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圧力センサーMPS20N0040Dを使う、特性確認編

 このあいだ作った、化学反応方式でCO2を発生させる装置は順調に動いています。これまで2か月くらい運転して欲しくなったのが、CO2発生タンクの圧力計です。圧力計があれば次のようなことが判るようになるはずです。

1) ガスの発生状況と、現在のガスの貯蔵量。
2) ストーンなどの圧損の値。
3) ガスの発生を止めて圧力の変化を見ることで、リークの有無。

 どれも大切な話なので、液晶画面にタンク圧力も表示させることにしました。

 まずは圧力センサーをどうするかですが、これいろんな物が売られています。安かったので、AliExpressからこんな物を買ってみました。

▼圧力センサー
圧力センサ MPS20N0040D
 AliExpress で買ったMPS20N0040Dと言う型格の、フルスケール40kPa(約0.4気圧)のピエゾ圧力センサーです。これ、送料込みで1個1ドルです。なお、背景は無関係です(手近にあったマウスパッド)。また、中央のセンサーに付いている水色のキャップは配管のチューブ接続用に取り付けた、熱収縮チューブです。

 データーシートはネットからダウンロードできますが、、大雑把な仕様は以下の通りです。MPS20N0040Dターシート
 圧力レンジ:40kPa、電源:5VDCまたは1mA(定電流)、入出力インピーダンス:4-6kΩ
 フルスケール:50-100mV、バイアス電圧(オフセット電圧?):プラスマイナス25mV

 一番重要な出力は50-100mVとなっていて、値にえらく幅があります。(この記事の後で実測して確認します)

▼ピンアサイン(データーシートより抜粋)
MPS20N0040Dのピン接続図
 このセンサーには変換アンプやインターフェイス回路は入っていないので、ブリッジの端子が直接引き出されています。ここで注意が必要なのは、この図はデバイスを下から見た図であるということです。(データーシートの外形図まで見ると判ります)
 DIPのパッケージでオリエンテーションマークまであるのに、裏側から見た図になっているとはふざけた仕様です。そういえば、データーシートも、だらだらとした箇条書きになっていて、普通のデバイスメーカーの書き方とフォーマットが違っていたので違和感を感じていたのですが、たぶん別の文化の影響下にある部品ではないかと思いましたが、どうなんでしょう。

 ともかく、真空管じゃあるまいに、いまどき裏から見た部品図が混ざっていたら絶対に間違えるので、上から見たBSch用の部品図を作りました。

▼MPS20N0040D (TopView)
MPS20N0040D(上から見た図)
 上から見た図に書き換えました、また、ピン番号の付け方もDIPのパッケージのルールに合わせています。ということで、この図はメーカーの図とはピン番号が違っています。

▼特性測定
感度測定方法
 データーシートがあまりにも大雑把なので、簡単な回路で特性を測定してみました。ブリッジの出力電圧をDMMで読む回路になっています。VR1には100Ωを使いたかったのですが、手持ちが無かったので1kΩを使い、パラに100Ωの抵抗(R1)を接続しています。

 圧力は、水を入れた細いシリコンチューブを図のようにU字管にして発生させました。水面の高さの差を巻き尺で測れば圧力が判る仕掛けです。

 このようにして測定した結果は以下の通りでした。なお、部品は3つあるので測定結果も3つあります。

▼ブリッジ出力電圧
測定結果
 まずはセンサーに圧力を加えない場合の出力で、ゼロ調用のVR1をいっぱいに廻した場合のブリッジの出力電圧です。

 VRをCCWにいっぱいに回した時は27mV、CWに回した時は-18mV程度の電圧になっています。このVR1が中央の時はCCWとCWの平均の電圧になるはずなのでゼロ点電圧として計算結果を示しています。

 どうもブリッジのゼロ点(センター)では少しプラスの電圧が出るように作られているようです。値が揃っているので、たぶんこれ狙ってやっているのだと思います。

▼圧力感度特性
感度計算結果
 いよいよ圧力を加えた場合のデーターです。測定前に出力がゼロになるように調整しておき、その後700mmAq程度の空気圧を加えた場合の出力です。

 平均としては、0.0179mV/mmAq となり、フルスケールの40kPaの時の出力は72.64mVということになりました。

 ちなみにデーターシートでは、フルスケールの出力電圧は50-100mVと広い範囲が示されているのですが、実際にはほぼその真ん中付近だったということになります。まあ n=3 でそういうことを言うのはあまり良くないのですが、3つ持ってきて3つともほぼど真ん中だったので、たぶん大丈夫でしょう。

◆まとめ
 えらく安いので心配だったのですが、ちゃんと圧力が測定出来ました。感度係数も判ったので、次回の記事では検出回路を作って、いよいよCO2発生タンクの圧力を測定してみたいと思います。
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