеллектуальных датчиков Стоимость современных интеллектуальных датчиков превышает стоимость обычных датчиков, поэтому первоначальные затраты заказчиков на них возрастают. Однако, 34 общие затраты на систему автоматизации за все этапы ее жизненного цикла могут быть уменьшены по следующим обстоятельствам: уменьшается стоимость установки и обслуживания интеллектуальных датчиков за время эксплуатации (см. п. 3 предыдущего раздела); увеличивается стабильность их работы, что приводит к экономии за счет более редких поверочных испытаний; возникает экономия в стоимости кабельных линий, соединяющих измерительные средства с контроллерами, т. к. к одной шине можно подсоединить от восьми до порядка 100 датчиков, а также в стоимости контроллеров, т. к. не требуется включать в них блоки ввода; при применении на взрывоопасных производствах полевых сетей Profibus PA или Foundation Fieldbus HI возникает экономия из-за уменьшения (или исключения) барьеров искробезопасности. Кроме того, при применении интеллектуальных датчиков снижаются потери на производстве, вызванные использованием для управления не точных и неверных показаний датчиков. 5.9. Тенденции развития современных интеллектуальных датчиков Тенденции развития рассматриваемого класса датчиков можно проследить по направлениям разработок ведущих приборостроительных фирм, а также по новым типам приборов, внедрение которых начинается на предприятиях. Развитие многофункциональных свойств датчика. Перспективные разработки ведутся по реализации в датчике функции прогнозирования значения измеряемой величины, по углублению те кущей самодиагностики датчика и на ее базе по прогнозированию в самом датчике возможной не корректной его работы и по составлению рекомендаций по его обслуживанию, а также по адаптации шкалы датчика к диапазону изменения из меряемой величины. Кроме того, все больший объем задач по расчету показателей, по обнаружению заданных событий, по реализации задач управления перекладывается с контроллера на датчик. Ввиду этого сам термин "датчик" становится все более неполным и условным. Миниатюризация датчика. Создание миниатюрных датчиков на базе ряда известных и частично новых методов измерения с использованием миниатюрных по размерам микропроцессоров позволяет выпускать промышленное оборудование с встроенными в него датчиками и создавать системы автоматического мониторинга работы машин и механизмов, которые определяют текущий износ отдельных узлов оборудования и, следовательно, повышают надежность его работы и совершенствуют имеющуюся на предприятиях систему обслуживания и ремонта оборудования. Расширение видов связи датчика с контроллером. В настоящее время датчик связывается с контроллером либо через самостоятельный провод ной канал аналоговых сигналов, либо через общую для ряда датчиков цифровую проводную сеть. В случае значительного удаления датчиков от основных средств системы автоматизации дат чик с помощью отдельных специальных средств телемеханики может общаться с контроллером по радиоканалу. В ряде фирм сейчас ведутся работы по созданию беспроводных датчиков, в которые встраиваются блоки коротковолновой радиосвязи (аналогичными блоками оснащаются и контроллеры). Предпосылками развития указанных типов датчиков служат с одной стороны наблюдающееся снижение стоимости средств коротковолновой радиосвя35 зи и повышение надежности работы этих средств, а с другой стороны возникающая экономия затрат на проводную связь, упрощение монтажа системы и расширение возможных мест установки датчиков. 36 6. Патентный обзор № п/п 1 2 Страна, изобретатель, фирма, класс МКИ Россия Изобретатели: Ларионов В.А. Фирма: ЗАО «Метран» G01L9/04 Россия Изобретатели: Номер патента, дата приоритета Сущность технического решения Заявка 2001122346/2820 01122346/28, 08.08.2001 Публикация 2227277 10.07.2003 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред. Сущность: в преобразователь введены дополнительные мембраны с тензодатчиками, рассчитанными на разные максимальные давления. Крайняя из дополнительных мембран, рассчитанная на минимальный диапазон давлений, герметично отделяет измеряемое давление от опорного, поступающего на все остальные мембраны. Введенный в преобразователь коммутатор аналоговых сигналов обеспечивает соединение тензодатчиков через АЦП с микроконтроллером. Технический результат изобретения заключается в повышении чувствительности и точности преобразователя давления без увеличения потребляемого тока в широком диапазоне измеряемых давлений. Заявка 2008142632/28, Изобретения относятся к измерительной технике и могут использоваться в нефтехимической, 37 Грудцинов Григорий Михайлович; Лапин Андрей Павлович Фирма: ЗАО «Метран» G01L9/00 27.10.2008 Публикация 2384824 20.03.2010 газовой и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения при сохранении высокого быстродействия устройства измерения давления и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит сенсор давления, стабилизатор напряжения, источник опорного напряжения, схему линеаризации функции преобразования, усилитель, схему управления, переключатель (коммутатор), аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) хранения коэффициентов коррекции, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранения коэффициентов функции преобразования, формирователь выходного сигнала, блок питания, вычислительное устройство, блок управления и индикаторное устройство. Одна из диагоналей сенсорного моста связана вершинами со входами усилителя с программируемым коэффициентом усиления, подключенного