圧力センサーMPXV2010DPを試してみる [電子工作]
※圧力センサーの購入は、チップワンストップさんからどうぞ。
元々はフリースケールの年一回行われるフォーラム、FTF2009でのハンズオンセミナー内で行われた物ですが、なかなか興味を引くものがあるので自分でも試してみる事としました。
購入はチップワンストップから行っています。
※MPXV2010DPはフリースケールに依頼すると無償サンプルを送ってくれるのですが、勿論それも申し込んでいますが、いつまで経ってもステータスがペンディングのままです。
フリースケールの在庫はDigi-Keyと連動するような気がしないでもないですけれど、そのDigi-Keyは現在在庫切れとなっていますので、本当に在庫が無いのかもしれません。
ペンディングが解消されるのを待っても良いのですがMTM04のネタの一つにしようと思っているので物が入らないと先に進めません。最後の頼みの綱であるチップワンストップさんに注文。こんなコアな部品でも即日発送は流石ですね。
さてMPXV2010DPの詳細はフリースケールのサイトに行ってデータ-シート等を読んでもらうとして、
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MPXx2010&fsrch=1
このセンサーの特徴は圧力差によって変形するピエゾ素子が内蔵されており、つまり圧力を抵抗値に変換しています。
変換率は10V動作時には1kPa辺り2.5mVの出力となるようです。
えーっと、Paなんて単位は滅多に使わないのでもう少し判り易い表現でいけば、Wikiを見ると1気圧が101.325kPaとなるようです。
このセンサーの最大入力は10kPaなので10/101.325気圧まで計測できると言う事ですか。まあ大体0.1気圧。
※勿論フリースケールの圧力センサーには感度で沢山の種類がありますので、もっと大きな圧力の計測もできます。
また型番の最後のDPはディファレンシャルポートの略だと思いますが、このセンサーには２つの口が用意されており、その２つの入力の差分を出力します。
※ポートが１つのタイプはゲージと呼ばれるようですが、その場合は比較対象が固定値（1気圧なら1気圧が保たれたチャンバー）になると言う事でしょう。
さてこのDPタイプを使って行うアプリケーションは水深の計測です。
片方のポートにはホースを付けて水の中に沈め、片方はオープンとしておきます。こうすると大気圧（1気圧ではない）と水深により発生する気圧との差分を出力する事となりますので、高気圧が来ても、台風が来ても一応水深は正確に計測できる事となります。
ところで1気圧は水の場合は水深10mに相当しますので、0.1気圧は1m。まあ大体風呂桶位の舛の水位を計測できると言う事ですか。
さて実際に動かして見ます。
センサーのデータシートの特徴の一つにレシオメトリックな特性となっていますので、つまり出力は電源電圧に比例すると言う事です。※まあセンサーが抵抗で構成されているので線形特性となるのは当然と言えば言えるのですが。
最終的にはどうしてもマイコンで取り込みたいので電源電圧は3.3Vとした場合、1kPa辺り約0.8mVですか。小さいですね。
試しに電源電圧を3.3V、ファンタグレープ500mｌのペットボトルに水を満たして底までホースを突っ込んだ時の出力がテスターで1.1mV～1.2mVでした。水深は16cm位です。
ええっと、
0.16/10*101.325*0.8≒1.3mV
うーん、若干誤差が大きいような気がしないでもないですが、まあ1.2mVとした時なら1.2/1.3*100で92％とかですね。
出力が1mVではA/Dコンバータの1LSB以下になってしまいますので、このままではA/Dに入力できません。
入力レンジが3.3VのA/Dならばなんと3000倍もゲインを掛けないといけないので、ちょっとこれは大変ですね。
センサーの電源を10Vとすれば1000倍で済みますけれど（それでも1000倍！）、その場合に問題となるのがレシオメトリックな特性です。嘘です、そこまでゲインは必要ありません。1.2mVなら3300/(100*1.2/16)で440倍。
電源電圧が変動した場合、マイコン側でもその変動を知っておかないと間違った変換結果を出してしまいます。
色々考える事は多いですね。
