CC BY
84Датчики температуры и влажности Honeywell —
выбор для системной интеграции
Светлана СЬ1СОЕВА
Dr.Gold@sysoeva.com,
Статья актуализирует задачи развертывания систем автоматизации, в которых ключевыми контролируемыми параметрами являются температура и влажность, соответственно, ключевыми компонентами данных систем становятся датчики температуры и влажности.
Компания Honeywell выпускает широкую линейку этих датчиков, обладающих высокой точностью, надежностью и безопасностью. В статье представлен обзор устройств, составляющих данную линейку, и дано обоснование выбора в пользу платиновых резистивных датчиков температуры (RTD) — одной из приоритетных технологий выбора от Honeywell. Другая приоритетная технология от Honeywell — емкостные датчики влажности, в том числе интегрированные с датчиками температуры и интегральными схемами. Системная интеграция, комбинированное использование двух основных типов датчиков — ключ к эффективному функционированию современных систем, высокому уровню технических характеристик, а также надежности и безопасности.
Введение
В настоящее время имеют особую актуальность системы автоматизации, в которых основными контролируемыми параметрами являются температура и влажность одновременно. Сфера их применения достаточно широка — это автоматизация зданий и промышленных процессов, системы ОВК, холодильное оборудование, медицина, метеорология, теплицы, электронная промышленность и чистые комнаты.
В качестве примера можно привести хорошо известные системы отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК), устанавливаемые в жилых домах, офисах, торговых и производственных помещениях [1]. Ключевыми параметрами, контролируемыми в установках систем ОВК, являются температура и влажность. Современные системы ОВК основаны на применении не только высокоточных, но и надежных, а также энерго- и экономически эффективных решений для автоматизации.
Датчики температуры в системах ОВК включают:
• датчик температуры окружающего (наружного) воздуха;
• датчики температуры
в обслуживаемом помещении;
• датчики температуры в трубопроводах, установленные до и после теплообменника;
• датчики температуры воздуха в воздуховодах.
Датчики влажности систем ОВК могут устанавливаться как в вытяжном воздуховоде, так и непосредственно в обслуживаемом помещении.
Практически любые современные помещения оборудуются ОВК — офисы и жилые дома, торговые и производственные помещения, а также здания культурного, спортивного, развлекательного назначения. Следует обратить внимание на существование не только стандартных, но и особых условий поддержания микроклимата в бассейнах, ледовых катках или саунах, ванных комнатах, кухнях, банях, прачечных и многих производственных цехах, в которых температура и влажность могут быть значительно выше или ниже, чем в обычных помещениях.
Например, для удаления избытка влаги и конденсата в бассейнах используется воздушная вентиляция, которая автоматически включается посредством датчика влажности или точки росы. Одновременно для поддержания постоянного уровня испарений осуществляется контроль температуры воздуха и воды. Контроль микроклимата в современно оборудованных помещениях автоматизирован и реализуется с помощью специально подобранных, рекомендованных или вновь разработанных датчиков температуры и влажности.
Весьма актуально применение датчиков температуры и влажности для контроля климата и управления вентиляционным оборудованием в серверных помещениях, в коммутационных шкафах для обнаруже-
ния конденсата, перегрева или начала пожара в системах пожарной сигнализации.
Строительство чистых комнат для производства ИС, МЭМС — небольшая по объему, но весьма значимая сфера сбыта датчиков температуры и влажности и интегрирующих их систем ОВК.
Большой спектр совместных применений датчиков температуры и влажности существует в современном животноводческом и тепличном хозяйстве.
Установка систем контроля температуры и влажности типа ОВК имеет большое значение для подержания необходимого микроклимата на животноводческих фермах и птицефабриках, что немаловажно не только для комфортного содержания животных и птиц, но и для повышения продуктивности данных видов бизнеса.
Примеры совместного использования датчиков температуры и влажности включают автоматизацию теплиц, которая значительно отличается от систем ОВК в жилом доме. Как правило, дополнительный подогрев для роста растений не предусмотрен, в теплицах устанавливаются только зональные датчики температуры, контролирующие общую температуру в помещении. Но каждая садовая или огородная овощная культура имеет свои особые оптимальные условия влажности, для контроля которых предназначен целый массив датчиков влажности. Поскольку поддержание влажности в теплицах осуществляется посредством разбрызгивания воды
той же температуры, что и в теплице, это создает потребность в дополнительных датчиках температуры разбрызгиваемой воды в емкости для смешивания потоков холодной и горячей воды, с датчиками температуры для автоматического контроля скорости подачи этих потоков.