к формирователю выходного сигнала. Вторая диагональ моста соединена одной из вершин со входом стабилизатора напряжения, второй вход которого подключен к выходу последовательной цепочки «источник опорного напряжения - схема линеаризации функции преобразования». Вторая вершина второй диагонали сенсорного моста связана с каналом измерения температуры. Третий вход усилителя с программируемым коэффициентом усиления подключен к одному из выходов схемы управления, второй выход которой соединен с одним из выходов схемы управления, второй выход которой соединен со схемой линеаризации функции преобразования, а вход - с выходом АЦП. Вычислительное устройство, подключенное одним входом к выходу АЦП, вторым входом соединено с выходом блока управления, а его выходы соединены соответственно со входами оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и индикаторного устройства, а выход ОЗУ связан со вторым входом схемы управления. 38 3 Россия Изобретатели: Грудцинов Григорий Михайлович; Лапин Андрей Павлович Фирма: ЗАО «Метран» G01L13/00 Заявка 2009119011/28, 19.05.2009 Публикация 2402001 20.10.2010 Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к средствам калибровки устройств измерения абсолютного давления для повышения точности измерения путем компенсации возникающей при этом погрешности, и может использоваться в нефтяной, газовой, химической и пищевой промышленности и т.п. Техническим результатом изобретения является расширение эксплуатационных возможностей средств измерения и повышение точности измерений. Устройство измерения давления с встроенным в него датчиком углового положения содержит размещенный в корпусе на горизонтально расположенной пластине датчик углового положения и последовательно соединенные сенсор давления, преобразователь сигнала сенсора, подсоединенный к входу снабженного устройством памяти блока обработки, выход которого связан с индикаторным устройством. Блок обработки включает в себя снабженные элементами памяти вычислитель давления и вычислитель поправки на угловое положение устройства измерения давления, связанные выходами с сумматором, подключенным выходом к индикатору. В качестве датчика углового положения использован угловой акселерометр, последовательно соединенный через аналого-цифровой преобразователь акселерометра с возможностью вычисления поправки на угловое положение устройства измерения давления. Аналогоцифровой преобразователь сигнала сенсора давления также соединен с вычислителем давления. Способ подготовки к эксплуатации устройства измерения давления заключается в том, что предварительно определяют возможную ошибку измерения, фиксируя при угловом положении значения давления с помощью индикатора. Производят измерение давления, внося при этом 39 необходимую корректировку в величину замеренного и преобразованного в необходимый вид значения в зависимости от углового положения. При определении возможных ошибок измерения предварительно выполняют характеризацию сенсора и запоминают калибровочные коэффициенты при нормальных климатических условиях и атмосферном давлении. При калибровке углового положения устройства задают определенное количество угловых положений и в каждом угловом положении фиксируют значение Рэтал. давления и фактически измеренное давление Ризм. Сравнивают их и находят ошибку измерения как разность давлений. Рассчитывают коэффициенты коррекции давления в зависимости от углового положения, сохраняют их и при последующих измерениях вносят поправку в измеренные значения давления с учетом коэффициентов коррекции давления. 4 Россия Изобретатели: Садовников Виталий Иванович; Кононов Александр Николаевич; Аникин Анатолий Яковлевич; Ларионов Владимир Александрович; Шестаков Александр Леонидович; Фирма: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮжноУральский государственный уни- Заявка 2006110266/28, 30.03.2006 Публикация 2304762 20.08.2007 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред. Способ предусматривает использование сенсора давления на основе тензорезистивного моста и датчика температуры и заключается в регистрации выходных сигналов моста и датчика температуры, определении по этим сигналам давления среды, формировании сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, определении по этому сигналу и выходным сигналам моста и датчика температуры функции диагностики, по отклонению которой от номинального значения судят о погрешности измерения давления. Устройство, осуществляющее предложенный способ, состоит из источника напряжения, тензорезистивного моста и образцового резистора. Выходы измерительной диагонали моста соединены с первыми дифференциальными входами АЦП, вторые дифференциальные входы которого соединены с входами питания моста. Выводы резистора соединены с дифференциальными входами опорного напряжения АЦП. Выводы цифрового интер40 верситет" G01L9/04 5 Россия Изобретатели: ВОЛЬФ Томас Дж; Фирма: Квэлкомм инкорпорейтед G01С5/06 фейса АЦП соединены с первыми выводами микроконтроллера, вторые выводы которого соединены с выводами датчика температуры тензорезистивного моста. