Датчики давления азиатских производителей

26 мая

Алексей Васильев (г. Москва)

Современная промышленность взяла курс на максимальную автоматизацию и цифровизацию производственных процессов. На этом пути не обойтись без датчиков давления, передающих данные об измеряемой величине в электронном виде. Помимо базовых отраслей индустрии, такие датчики широко применяются в медицине, автомобильной промышленности, метеостанциях, сфере ЖКХ и т. п.

Отдельно следует отметить широкое распространение летательных аппаратов, что фактически создало новый рынок сбыта датчиков давления, работающих в режиме измерения высоты. Естественно, такие датчики применялись в авиации практически с момента ее возникновения, ведь для летательного аппарата очень важно знать, на какой высоте он находится. Но к альтиметрам, применяемым в малогабаритных аппаратах, предъявляются особые требования по массе и размерам устройства.

География производителей датчиков давления не ограничивается европейским континентом. Качественные датчики с параметрами на современном уровне производятся и в азиатских странах, в частности, в Китае. Цена на них, при одинаковых характеристиках, значительно ниже, чем у европейских фирм. Трудность лишь в том, что в Китае производителей датчиков давления достаточно много, и в них непросто разобраться. Здесь значительную роль играет практический опыт.

В марте 2025 г. компания КОМПЭЛ провела вебинар по датчикам давления азиатских производителей. Он был ориентирован на инженеров-разработчиков, специалистов по автоматизации и контрольно-измерительным приборам, представителей компаний-потребителей электронных компонентов. Информация с этого вебинара в значительной части легла в основу данной статьи.

Классификация датчиков давления

Датчики давления делятся по следующим признакам:

• тип измеряемого давления;
• конструктивное исполнение;
• тип выходного сигнала.

Тип измеряемого давления

Абсолютное давление (Absolute). В таком датчике измерительная мембрана располагается между средой, для которой измеряется давление, и герметичной полостью, где установлен абсолютный вакуум.

Герметизированное манометрическое давление (Sealed Gage). В качестве точки отсчета используется заранее определенное давление, например, местное барометрическое давление в точке производства. Мембрана располагается между средой, для которой измеряется давление и герметичной полостью, где установлено заданное давление.

Манометрическое (избыточное) давление (Gage). За точку отсчета в этом случае берется атмосферное давление. В качестве примеров можно привести измерение давления в автомобильных шинах. Как правило, датчик избыточного давления имеет вентилируемый порт (в простейшем варианте – обычное отверстие), через который он воспринимает атмосферное давление в качестве опорной точки для измерения давления среды.

Дифференциальное давление (Differential). Для многих практических применений важно сразу измерить разность давлений между двумя точками или системами. Датчики для измерения разности давлений имеют два впускных порта (порт высокого давления и порт низкого давления), каждый из которых соединен с жидкостями/газами, давление которых необходимо определить.

Конструктивное исполнение

Наиболее распространенными являются следующие варианты конструктивного исполнения:

На плату. Предназначен для установки непосредственно на монтажную плату. Выполнен в виде модуля с расположением выводов DIP или SMD. Применяется в основном в малогабаритном оборудовании.

Отдельностоящий. Соединен с монтажной платой через гибкий кабель, зачастую через разъемное соединение. Применяется в основном там, где требуется измерить давление в конкретной точке, ев которой невозможно размещение остальной части измерительного оборудования.

Для врезки в трубу. Предназначен для установки непосредственно в трубе, с остальными узлами измерителя соединяется через кабель, проходящий через герметичный ввод.

Тип выходного сигнала

Мостовой. Тензорезисторы в таком датчике образуют балансную мостовую схему, непосредственно с выхода которой снимается сигнал. Датчик получается простым по конструкции и компактным, но есть ограничение по длине проводов, соединяющих его с усилителем сигнала. Требуются усиление и обработка сигнала. В основном используется в модулях датчиков, непосредственно устанавливаемых на монтажную плату.

Усиленный аналоговый. В датчик встроен усилитель, поднимающий уровень сигнала на выходе до значений, когда уровень помех относительно него оказывается пренебрежимо малым. По сравнению с другими видами датчиков со встроенным усилителем отличается низкой стоимостью.

Цифровой. Сигнал передается в цифровой форме. Наиболее надежный и современный метод. Обычно в датчиках давления используется последовательный цифровой интерфейс I²C или SPI.

Токовая петля 4…20 мА. Аналоговый интерфейс, существующий на протяжении уже нескольких десятилетий. В отличие от мостового и усиленного аналогового выхода, этот интерфейс стандартизован. К его преимуществам можно отнести совместимость с большим парком оборудования.

Пример конструкции датчика 

В качестве примера разберем блок-схему датчика давления, имеющего одновременно цифровой и усиленный аналоговый выходы (рисунок 1).

