Čidlo MPX4115A
Jednou ze základních meteorologických veličin je atmosférický tlak. K jeho
měření se dají na trhu koupit různá čidla. Vybral jsem si od firmy Motorola s označením
MPX4115A. Jedná se o
velmi šikovnou součástku pro měření absolutního tlaku. Obvod na sobě integruje
vlastní čidlo, výstupní zesilovač a obvody pro teplotní kompenzaci. Může být
používán v rozsahu teplot -40 až 125st C a je určen pro stavbu výškoměru, různá
průmyslová řízení nebo pro meteorologickou stanici. Vnitřní
uspořádání obvodu je patrné z obrázku níže. Ze základních
údajů vybírám:
Napájecí napětí: 4.85-5.35V (typ. 5.1V)
Odběr proudu: typ. 7mA
Časová odezva: 1ms
Schéma barometru
Tlakové čidlo lze přímo připojit k AD převodníku napojeném na mikroprocesor s displejem.
To sice přináší komfort a možnost různého zpracování dat, nicméně
zapojení není jednoduché a vyžaduje programování mikroprocesoru, což může
některé zájemce odradit. Odkoušel jsem jednoduché zapojení jako doplněk k
digitálnímu multimetru, viz. obrázek níže. Ten přímo zobrazuje hodnotu
atmosférického tlaku (když si odmyslíme desetinnou tečku) v hPa. Citlivost čidla je 45.9mV/kPa
a výstupní napětí je určeno vztahem Vout=Vs(0.009*P-0.095)+-chyba. Pro střední hodnotu
tlaku 1000hPa vychází při napájecím napětí (Vs) 5.1V Vout 4.1V. Pokud tedy
výstupní napětí zesílíme cca 2.2x a posuneme napěťově na vhodnou hodnotu, můžeme
z měřicího přístroje odečítat přímo hodnotu atmosférického tlaku.
První dva operační zesilovače zesilují signál 2.2x a stejnosměrně posouvají
výstupní signál tak, aby při tlaku 1000hPa bylo výstupní napětí
právě 10.00V (nastavení se děje pomocí P1). Poslední zesilovač slouží jako
komparátor a LED indikují "vysoký" a "nízký" tlak.
Rozhodovací úroveň se nastavuje pomocí R8. Celý barometr je napájen z
jednoduchého stabilizovaného zdroje 12-18V. Zapojení je navrženo tak, že nepotřebuje
záporné napájení.
K použitým součástkám asi jen tolik, že celé zařízení je určeno pro použití při stálé pokojové teplotě. Pro přesnější využití by bylo vhodné použít precizní referenční zdroj (typu bandgap) a kvalitní operační zesilovač. Pro popsané použití vyhoví obyčejná 78L05ka a téměř libovolný zesilovač. Trimry R6 a R8 by měly být víceotáčkové (například Spectrol), protože potřebujeme přesně nastavit napětí na desítky mV. LED diody lze použít například ve tvaru šipek apod.
Popis zapojení
Plošný spoj byl navržen jako doplněk k digitálnímu multimetru FLUKE, že strany spojů
jsou připájeny banánky, které se zasouvají přímo do měřicích svorek
přístroje. Výkresy plošných spojů (zde v EPS formátu) či
osazovací schéma jsou na obrázku níže.Někdo může na výstup připojit
ručkové měřidlo s ocejchovanou stupnicí a získá tak přesný barometr.
Oživení
Vlastní oživení je jednoduché. Při použití kvalitních součástek
musí zapojení pracovat po prvním připojení napájení. Nesmíme
zapomenout osadit 2 drátové propojky. Je nutné však nakalibrovat výstupní
úroveň, nejlépe s profesionálním barometrem. Máme-li jej k dispozici,
stačí trimrem R6 nastavit správný údaj na multimetru. Trimrem R8 se poté
nastaví rozhodovací úroveň "nízkého" a "vysokého"
tlaku, například 1000hPa. Druhou možností kalibrace je nastavit výstupní napětí
kolem 10V a zapamatovat si jeho hodnotu ve 14:00 hodin. Poté je nutné sledovat zprávy o
počasí na ČT1 v 18:00, kde jsou udávány naměřené hodnoty tlaku v různých
místech ČR. Stačí si zapamatovat údaj z nejbližšího města a trimrem R6 posunout
údaj správným směrem.
Závěr
Jednou nevýhodou barometru je cena vlastního čidla, která se pohybuje kolem 900Kč. Ve
větším množství (25ks min) se dá se zakoupit u firmy Macro-Weil v Praze, kusové množství
Vám stejně jako stavebnici či plošný spoj nabídne firma EMGO. Je potřeba si uvědomit, že čidlo představuje
výrobně poměrně složitou mechanicko-elektronickou součástku, která obsahuje i přesně
definované vakuum.
Samotné využití zařízení snad není potřeba vysvětlovat. Ideální je
spojit jej s modulem digitálního voltmetru, který se dá běžnězakoupit. Dostanete tak
plnohodnotný barometr. Může napomoci předpovědipočasí, upozorní citlivé osoby na změny
tlaku, při úpravě zapojení jejmůžete použít i jako výškoměr do svého
osobního letadla. Upozornění prouživatele: Prudký pokles tlaku, spojený s podezřele
silným větrem za oknya létajícími předměty, může znamenat tornádo......
Obsah:
Autor : Radek
Václavík