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей. Заявка 2008141278/28, 19.03.2007 Публикация 2401417 10.10.2010 Изобретение относится к мобильным устройствам, в частности для точного определения высоты мобильного устройства. Техническим результатом изобретения является точное определение высоты мобильного устройства с учетом изменений в окружающей среде. Способ определения фактической высоты мобильного устройства включает этапы, на которых определяют изменение давления мобильного устройства, определяют вертикальное перемещение мобильного устройства, регулируют определенную предварительную высоту до фактической, основываясь на том, что вертикальное перемещение произошло наряду с определяемым изменением давления, и оставляют фактическую высоту нерегулируемой в ином случае. Система для определения фактической высоты содержит датчик давления, датчик перемещения, процессор. Устройство также включает компьютерносчитываемый носитель, содержащий инструкции для определения высоты мобильного устройства. 41 42 7. Заключение Сопоставим современные интеллектуальные датчики с обычными, традиционными датчиками. Технические особенности использования современных интеллектуальных датчиков: 1. Резкое уменьшение искажений измерительной информации на пути от датчика к контроллеру, т. к. вместо низковольтного аналогового сигнала по кабелю, соединяющему датчики с контроллером, идут цифровые сигналы, на которые электрические и магнитные промышленные помехи оказывают несравнимо меньшее влияние. 2. Увеличение надежности измерения за счет самодиагностики датчиков, т. к. каждый датчик сам оперативно сообщает оператору факт и тип возникающего нарушения, тем самым исключая использование для управления некачественных и/или недостоверных измерений. 3. Возможность использования принципов измерения, требующих достаточно сложной вычислительной обработки выходных сигналов сенсора, но имеющих ряд преимуществ перед традиционно используемыми принципами измерения по точности, стабильности показаний, простоте установки и обслуживания датчика в процессе его эксплуатации. 4. Возможность построения мультисенсорных датчиков, в которых преобразователь получает и перерабатывает сигналы ряда однотипных или разнотипных чувствительных элементов. 5. Возможность проведения всей необходимой первичной переработки измерительной информации в датчике и выдачи им искомого текущего значения измеряемой величины в заданных единицах измерения. 6. Возможность передачи в систему автоматизации не только текущего значения измеряемой величины, но и добавочных сигналов о выходе его за пределы заданных норм, а также возможность передачи по сети не каждого текущего измеряемого значения, а только изменившегося по сравнению с предыдущим значения, или вышедшего за пределы заданных норм значения, или значения, требующего управляющего воздействия. 7. Наличие в датчике базы данных для хранения значений измеряемой величины за заданный длительный интервал времени. 8. Возможность дистанционно с пульта оператора в оперативном режиме выбирать диапазон измерения датчика. 9. Возможность, путем программирования работы датчика на достаточно простом технологическом языке, реализовывать в нем простые алгоритмы регулирования, программного управления, блокировок механизмов. 10. Возможность строить достаточно простые цепи регулирования, программного управления, блокировок на самом нижнем уровне управления из трех компонентов: интеллектуальных датчиков, полевой сети и интеллектуальных исполнительных механизмов, не загружая этими вычислительными операциями контроллеры, что позволяет использовать мощность контроллеров для реализации в них достаточно сложных и совершенных алгоритмов управления. 43 Экономические аспекты использования современных интеллектуальных датчиков: 1. Следует отметить, что стоимость современных интеллектуальных датчиков превышает стоимость обычных датчиков, поэтому первоначальные затраты Заказчиков возрастают. 2. Уменьшается стоимость их установки и обслуживания за время эксплуатации (см. выше пункт 1.3), а увеличение стабильности их работы приводит к экономии за счет более редких поверочных испытаний. 3. Снижаются потери на производстве, вызванные использованием для управления неточных и неверных показаний датчиков (см. выше пункт 1.2). 4. Экономия возникает в стоимости кабельных линий, соединяющих измерительные средства с контроллерами, т. к. к одной шине можно подсоединить от 8-ми до порядка 100 датчиков. 5. Есть экономия в стоимости контроллеров, т. к. не требуется включать в них блоки ввода. 44 Список литературы 1. Датчики физических величин, Осипович Л. А. /Москва 1954 2. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б. Я. Авдеев, Е. М. Антонюк, Е. М. Душин и др. Ленингр. отд. 1987-480 3. «Современные интеллектуальные датчики общепромышленного назначения на рынке СНГ» Э. Л. Ицкович, Москва, 2005. 4. Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. – М.: Издательство стандартов, 1990 5. Герхард Виглеб. Датчики: Пер. с нем. – М.: Мир, 1989. 6. Джексон Р.Г. Новейшие датчики: Пер. с англ. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2007 7. Датчики давления с нормализованным выходным сигналом фирмы Motorola (http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/sensor/axel.htm) 8. http://ru.wikipedia.org/ 9. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. / Под ред. У. Томкинса, Дж. Уэбстера. М. : №ip, 1992. - 592 с. 10. Интерфейс для программируемых приборов в системах автоматизации эксперимента/ Н. И. Гореликов, А. Н. Домарацкий Л. С. Ситников и др. М. : Наука, 1981. – 262 с. 11. Л. Зурех. Датчики. СПб.: Логос-пресс, 2001 12. Информационно-измерительная техника и технологии. Учебник для вузов / В.И. Калашников, С.В. Нефѐдов, А.Б. Путилин и др.; под редакцией Г.Г. Раннева. – М.: В.Ш., 2003; 362 с.: ил. 13. Интеллектуальные средства измерения под редакцией Г.Г.Раннева, МГОУ, 2003. 14. Ю.М. Келим Типовые элементы систем автоматического управления–М.: ИнфраМ, 2004. 45
