На базе цифровых датчиков давления серии МИДА-15 разработаны датчики давления МИДА-ДИ-15-Эталон класса 0,05, которые можно использовать в качестве рабочих эталонов при производстве и поверке датчиков давления вместо грузопоршневых манометров и ИПД.

Ключевые слова: цифровой датчик давления, модуль давления, структура «кремний на сапфире», КНС, рабочий эталон.

Промышленная группа МИДА (Микроэлектронные датчики и устройства) специализируется на разработке и производстве преобразователей давления и датчиков давления на основе структур «кремний на сапфире» (КНС). За 26 лет свой деятельности она прошла путь от датчиков давления класса 0,5 и 1,0 до датчиков класса 0,15 и 0,25 и до преобразователей давления с точностью 0,05% и 0,1%. В настоящее время в ПГ МИДА разработаны датчики класса 0,05, которые могут служить эталонами давления.       

Для исследования возможностей выпуска датчиков давления МИДА класса 0,05  проведён статистический анализ точности модулей давления, используемых в серийных датчиках, по всем выпускаемым диапазонам давления. Точность определяется как среднеквадратичная сумма нелинейности, вариации (гистерезиса) и повторяемости выходного сигнала ТП.

 На рис. 1-3  показаны результаты статистического анализа  точности и вариации модулей давления по трем диапазонам.

(а)

(б)

Рис.1. Распределение точности (а) и вариации (б) для модулей 25 кПа (933 шт.)

(а)

(б)

Рис.2. Распределение точности (а) и вариации (б) для модулей 1,6 МПа (1019 шт.)

(а)

Рис.3. Распределение точности (а) и вариации (б) для модулей 60 МПа (652 шт.)

Из проведенного анализа видно, что половина модулей давления, производимых ПГ МИДА, имеет точность не хуже 0,05, а влияние вариации (и повторяемости) на точность приборов в основном незначительное. Основное влияние на точность модулей оказывает нелинейность, однако нелинейность датчика можно снизить математической обработкой выходного сигнала, применив микроконтроллер. Напротив, вариацию (гистерезис) выходного сигнала модуля невозможно скомпенсировать обработкой сигнала. Поэтому именно этот параметр определяет достижимую точность измерительной системы (датчика).

В ПГ МИДА  разработана и с 2012 года выпускается серия датчиков давления МИДА-15 с цифровым выходным сигналом. Для взаимодействия с датчиками используется протокол Modbus, а также специально разработанный протокол Mida, позволяющий сократить объем данных, передаваемых между датчиком и системой. Датчики с протоколом Mida являются менее энергоемкими, что позволяет их использовать в системах с автономным питанием. В датчиках с цифровым выходом отсутствует схема формирования аналогового выходного сигнала, что позволяет повысить точность измерения давления по сравнению с датчиками с аналоговым выходом.

Для изготовления датчиков класса 0,05 были отобраны модули давления с минимальной вариацией. Были изготовлены датчики на следующие диапазоны: 10 кПа, 40 кПа, 250 кПа, 1.6 МПа, 10МПа и 60МПа.  Окончательная калибровка и проверка датчиков проводилась в Ульяновском ЦСМ на эталонах давления класса 0,02.

Результаты испытаний приведены в таблице.

На графиках рис.4 показаны приведенная (относительно диапазона измерений) и относительная (относительно измеряемой величины) погрешность передаточной характеристики некоторых испытанных датчиков.

Рис.4. Приведённая и относительная погрешности эталонных датчиков давления МИДА-ДИ-15-Эталон.

Из приведённых данных видно, что датчики избыточного давления МИДА-ДИ-15-Эталон имеют относительную погрешность не хуже 0,05%, начиная с одной десятой от диапазона измерения. Это позволяет использовать их в качестве эталона второго разряда при калибровке и поверке датчиков избыточного давления в производственном процессе, заменяя обычно используемые грузопоршневые манометры и измерительные преобразователи ИПД. Непосредственная связь этих датчиков с автоматизированным рабочим местом испытателя уменьшает влияние человеческого фактора на задание давления и повышает точность калибровки  датчиков. Опытная эксплуатация датчиков МИДА-ДИ-15-Эталон в производстве ПГ МИДА показала хорошие результаты.  Немаловажным фактором является и то, что стоимость изготовления и внедрения образцовых датчиков в автоматизированное рабочее место испытателя обходится значительно меньше стоимости содержания и ремонта используемых образцовых грузопоршневых манометров и измерительных преобразователей давления ИПД.

Алашеев Валентин Васильевич
начальник отделения ЗАО МИДАУС:
Васьков Юрий Алексеевич
ведущий инженер ЗАО МИДАУС;
Козлов Александр Ипатьевич
начальник НИЛ ЗАО МИДАУС, к.т.н;
Стучебников Владимир Михайлович
генеральный директор ЗАО МИДАУС,
д.т.н., профессор

ЗАО МИДАУС
Россия, г. Ульяновск, 432012 а/я 5370
midaus.com; Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
т/ф +7(8422)360378/9