Спектр промышленных применений датчиков температуры и влажности (за пределами ОВК в производственных помещениях) включает контроль процессов сушки, увлажнения, испытаний в климатических камерах, предотвращение образования конденсата, измерение температуры и влаги масла, строительных конструкций, для определения уровня температуры и влажности в любом промышленном помещении и поддержания соответствующего микроклимата на складах, в морозильных камерах, в рефрижераторах, в цехах и установках. Например, датчики температуры и влажности контролируют процесс образования конденсата в компрессорных линиях передачи сжатого воздуха или поддерживают микроклимат в промышленных инкубаторах.
Датчики температуры и влажности нужны в пищевой, химической, фармакологической промышленности и многих других отраслях. Так, на мукомольном производстве поточный датчик влажности и расхода зерна измеряет следующие параметры зерна: влажность, расход, натуру, температуру. Необходимость в автоматизации процесса увлажнения зерна перед первой драной системой обусловлена естественными колебаниями влажности исходного сырья в пределах ±(1,5-2)%. Подобный разброс снижает выход муки высшего сорта, приводит к ухудшению хлебопекарных свойств, и все это отрицательно сказывается на рентабельности мукомольного производства.
Медицинские применения датчиков температуры и влажности как основных параметров включают CPAP (Continuous positive airway pressure) аппараты для комфортабельной терапии апноэ. CPAP-аппарат представляет собой небольшой компрессор, который подает постоянный поток воздуха под определенным давлением в дыхательные пути через гибкую трубку и герметичную носовую маску. В CPAP-аппаратах используются новейшие технологии для улучшения процесса дыхания и снижения уровня шума, в том числе оснащение системой климат-контроля, автоматически обеспечивающей оптимальную температуру и влажность воздуха, подаваемого в маску.
Чрезвычайно важной медицинской задачей является проведение искусственной вентиляции легких у новорожденных и недоношенных младенцев, для которой требуется адекватное поддержание температуры и насыщения дыхательной смеси водяными парами на уровне, близком к физиологическому. Это реализуется посредством нагревателей и увлажнителей, чей точный контроль возможен лишь посредством датчиков температуры и влажности.
Уличные датчики влажности и температуры предназначены для различных систем, в функции которых входит информирование о погодных условиях.
Датчики в метеорологическом исполнении служат для получения специализированной информации о метеообстановке в зоне контроля. Метеодатчики определяют:
• атмосферное давление;
• температуру воздуха, поверхности дорожного покрытия и почвы;
• относительную влажность воздуха;
• наличие тумана;
• силу и направление ветра;
• состояние поверхности дорожного покрытия;
• выпадение снега, наличие дождя, образование гололеда.
Интеллектуальные транспортные системы оснащены автоматизированными дорожными метеосистемами, которые обеспечивают измерение и передачу метео- и других данных в центр для информирования участников дорожного движения о метеоусловиях с помощью цифровых табло, радиоканалов связи и даже управляют системой подачи реагентов на дорожное покрытие.
Спектр применений датчиков температуры и влажности по отдельности, вместе и в комбинации с другими типами датчиков сегодня практически неограничен. Датчики температуры применяются повсюду — не только как самостоятельный вид измерений, но и для термокомпенсации основных измерений, термостатирования или терморегулировки. Использование датчиков влажности возможно в любых помещениях и за их пределами, на производственных линиях, где следует поддерживать определенную температуру и уровень влажности. Комбинированное выполнение измерений позволяет более точно оценивать влажность с учетом температуры, снижать производственные, эксплуатационные затраты, занимаемое датчиками место и потребляемую мощность, что в наибольшей степени достигается при объединении датчиков в один корпус.
Разработка систем автоматизации, в которых первостепенными контролируемыми параметрами являются температура и влажность, в настоящее время становится весьма актуальной задачей. Ключ к решению данной задачи состоит в правильном выборе и эксплуатации датчиков температуры и влажности, спектр предложений которых от различных производителей непрерывно расширяется, технически совершенствуется и пополняется.
Спектр датчиков температуры и влажности компании Honeywell
Один из самых известных в мире производителей сенсорных продуктов компания Honeywell предлагает датчики и переключатели, в том числе обычные, предельные и тумблерные переключатели, реле, датчики
давления, положения, скорости, температуры, влажности, а также компоненты для управления. Общее число наименований продуктов Honeywell на данный момент достигает 50 000 единиц.
