Система управления установкой для измерения влажности и давления (стр. 3 из 6)
Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры (рис. 2.8), образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.
Рисунок 2.8 Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности
В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора (рис. 2.8) и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой — снижает время отклика.
Выходной сигнал любого (емкостного или резистивного) абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы. Именно для этих целей некоторые модели датчиков Honeywell имеют встроенный платиновый терморезистор сопротивлением 1000 Ом, который расположен с обратной стороны подложки (рис. 2.9).
Рисунок 2.9 Структура датчика влажности со встроенным платиновым датчиком температуры
Датчики влажности Honeywell — это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента и термосенсора, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность. Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис. 2.10).
Рисунок 2. 10 Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой
Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:
Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением Uвых = Uпит(0,0062 · (%RH25) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH25 при температуре 25 °C.
Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RHистинная = (%RH25) · (1,0546 - 0,00216T), где T измеряется в °C.
Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:
Рисунок 2.11 Характеристики преобразования датчика влажности Honeywell при различных температурах
Особенности применения датчиков серии HIH-3602 [4]
Для работы в суровых климатических условиях и наиболее точного определения значения влажности вблизи точки росы фирма Honeywell выпускает серию HIH-3602 с модификациями. Датчики выпускаются в корпусе ТО-5, в который встроен датчик температуры, для модели HIH-3602-A это NTC термистор номиналом 100кОм, для HIH-3602-С платиновый датчик температуры номиналом 1кОм. Возможны ситуации, когда при высоком значении относительной влажности (более 95%) при понижении температуры возможна конденсация паров воды, что влечет за собой «залипание» показаний на уровне 100% относительной влажности. Для предотвращения этого случая в датчиках серии HIH-3602 предусмотрен гидрофобный фильтр, выполненный из специально обработанной нержавеющей стали. Вывести из «спящего» состояния также помогает подача на датчик несколько повышенного напряжения питания, однако при этом возможно некоторое смещение калибровки на 2…3 %. Сама по себе конденсация и последующее испарение влаги не оказывает влияния на калибровку датчиков.
Основные преимущества серии HIH-3602
- наличие встроенного датчика температуры
- корпус с гидрофобным фильтром
- каждый датчик снабжен паспортом с индивидуальными данными
- лазерная подгонка элементов
- высокая устойчивость к воздействию химических веществ (кроме паров ацетона или этанола).
Выберем датчик HIH-3602-L.
Таблица 2.9
2.4 Выбор индикатора
В данной задаче для вывода информации будет достаточно, чтобы ЖК экран позволял вывести до 8 символов. Таким требования удовлетворяет алфавитно-цифровой ЖК экран производства фирмы Hantronix HDM 08111H-L[5], размером 8х1 символ. Размер каждого символа 5х10 пикселей.
Данный экран имеет встроенный контроллер HD 44780 от фирмы Hitachi.
На рисунке 2.12приводятся размеры экрана и символов.
Рис. 2.12 – Размеры экрана и символов
В таблице 2.10 приведены назначения выводов ЖК экрана HDM 08111H-L.
Таблица 2.10
| Назначение выводов | ||
| № вывода | Название | Функция |
| 1 | Vss | Общий (GND) |
| 2 | Vdd | Напряжение питания |
| 3 | Vo | Контрастность |
| 4 | RS | Команды/Данные |
| 5 | R/W | Чтение/запись |
| 6 | E | Выбор модуля |
| 7 | DB0 | Линия данных 0 |
| 8 | DB1 | Линия данных 1 |
| 9 | DB2 | Линия данных 2 |
| 10 | DB3 | Линия данных 3 |
| 11 | DB4 | Линия данных 4 |
| 12 | DB5 | Линия данных 5 |
| 13 | DB6 | Линия данных 6 |
| 14 | DB7 | Линия данных 7 |
Для подсветки данного экрана будет использована светодиодная подсветка зеленого цвета. Данный тип подсветки долговечен – наработка до 50000 часов, не требует инвертора напряжения. Рабочий диапазон температур от -30С до +70С.
2.5 Контроллер ЖК экрана HitachiHD 44780
Контроллер HD44780[6] фирмы Hitachi фактически является промышленным стандартом и широко применяется при производстве алфавитно-цифровых ЖКИ-модулей. Аналоги этого контроллера или совместимые с ним по интерфейсу и командному языку микросхемы, выпускают множество фирм, среди которых: Epson, Toshiba, Sanyo, Samsung, Philips. Еще большее число фирм производят ЖКИ-модули на базе данных контроллеров. Эти модули можно встретить в самых разнообразных устройствах: измерительных приборах, медицинском оборудовании, промышленном и технологическом оборудовании, офисной технике – принтерах, телефонах, факсимильных и копировальных аппаратах.
Алфавитно-цифровые ЖКИ-модули представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий, при этом обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Возможность оснащения ЖКИ-модулей задней подсветкой позволяет эксплуатировать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью, а исполнение с расширенным диапазоном температур (-20°С...+70°С) в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.
Контроллер HD44780 потенциально может управлять 2-мя строками по 40 символов в каждой (для модулей с 4-мя строками по 40 символов используются два однотипных контроллера), при матрице символа 5x7 точек. Контроллера также поддерживает символы с матрицей 5x10 точек.
Существует несколько различных более-менее стандартных форматов ЖКИ-модулей (символов х строк): 8 х 2, 16 х 1, 16x2, 16 х 4, 20 х 1, 20 х 2, 20 х 4, 24 х 2, 40 х 2, 40 х 4. Встречаются и менее распространенные форматы: 8 х 1, 12 х 2, 32 х 2 и др., – принципиальных ограничений на комбинации и количество отображаемых символов контроллер не накладывает – модуль может иметь любое количество символов от 1 до 80, хотя в некоторых комбинациях программная адресация символов может оказаться не очень удобной.