Рис. 1. Блок-схема датчика давления с цифровым и аналоговым выходами

Непосредственно сенсор реализован в виде четырех тензорезисторов, включенных мостом. Помимо собственно измерителя давления, есть еще и измеритель температуры (INT TEMP SENSOR), который корректирует сигнал, связанные с изменением температуры погрешности. Мост питается от образцового источника напряжения (REF). Данные с измерительного моста преобразуются в цифровую форму и поступают в буфер (BUFFER), работающий по принципу FIFO. Из буфера они передаются на сигнальный процессор (FILTER&DSP). Результаты обработки поступают на цифровой выход, представленный последовательным интерфейсом (SERIAL INTERFACE). Использование цифровой обработки позволяет повысить точность измерений и эффективно отстраиваться от помех. Кроме того, для сохранения совместимости с имеющимся аналоговым оборудованием к выходу цифрового процессора подключен и встроенный цифроаналоговый преобразователь (DAC).

Технология MEMS

Аббревиатура MEMS означает Micro ElectroMechanical Systems (микроэлектромеханические системы). Данным термином обозначают электронные системы, содержащих в своей структуре интегрированные механические элементы, выполненные в микромасштабе (размеры порядка нескольких микрометров). Применительно к датчикам давления это означает использование вместо тензорезисторов специальной микромембраны, выполненной на кристалле чипа. Применение технологии MEMS позволяет повысить надежность датчика, улучшить его точность, снизить размеры.

Ведущие азиатские производители датчиков давления

Среди многообразия азиатских производителей датчиков давления особенно следует отметить следующих: CFSensor, NovoSense, HopeRF, Winsen, Lefoo. Основные возможности, которые могут предложить эти компании, сведены в таблицу 1:

Таблица 1. Ведущие азиатские производители датчиков давления

CFSensor

Данная компания выпускает датчики давления для самых разнообразных применений: здравоохранение и медицина, автомобильная электроника, бытовая электроника, промышленное оборудование. В зависимости от модели, датчики CFSensor измеряют абсолютное, избыточное и дифференциальное давления. Выходные интерфейсы – аналоговый усиленный и цифровой I²C. В ассортименте КОМПЭЛ насчитывается более 1000 позиций датчиков от этой компании.

Другое важное преимущество CF Sensor – наличие среди выпускаемой ею продукции полных аналогов датчиков давления производства компании NXx/Freexxale. В качестве примера можно привести следующие продукты:

XGZP6886A (аналог MPX4115AP, MPX5700AP, MPX5100AP)

• датчик абсолютного давления, диапазон 0…100…1000 кПа;
• может работать с не коррозионным газом, воздухом или жидкостью;
• выход – калиброванный усиленный аналоговый сигнал;
• температурная компенсация обеспечивается в диапазоне 0…85°С;
• возможна кастомизация.

XGZP191 (аналог MPX2010GP, MPX2050GP, MPX2053GP, MPX2100GP, MPX2200GP, MPX2202GP)

• датчик избыточного давления, диапазоны 0…10/50/100/200 кПа;
• технология MEMS c повышенной надежностью;
• лазерная подгонка;
• Прямой выход сенсора;
• рабочая температура -30…85°С.

XGZP6887A/D (аналог MPXV7002GP, MPXV5004GP, MPXV5010GP/MP3V5010GP, MPXV5050GP/MP3V5050DP, MPXV5100GP, MPXV4006GP, MPXV7025G)

• датчик избыточного давления, диапазоны -100 кПа…0 кПа…700 кПа;
• для не коррозионного газа, воздуха или жидкости;
• питание от напряжения 5 или 3,3 В (такое же, как у большинства распространенных микроконтроллеров);
• температурная компенсация обеспечивается в диапазоне 0…60°С;
• калиброванный усиленный аналоговый выход или цифровой I²С.

XGZP192A/D (аналог MPX2010DP, MPX2050DP, MPX2053DP, MPX2100DP, MPX2200DP, MPX2202DP)

• датчик дифференциального давления, диапазоны 0…10/50/100/200 кПа;
• технология MEMS c повышенной надежностью;
• лазерная подгонка;
• прямой выход сенсора;
• рабочая температура -30…85°С.

Novosense

Производит датчики абсолютного, избыточного и дифференциального давления для различных применений. Особенно следует отметить удачные конструкции SMD- и DIP-корпусов со штуцером.

Другое преимущество датчиков от NovoSense – использование полупроводниковых измерителей давления. При этом данные от них обрабатываются не универсальным сигнальным процессором, как во многих других датчиках, а специализированной микросхемой. В результате – более низкое энергопотребление, меньше деталей в датчике, а, значит, его более высокая надежность.

Удобством монтажа, универсальностью и доступной ценой отличается серия манометрических датчиков NSPGS2xxx в корпусе SOP-6.

• диапазон измерений -100…+350 кПа;
• точность лучше ± 2,5%;
• выход – аналоговый/I²C;
• рабочая температура -40…70°С.