Датчики, переключатели и компоненты управления Honeywell характеризуются точными спецификациями с высокими показателями, обладают высокой точностью, долговечностью и безопасностью. Применение датчиков Honeywell для клиентов может снизить системные затраты и эксплуатационные расходы. Глобальное присутствие компании способствует тому, чтобы клиенты могли без особых сложностей приобрести по цене, одной и той же для большинства стран мира, любые компоненты и получить незамедлительную техническую поддержку.
Опыт Honeywell в аэрокосмической и оборонной промышленности, транспорте, медицинских и промышленных отраслях означает наличие продуктов и решений для широкого спектра применений в виде впечатляющих линек готовой продукции и клиентских решений на заказ. У клиентов всегда имеется возможность использовать компоненты Honeywell в собственных индивидуально разрабатываемых решениях, отвечающих всем требованиям мирового уровня в отношении характеристик, надежности и безопасности.
Сегодня Honeywell предлагает широкий диапазон готовых к эксплуатации датчиков и сенсорных компонентов практически для любого применения в системах ОВК и многих других [1-7]. Среди них большой ассортимент датчиков температуры.
Датчики температуры от компании Honeywell
В составе продукции Honeywell имеется широкий спектр датчиков температуры. Полная линейка компонентов, предлагаемых компанией для измерения температуры и интеграции в клиентские системы, включает:
• дискретные RTD;
• дискретные и закорпусированные RTD;
• корпусированные датчики;
• дискретные термисторы.
Датчики температуры Honeywell различаются по материалу исполнения чувствительного элемента: с полупроводниковым чувствительным элементом или датчики с металлическим чувствительным элементом. Среди них выделяются также дискретные и корпусированные датчики.
Типы корпусирования включают пластиковые/керамические корпуса, миниатюризи-рованные корпуса для поверхностного монтажа или с выводами для монтажа на платах.
Потенциальные применения датчиков температуры, рекомендованные Honeywell, предусматривают: ОВК, полупроводниковую защиту, генерацию мощности, гидравлические системы, торговые автоматы, тепловое управление, температурную компенсацию.
сравнение различных типов датчиков температуры
Спектр современных применений датчиков температуры стремительно расширяется за счет растущего числа офисных и медицинских применений, а также бытовой электроники. Низкотемпературные применения предполагают, в частности, контроль складского оборудования хранилищ продуктов питания и лекарств, сжиженных газов, лабораторные исследования.
Известны различные виды датчиков температуры: терморезистивные датчики, тер-мисторы, полупроводниковые датчики температуры (ИС), термопары.
Резистивные датчики температуры (RTD, Resistance Temperature Devices) и термисторы функционируют посредством изменения сопротивления при пропускании электрического тока.
RTD характеризуются положительным температурным коэффициентом, высокой чувствительностью и стабильностью, а также линейной зависимостью выходного сигнала и работают в широком диапазоне температур. Они предназначены для измерения как низких, так и высоких температур.
Термисторы бывают с положительным или отрицательным температурным коэффициентом, имеют высокую чувствительность к измеряемой температуре, но диапазон измеряемых температур невысокий, а характеристики нелинейны.
Полупроводниковые интегральные датчики работают в широком диапазоне температур и имеют высокую точность. Кроме того, такие датчики интегрируют схему усиления и обработки сигнала.
Термопары созданы для высокотемпературных измерений (до +1700 и даже до +2300 °C), но требуют схему усиления и обработки сигнала.
Какому типу датчиков отдать предпочтение — зависит от задачи.
Многие из датчиков имеют следующие недостатки:
• измерения диапазонов до +100 °C. Для измерений широких температурных диапазонов приходится использовать комбинации датчиков в параллели;
• нелинейная передаточная кривая, требующая специальной обрабатывающей электроники;
• старение датчиков вследствие термоцикли-рования, изменяющее основные параметры передаточной кривой.
Все эти отрицательные эффекты не проявляются при использовании платиновых резистивных датчиков.
Платиновые терморезистивные датчики (RTD)
Типичные материалы терморезистивных датчиков (RTD) имеют следующие температурные пределы сенсорного элемента:
• платина: -200...+850 °C;
• никель: -100...+300 °С;
• медь: -70... + 150 °С;
• никель/железо: 0...+200 °С. Преимущества платиновых датчиков:
• широкий диапазон измеряемых температур (от -200...+650 °С и до +850 °С);
• способность выдерживать высокие температурные нагрузки и перегрузки;
• устойчивость к химическим воздействиям;
• высокая линейность выходных характеристик;
• низкий дрейф;
• высокая точность;
• высокая стабильность;
• долгий срок службы;
• стандартизация характеристик гарантирует взаимозаменяемость датчиков;
• малое время отклика.