と言う訳で次は既にテキサスインスツルメンツに頼んでおいた計装アンプ（INA128）の登場となるのですが、こいつが両電源を必要とするので、そこが悩みなんです。
余談！
センサーの出力は電源電圧のほぼ中点で振れますので、その点では使いやすいですね。
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購入はチップワンストップから行っています。
※MPXV2010DPはフリースケールに依頼すると無償サンプルを送ってくれるのですが、勿論それも申し込んでいますが、いつまで経ってもステータスがペンディングのままです。
フリースケールの在庫はDigi-Keyと連動するような気がしないでもないですけれど、そのDigi-Keyは現在在庫切れとなっていますので、本当に在庫が無いのかもしれません。
ペンディングが解消されるのを待っても良いのですがMTM04のネタの一つにしようと思っているので物が入らないと先に進めません。最後の頼みの綱であるチップワンストップさんに注文。こんなコアな部品でも即日発送は流石ですね。
さてMPXV2010DPの詳細はフリースケールのサイトに行ってデータ-シート等を読んでもらうとして、
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MPXx2010&fsrch=1
このセンサーの特徴は圧力差によって変形するピエゾ素子が内蔵されており、つまり圧力を抵抗値に変換しています。
変換率は10V動作時には1kPa辺り2.5mVの出力となるようです。
えーっと、Paなんて単位は滅多に使わないのでもう少し判り易い表現でいけば、Wikiを見ると1気圧が101.325kPaとなるようです。
このセンサーの最大入力は10kPaなので10/101.325気圧まで計測できると言う事ですか。まあ大体0.1気圧。
※勿論フリースケールの圧力センサーには感度で沢山の種類がありますので、もっと大きな圧力の計測もできます。
また型番の最後のDPはディファレンシャルポートの略だと思いますが、このセンサーには２つの口が用意されており、その２つの入力の差分を出力します。
※ポートが１つのタイプはゲージと呼ばれるようですが、その場合は比較対象が固定値（1気圧なら1気圧が保たれたチャンバー）になると言う事でしょう。
さてこのDPタイプを使って行うアプリケーションは水深の計測です。
片方のポートにはホースを付けて水の中に沈め、片方はオープンとしておきます。こうすると大気圧（1気圧ではない）と水深により発生する気圧との差分を出力する事となりますので、高気圧が来ても、台風が来ても一応水深は正確に計測できる事となります。
ところで1気圧は水の場合は水深10mに相当しますので、0.1気圧は1m。まあ大体風呂桶位の舛の水位を計測できると言う事ですか。
さて実際に動かして見ます。
センサーのデータシートの特徴の一つにレシオメトリックな特性となっていますので、つまり出力は電源電圧に比例すると言う事です。※まあセンサーが抵抗で構成されているので線形特性となるのは当然と言えば言えるのですが。
最終的にはどうしてもマイコンで取り込みたいので電源電圧は3.3Vとした場合、1kPa辺り約0.8mVですか。小さいですね。
試しに電源電圧を3.3V、ファンタグレープ500mｌのペットボトルに水を満たして底までホースを突っ込んだ時の出力がテスターで1.1mV～1.2mVでした。水深は16cm位です。
ええっと、
0.16/10*101.325*0.8≒1.3mV
うーん、若干誤差が大きいような気がしないでもないですが、まあ1.2mVとした時なら1.2/1.3*100で92％とかですね。
電源電圧が変動した場合、マイコン側でもその変動を知っておかないと間違った変換結果を出してしまいます。
色々考える事は多いですね。
と言う訳で次は既にテキサスインスツルメンツに頼んでおいた計装アンプ（INA128）の登場となるのですが、こいつが両電源を必要とするので、そこが悩みなんです。
余談！
センサーの出力は電源電圧のほぼ中点で振れますので、その点では使いやすいですね。
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2009-11-07 23:52
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