Отдельно следует выделить серию датчиков NSPAS3Nxxx для контроля абсолютного давления во впускном коллекторе автомобильных двигателей. Они выполнены в корпусе SOP-8. В них применена защита фторированным гелем от нефтегазовой среды. Диапазон давления 10…400 кПа. Рабочая температура -40…130°С (может быть настроен). Точность лучше, чем ± 1%FS в диапазоне 0…85°С и лучше, чем ± 1,5%FS в диапазоне -40…130°С. Время отклика лучше, чем 0,8 мс

Выходной сигнал аналоговый (абсолютный/пропорциональный). Сертификация AEC-Q100.

HOPERF

Эта компания специализируется на барометрах (альтиметрах), позволяющих определять высоту над уровнем моря. Датчики отличаются малыми размерами, многие модели выпускаются во влагозащитном исполнении. Другая особенность – защищенные порты подвода давления. Поэтому продукцию Hope RF можно рекомендовать к применению в авиации, в том числе и в БПЛА.

Наглядным примером является датчик HP303B, позволяющий измерять высоту до 9300 м с точностью до ± 8 м и разрешением по высоте до 5 см. Одновременно он измеряет температуру с точностью до ± 0,5°C. Во многом такая точность связано с применением АЦП, имеющего разрядность 24 бита. Изделие снабжено цифровым выходом с интерфейсами I²C и SPI.

Датчик выпускается во влагозащищенном исполнении, он размещен в корпусе LGA размерами 3,6×3,8×1,2 мм. Это позволяет использовать его в БПЛА. Кроме указанных, для БПЛА хорошо подходят и иные параметры: напряжение питания 1,7…3,6 В, потребляемый ток в режиме ожидания – всего 0,5 мкА, а при проведении измерений зависит от точности, но не превышает 38 мкА при одном измерении в секунду. Время измерения, в зависимости от точности, 3,6…27,6 мс. Рабочая температура -40…85°C.

Для использования на земле в разнообразной портативной измерительной технике и системах Интернета вещей отлично подойдет датчик давления HPS700A, способный работать в диапазоне 0…1600 кПа. Точность измерений ± 2,0 кПа обеспечивается, опять-таки, АЦП 24 бит. Выход I²C, питание 1,8…3,6 В. При этом потребляемый ток во время измерений составляет 2,4…91 мкА, а в режиме ожидания – всего 0,1 мкА. Рабочая температура -40…85°C. Размеры 3,8×3,6×1,15 мм.

Winsen

Компания производит датчики давления различной конструкции: на плату (SMD и DIP), встраиваемые, врезные.

Наиболее интересны в ассортименте Winsen врезные датчики, способные заменить продукцию Honeywell и Danfoss. Эти датчики устанавливаются в системах водоснабжения, на насосных станциях, в холодильном оборудовании, на производственных линиях.

WPCH01-M1-V1-S2-L5-D5-P3 (замена для Honeywell MLH150PSB01A)

• диапазон измерения: 1 МПа (10 атм.);
• выходной сигнал: 0,5…4,5 В;
• точность 1%;
• резьба: 1/4-18NPT;
• разъем 3 pin Metri-pack 150.

WPCK22 (замена для MBS1200 Danfoss)

• диапазон измерения: 25 МПа (250 атм.);
• выходной сигнал: 10…90% от напряжения питания;
• точность ± 0,5% FS;
• резьба: G1/4;
• разъем 3 pin.

Lefoo

Главное преимущество этой компании – она производит функционально законченные «коробочные» решения. В них уже предусмотрены системы индикации, элементы настройки и выходная цепь коммутации Соответственно, ее продукцию можно использовать в ЖКХ и системах умного дома.

Помимо коробочных решений, предлагаются врезные датчики давления и реле давления, а также промышленное оборудование, в том числе – для взрывоопасных производств.

Кастомизация

Большинство азиатских производителей датчиков давления могут выполнять заказы клиентов по индивидуальным техническим требованиям к продуктам (кастомизация), и готовность вендоров пойти навстречу клиентам будет определяться, в первую очередь, экономической составляющей (объемы потребления), а также технической сложностью исполнения. В частности, изменения могут быть внесены в следующие параметры :

• пределы измерения;
• интерфейс;
• напряжение питания;
• кабель (оболочка, тип провода, длина).

Азиатские производители датчиков давления составляют сильную конкуренцию европейским и американским компаниям, не уступая в качестве продукции, но выигрывая по цене, а также предлагая клиентам техническую поддержку и возможности кастомизации.

КОМПЭЛ предлагает широкий ассортимент датчиков данного типа. Мы всегда сможем помочь в выборе подходящего решения и поставить интересный вам компонент любого азиатского бренда.

Датчики доступны как со склада, так и под заказ, подобрать нужную модель вы можете на странице каталога Датчики давления. Узнать актуальные цены, сроки поставки и оформить заказ можно через вашего менеджера в КОМПЭЛ.