Данный список преимуществ делает платину уникальным материалом для термо-резистивных измерительных элементов, нагревателей и электродов. Платиновые датчики температуры — устройства, рекомендуемые как для высокотемпературных, так и для низкотемпературных измерений. Сенсорный элемент RTD обычно содержит платиновые провода или пленки с выводами для считывания данных, заключенные в керамический корпус и керамический цемент или стекло для уплотнения сенсорного элемента и поддержки выводов.
Материал выводов для подключения сенсорного элемента обычно представляет собой никель, никелевые сплавы, медь, покрытую оловом, серебром или никелем. Материал выводов, проводная изоляция также непосредственно влияют на температуру, измеряемую RTD, что отражено в спецификациях датчиков.
Платиновые датчики температуры выпускаются многими производителями в виде дискретных компонентов, позволяющих с высокой точностью, долговременной стабильностью и быстрым временем отклика проводить измерения температур в диапазоне от -200 до +850 °С. Впрочем, если дискретный компонент оборудуется обрабатывающей электронной схемой, например для обеспечения цифрового интерфейса, это накладывает ограничения на максимальный измеряемый верхний предел рабочих температур до +150 °С. Но если системные требования допускают такие рабочие температуры, то список преимуществ данного типа устройств будет использован по максимуму. Впрочем, у RTD есть и слабые места. Руководство по выбору включает анализ геометрических размеров, номинального сопротивления, цены, чувствительности, повторяемости, а также принятие во внимание времени срабатывания и самонагрева.
ЯТВ или термопары?
Самым главным конкурентом платиновых RTD сегодня являются более дешевые термопары и термопили (массивы последо-
Таблица 1. Руководство по выбору датчиков температуры
Параметр/ Тип датчика Платиновые RTD Термопары
Температурный диапазон -200...+650 °C -190...+1820 °C
Чувствительность Высокая Низкая
Линейность Высокая Средняя
Стабильность Высокая Менее высокая
Время отклика Среднее Малое
вательно включенных термопар), и для выбора в пользу того или иного датчика будет также полезным следующий сравнительный анализ.
Как видно из таблицы 1, RTD допускают измерения в меньшем температурном диапазоне, чем термопары. RTD обычно используются в диапазоне до +650 °C, а термопары — в диапазоне до +1700 °C и выше. Но для многих применений рабочие температуры в диапазоне от -200 до +650 °C более чем достаточны. Чувствительность, линейность, долговременная стабильность — эти характеристики RTD на порядок выше, чем у термопар.
Чувствительность (AR/AT) в температурных измерениях характеризует, насколько высокоразрешающим является датчик, и позволяет оценить минимальный порог измеряемых температур.
Повторяемость — это долговременная способность поддерживать измерительную точность и при термоциклировании.
RTD высокочувствительны и обычно используются в приложениях, в которых важна повторяемость и точность. Высокоповторяемые RTD сохраняют свою передаточную характеристику зависимости сопротивления от температуры в течение длительного времени, без какой-либо деградации, а также допускают легкую взаимозаменяемость RTD различных типов и производителей и использование стандартных соединительных кабелей.
Применительно к терморезистивным датчикам разработаны стандарты, регламентирующие их взаимозаменяемость. Наиболее часто используемый стандарт — IEC751 — устанавливает точность платиновых термодатчиков сопротивлением 100 Ом и делит приборы на два класса точности: Class A (для датчиков, работающих в диапазоне -200...+650 °C) и Class B (для датчиков, работающих в диапазоне -200...+850 °C). Эти же классы согласно стандарту DIN 43760 известны как DIN A и DIN B и определяют отклонения сопротивления датчиков в точке замерзания воды 0 °C и точность измерения при конкретном значении температуры. Значения этих отклонений часто используются для других платиновых термодатчиков, у которых сопротивление в точке замерзания жидкости отличается от регламентированного IEC 751 (например, 500 и 1000 Ом вместо 100 Ом). Взаимозаменяемость RTD согласно двум данным стандартам допускает простую
и легкую замену вышедшего из строя компонента другим (возможно другого производителя), без требования какой-либо замены аппаратной или программной части электроники обработки сигнала.
