MPS20N0040D-D basınç sensörü (pressure sensor) ile 0 – 5.8 psi arasında basınç ölçebilirsiniz. Sensörün datasheet ini buradan indirebilirsiniz. Datasheet te fazla ayrıntı verilmemiş. Sensörün bazı teknik bilgilerinin yanında sensör çıkışına bağlamak için opamp lı fark yükselteci (difference amplifier) tasarımı verilmiş. Fark yükselteci çıkışı evirmeyen yükselteçe (non-inverting amplifier) bağlanarak yükseltilip mikro denetleyici tarafından daha rahat okunacak hale getirilir. Sensörü okumak için daha farklı çözümler de kullanılabilir ancak en ucuz maliyetli yöntem LM358 gibi tek kılıfta çiftli bir opamp (Single Supply Dual Operational Amplifiers) kullanmaktır.

MPS20N0040D-D

MPS20N0040D-D iç yapısı

     Basınç sensörü iç yapısı yukarıdaki çizimde görüldüğü gibi wheatstone köprüsü şeklindedir. Sensöre basınçlı hava verildiğinde köprü dengesi bozulur ve çıkış uçları arasındaki potansiyel fark artar. Bu potansiyel fark 0mV ile 100mv arasındadır. Sensöre uygulanan basınç sıfır iken çıkışta ölçülen gerilim sıfırın üzerindeyse (offset gerilimi) 1 ile 6 numaralı uçlar arasına 100Ω luk bir trimpot bağlanarak çıkış gerilimi sıfıra çekilebilir. Trimpot kullanırsak eksi çıkışı 1 numaralı uçtan almalıyız. Offset gerilimini sıfırlamazsak çıkış gerilimini yükselttiğimizde bu gerilim de büyüyecektir. Örneğin; offset gerilimi 5mV ise ve çıkış gerilimini 50 kat yükseltirsek mikro denetleyiciye göndereceğimiz sinyal 250mV dan başlayacaktır.

 MPS20N0040D-D

     MPS20N0040D-D basınç sensörünün hangi basınçta kaç mV çıkış verdiğini bulmak için bir düzenek hazırladım. Kalibrasyonundan emin olduğum bir tansiyon aletinin manometresini kullanarak sensör çıkışını her 10mmHg de bir ölçerek kayıt altına aldım. Manometre skalası yalnızca mmHg (milimetre civa) birimin gösterdiği için birim olarak mmHg kullanıyorum. mmHg, diğer birimlere kolaylıkla çevrilebilir. Sensörüm, 0 basınçta 7,4mV çıkış verirken, 300mmHg basınçta 86,2mV çıkış veriyor. Aşağıdaki grafikten de görüldüğü üzere çıkış doğrusala yakındır. Her 10mmHg de değişim ortalaması 2,6266mV dur. Aynı sensör için çıkış offset gerilimi farklı olsa da değişim aynı olacaktır.

Cikis_grafigi

     Sensör ayakları alttan bakıldığında sıradan bir entegre sıralamasına sahip olup üstten bakıldığında ise tam tersidir. Ayak bağlantılarını yanlış yapsanız dahi çıkışta mV cinsinden değer görürsünüz ancak gördüğünüz değerler kesinlikle yanlıştır. Üstten bakıldığında doğru pin sıralaması aşağıdaki resimde gösterilmiştir.

MPS20N0040D-D_pin_siralamasi

     Bu sıralamaya göre sensörümüzün fark yükselteci bağlanmış hali aşağıdaki çizimde verilmiştir. Sensörün datasheet ine göre devremizi kurarsak her bir direncin değeri 100K olmalıdır. Sensör 5V ie beslenmelidir. Opamp için besleme 5V tan başlayıp, opamp besleme gerilimi sınır değerine kadar gidebilir. Kurduğumuz devrede, R1=R3 ve R2=R4 ise Vout=(R2/R1).(V2-V1) olacaktır. Devreyi kurduğumuzda, V2=V1=0V ise çıkışta yine de küçük bir gerilim görürüz. Bu gerilimi, çıkış offset gerilimi ayarlanabilen bir opamp kullanmışsak sıfırlayabiliriz, aksi takdirde; sensörü mikrodenetleyiciye bağladığımızda bu değeri de göz önüne alarak hesaplamamızı yapmalıyız. Daha önce de belirttiğim gibi fark yükseltecinin çıkışı kuvvetlendirildiğinde bu offset gerilimi de büyüyecektir. Min offset gerilimi için ilgili opampın datasheet ine bakabilirsiniz.

Fark_yukselteci-sensor

     Fark yükseltecinin çıkışını kuvvetlendirmek için yükselteç çıkışını evirmeyen yükseltece (non-inverting amplifier) bağlayabiliriz. Yükselteç şeması aşağıdadır. Bu yükselteç için R1=1K, R2=10K olarak seçtim. Bu yükselteçte kazanç, Vout= Vin.(1+R2/R1) dir.

Evirmeyen_yukseltec

Yukarıdaki evirmeyen yükselteci (non-inverting amplifier) kullanmadan fark yükselteci çıkısını direkt mikro denetleyiciye bağlayabilirsiniz ancak bu devreyi kullanırsanız ölçümü daha hassas yapabilirsiniz. Aşağıdaki fotoğrafta, sensörün min-max basınçları arasındaki gerilim farkını bulmak için yaptığım düzeneği görüyorsunuz.

20160327_165657