Слабые места RTD — большее время срабатывания (отклика) датчика. Время срабатывания — это постоянное время, которое характеризует способность датчика реагировать на изменения температур, что особенно важно в системах обеспечения безопасности.
Для проведения измерений посредством RTD потребуется в 2-4 раза больше времени, чем при использовании металлических термопар. К тому RTD дороже, чем термопары, ввиду особенностей производства сенсорного элемента, конструкции, проводов и сборки датчика. RTD более чувствительны к ударам и вибрации, нежели термопары, вследствие особенностей конструкции сенсорного элемента.
Также имеет место явление самонагрева RTD, для уменьшения которого, впрочем, существует способ минимизации измерительного тока, протекающего через RTD. Например, для платинового датчика в полном диапазоне до +650 °C измерительный ток может быть менее 0,1 мА.
В большинстве RTD-датчиков Honeywell как материал сенсорного элемента используется платина, позволяющая измерять температурный диапазон до +650 °C и выше [1-4].
Обзор линейки датчиков температуры Honeywell
Дискретные RTD-датчики
Дискретные RTD Honeywell (рис. 1) — это тонкопленочные RTD, основанные на кремнии. Данный вид датчиков представлен устройствами HEL-705/707/711/712/716/717, HEL-775, HEL776/777, а также серией 700. Все они имеют платиновый резистивный элемент сопротивлением 100 или 1000 Ом, стабильный и быстродействующий линей-
Рис. 1. Дискретные тонкопленочные RTD серий:
а) HEL-705/707/71 1/712/716/717;
б) HEL-775; в) HEL-776/777; г) 700
ный выход. HEL-775, HEL776/777 основаны на платиновых тонкопленочных элементах, которые для достижения высокой точности и взаимозаменяемости подгоняются лазерными методами, что устраняет необходимость повторной калибровки.
Ряд устройств в линейке дискретных RTD-датчиков Honeywell обладает способностью измерять весьма широкий температурный диапазон, что определяется типом выводного фрейма. Датчики серий HEL-705/707/711/712/716/717 (табл. 2) в керамических корпусах с тефлоновыми выводами измеряют диапазон от -70 до +260 °C, а приборы с волоконно-оптическим интерфейсом — от -75 до +500 °C. Приборы серии 700 (табл. 3), которые выпускаются в SMD- и кристальных корпусах с проводными выводами или контактными площадками, для SMD-корпусов предусматривают измерительные диапазоны от -70 до +500 °C. Для корпусов с выводами измерительный диапазон серии 700 составляет только от -50 до +130 °C.
RTD-датчики серий HEL-775, HEL776/777 в SIP-корпусах основаны на тонкопленочных платиновых элементах и специфицированы для измерений в диапазоне -55... + 150 °C независимо от типа корпуса (пластикового или керамического). Впрочем, и этого более чем достаточно для многих рекомендованных применений, список которых включает
ОВК, электронные сборки, контроль технологических процессов.
Важной характеристикой в спецификациях данных типов датчиков является взаимозаменяемость, определенная для элементов каждого из номиналов сопротивления 100 или 1000 Ом в ±0,1% или ±0,2% при 0 °С
Дискретные и закорпусированные ЯТВ-датчики
Данная группа представлена двумя сериями: HRTS — с платиновым тонкопленочным элементом и TD — с кремниевым тонкопленочным элементом в керамических, пластиковых или резьбовых корпусах (рис. 2).
И 0
Рис. 2. Дискретные и закорпусированные RTD серий: а) HRTS; б) TD
Температурный сенсорный диапазон серии HRTS составляет от -70 до +260 °С, а серии TD — типичный для кремниевой электроники диапазон от -40 до +150 °С. Характеристики серии HRTS в отношении номиналов сопротивления и взаимозаменяемости те же, что и у HEL. Сенсорный элемент серии TD имеет номинальное сопротивление 2000 Ом с разбросом в ±5 Ом при +20 °С
Закорпусированные датчики температуры
Данная группа представлена компактными, легковесными устройствами, характеризующимися повышенной чувствительностью, надежностью, стабильностью в условиях вибраций, ударных ускорений, влажности и коррозии (рис. 3). Как готовые решения доступны любые типы корпусов для измерений температур воздуха и других газов, жидкостей, твердых тел. Типы встроенных
Таблица 2. Характеристики датчиков серии HEL-7xx
Наименование Диапазон измеряемых температур, °С Сопротивление при t = 20 °C Взаимозаменяемость (точность измерения сопротивления на 0 °C), %
HEL-705-T-1-12-C1 -200...+260 100 ±0,1
HEL-705-U-0-12-00 -200...+260 1000 ±0,1
HEL-705-U-1-12-00 -200...+260 1000 ±0,1
HEL-705-U-1-12-C1 -200...+260 1000 ±0,2
HEL-705-U-1-12-C2 -200...+260 1000 ±0,2
HEL-707-T-0-12-00 -75...+540 100 ±0,2
HEL-707-U-1-12-00 -75...+540 1000 ±0,1
HEL-711-U-0-12-00 -200...+260 1000 ±0,2
HEL-711-U-1-12-00 -200...+260 1000 ±0,1
HEL-712-T-1-12-00 -75...+540 100 ±0,1
HEL-712-U-0-12-00 -75...+260 1000 ±0,2
HEL-716-U-0-12-00 -200...+260 1000 ±0,1
HEL-717-U-1-12-00 -75...+260 1000 ±0,1
HEL-775-A-U-0 -55...+150 1000 ±0,2
HEL-776-A-T-1 -55...+150 100 ±0,1
Таблица 3. Сравнительные характеристики платиновых датчиков температуры 700-й серии
Наименование Температурный диапазон, °C Rg, Ом Разброс Rg Класс точности Время отклика вода/воздух, c Размер, мм
700-101BAA-B00 -70...+500 100 ±0,06% Class A 0,05/3 2,1x2,3x0,9
700-101BAB-B00 ±0,12% Class B
700-102AAB-B00 1000
700-102AAC-B00 ±0,24% Class 2B
700-102BAA-B00 ±0,06% Class A
700-102BAB-B00 ±0,12% Class B
701-101BAA-B00 -70...+500 100 ±0,06% Class A 0,04/2,2 1,2x1,7x0,9
701-101BAB-B00 100 ±0,12% Class B
701-102AAB-B00 1000
701-102BAB-B00 1000
702-101BBB-A00 -50...+ 130 100 ±0,12% Class B 0,1/2,5 1,4x2,3x0,52 SMD (0805)
702-102BBB-A00 1000
703-101BBB-A00 -50...+ 130 100 ±0,12% Class B 0,15/3,5 1,65x3,25x0,6 SMD (1206)
703-102BBB-A00 1000
ff*
ИИ НИН
Рис. 3. Корпусированные датчики серий: а) R300; б) 500; в) ES110; г) ES120; д) 6655
сенсорных элементов — RTD или NTC. Разнообразие вариантов корпусирования включает пластиковые, алюминиевые, керамические корпуса из нержавеющей стали, эпоксидную заливку, оловянное или никелевое покрытие, а также ряд других. Рабочие температурные диапазоны: от -40 до +275 °C или выше — до +300 °C.
Дискретные термисторы
Линейка дискретных термисторов объединяет широкий набор доступных значений сопротивления, разнообразие типов корпусов в виде выводных и корпусов поверхностного монтажа и их размеров (рис. 4). Рабочие температурные диапазоны термисторов Honeywell: от -60 до +125, +150 или +300 °C. Потенциальное применение эти устройства находят в военной, аэрокосмической, технической, медицинской, контрольно-измерительной аппаратуре.
Полный спектр продукции датчиков температуры также охватывает термостаты для ОВК и датчики влажности, интегрированные с датчиками температуры, — серии Humidlcon.
И И И И и
Рис. 4. Дискретные термисторы серий: а) 111; б) 112; в) 115; г) 140/142; д) 143; е) 173; ж) 120; з) 121; и) 126; к) 128; л) 128; м) 135; н) 175; о) 192; п) 194; р) 197; с) ICL
Емкостные датчики влажности Honeywell серии Humidlcon
Компания Honeywell выпустила на рынок несколько серий цифровых датчиков Humidlcon (рис. 5) — серии HIH6000, HIH6100, HIH7000, HIH8000 и HIH9000 [6-7]. В таблице 4 представлены основные сравнительные характеристики датчиков HumidIcon.
Измерительный принцип датчиков — емкостный, повсеместно одобренный. Емкостные датчики влажности основаны на конденсаторе с диэлектриком, который представляет собой полимер, абсорбирующий влагу пропорционально окружающей влажности воздуха. Полимерный емкостный чувствительный элемент датчика имеет многослойную конструкцию для повышения стойкости к конденсату, загрязнениям, маслам и другим химическим реагентам. Многослойная структура образована двумя плоскими платиновыми обкладками и ди-
Таблица 4. Параметры датчиков влажности HIH6xxx - HIH9xxx
Наименование Точность Конденсационный фильтр Корпус Интер-
RH, % T, 'С фейс
HIH6020-021-001 - SIP I2C
HIH6021-021-001 + SIP I2C
HIH6030-000-001 4,5 - SOIC8 SPI
HIH6030-021-001 - SOIC8 I2C
HIH6031-000-001 + SOIC8 SPI
HIH6031-021-001 + SOIC8 I2C
HIH6120-021-001 - SIP I2C
HIH6121-021-001 + SIP I2C
HIH6130-000-001 4,5 - SOIC8 SPI
HIH6130-021-001 - SOIC8 I2C
HIH6131-000-001 + SOIC8 SPI
HIH6131-021-001 + SOIC8 I2C
HIH7120-021-001 - SIP I2C
HIH7121-021-001 + SIP I2C
HIH7130-000-001 3 - SOIC8 SPI
HIH7130-021-001 - SOIC8 I2C
HIH7131-000-001 + SOIC8 SPI
HIH7131-021-001 + SOIC8 I2C
HIH8120-021-001 - SIP I2C
HIH8121-021-001 + SIP I2C
HIH8130-000-001 2 0,8 - SOIC8 SPI
HIH8130-021-001 - SOIC8 I2C
HIH8131-000-001 + SOIC8 SPI
HIH8131-021-001 + SOIC8 I2C
HIH9120-021-001 - SIP I2C
HIH9121-021-001 + SIP I2C
HIH9130-000-001 1,7 0,6 - SOIC8 SPI
HIH9130-021-001 - SOIC8 I2C
HIH9131-000-001 + SOIC8 SPI
HIH9131-021-001 + SOIC8 I2C
электрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер обеспечивает датчику более широкий по сравнению с термореактивной пластмассой диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. Кроме того, датчики на основе термореактивного полимера характеризуются самым большим сроком службы в этилен-оксидных стерилизационных процессах.
Преимущества датчиков влажности Honeywell:
• использование емкостного метода измерения;
• широкий диапазон измерения (0-100% относительной влажности);
• наличие встроенной интегральной схемы обработки сигнала (ASIC);
• усиленный линейный выходной сигнал;
• малое время отклика;
• возможность прямого подключения к АЦП;
• применение лазерной подгонки параметров;
• малый ток потребления;
• высокая надежность. Технические параметры:
• диапазон измерения: 0-100% RH;
• повторяемость: ±0,5% RH;
• напряжение питания: 4-5,8 В;
• ток потребления: 0,2 мА;
• рабочая температура: -40...+85 °C, до +100 °C;
• температура хранения: -50.. . + 125 °C. Изменение емкости регистрируется электронной схемой, по сигналам которой возможно определить относительную влажность воздуха.
Цифровые датчики имеют компенсированный цифровой выход I2C или SPI, низкий ток потребления 650 мкА и разрешение 14 бит, режим ожидания с потреблением тока в 1 мкА.
Цифровой интерфейс датчиков влажности, интегрированных с датчиками температуры, рассчитан на прямое подключение к микроконтроллеру.
Объединение датчика температуры с датчиком влажности в одном блоке допускает более точное детектирование влажности вне зависимости от температуры, исключая возможность температурного градиента
в зоне чувствительности, возможного при использовании двух датчиков в индивидуальных корпусах. Размещение интегральной схемы в непосредственной близости от датчика уменьшает шумы, повышает точность и долговременную стабильность.
Точность измерения влажности зависит от серии и варьируется от ±4,5% (HIH6000) до ±1,7% (HIH9000) в диапазоне температур +5.50 °C и диапазоне измерений относительной влажности 10-90%.
Долговременная стабильность всех серий датчиков составляет 1,2% в течение пяти лет.
Очевидными преимуществами ряда датчиков являются быстрое срабатывание (время отклика до 6 с) и наличие цифрового тем-пературно-скомпенсированного выхода I2C или SPI, подключаемого непосредственно к МК, а также энергоэффективность и малые размеры корпусов. Датчики доступны в корпусах SIP и SOIC-8. Среди них — некомпенсированные датчики без фильтра и датчики с гидрофобным фильтром и защитой от конденсата.
Эти цифровые датчики от Honeywell разработаны для применения в ОВКВ, охладительном оборудовании, респираторной терапии, медицинских инкубаторах и оборудовании поддержки микросреды.
Полная линейка емкостных датчиков влажности от Honeywell (табл. 5) объединяет и другие датчики влажности, сконфигурированные с интегральной схемой для обеспечения интегральной обработки сигнала.
Данный тип устройств представлен сериями HIH-5030/5031, HIH-4000 и HIH-4010/4020/4021, HIH-4030/4031, HIH-4602-A, C, HIH-4602-L, L-CP и HCH-1000 (табл. 6). Все эти датчики представляют собой интегральные схемы — покрытые или непокрытые, оборудованные фильтром от жидкости и пыли или нет.
В данной группе датчиков представлено еще одно устройство с интегрированным датчиком температуры — это серия HIH4602, которая представляет собой ИС с прецизионным термистором или RTD. Выходной интерфейс всех датчиков — аналоговое напря-жение1. Типы корпусов включают SIP, TO-5, корпуса поверхностного монтажа. Рабочие температуры всех датчиков -40... + 85 °C. В зависимости от серии время срабатывания варьируется от 5 до 50 с.
Указанные в таблице 6 модели датчиков влажности отличаются, главным образом, различными способами корпуси-рования. Для датчиков серии HIH-4010 добавлена пластиковая рамка, к которой крепятся верхняя и нижняя крышки, формируя серию HIH-4020. Серию HIH-4021 об-
1 За исключением недорогой серии НСН-1000, выполненной как
некорпусированный или корпусированный емкостный полимер с непосредственным емкостным выходом (эти датчики более не актуальны для новых разработок, хотя их можно встретить у ряда дистрибьюторов). Рабочий температурный диапазон серии НСН-1000 — до +120 °С.
Таблица 5. Основные сравнительные характеристики датчиков влажности
Серия Тип выхода Корпус Температурный диапазон, °C Защитный фильтр Калибровочные таблицы
HIH-4000 Напряжение SIP -40. +85 - +
HIH-4010/4020/4021 Напряжение SIP -40. +85 + +
HIH-4030/4031 Напряжение Поверхностный монтаж -40. +85 + -
HIH-5030/5031 Напряжение Поверхностный монтаж -40. +85 + -
HIH-6030/6031 12С SOIC-8 -20. +85 + -
HIH-4602 Напряжение (влажность)/ Сопротивление (температура) TO-5/TO-39 -40. +85 + -
Таблица 6. Основные характеристики датчиков влажности
Наименование
HIH-4602-А
Время отклика, с
Встроенный датчик температуры
1 кОм платиновый
Калибровочный паспорт
Внешний вид
V» .
X/
100 кОм NTC
+
50
+
30
нет
+
15
+
+
+
+
+
+
+
+
15
нет
+
разуют датчики серии HIH-4020 с добавленным к ним гидрофобным фильтром. Фильтр служит для защиты чувствительного элемента от брызг и крупных частиц, оставаясь при этом проницаемым для молекул воды, содержащихся в контролируемой газовой среде. Серии HIH-4030/31 предназначены для SMT-монтажа, датчики данных серий имеют пластиковый корпус. Серия HIH4031 имеет дополнительный гидрофобный фильтр. Серия HIH-4101-001 выполнена в виде модуля, который представляет собой печатную плату с расположенными на ней датчиком и разъемом.
Потенциальные применения датчиков влажности данных серий включают рефрижераторы, сушильное оборудование, метеорологию, батарейные системы, ОВК, офисную автоматизацию, медицину и клиентские сборки.
Заключение
В бизнесе датчиков компания Honeywell работает свыше 75 лет и стремится удовлетворять высокие требования различных отраслей. Сегодня Honeywell — лидирующий в мире производитель, который предлагает широкий спектр датчиков температуры и влажности — ключевых параметров для ряда актуальных применений, ранжированных от ОВК до медицины, от офисной и бытовой электроники до промышленных систем автоматизации, основанных на системной интеграции датчиков температуры и влажности.
Компания предлагает клиентам высокоточные, стабильные и надежные датчики температуры и влажности, которые создают оп-
тимальные условия для обеспечения жизнедеятельности живых организмов, протекания любых процессов нагрева/обогрева, вентиляции, увлажнения и сушки, поддерживают микроклимат в помещениях и за их пределами, оптимизируют время на установление заданного рабочего режима, оптимизируют потребление энергии, воды, тепла и других ресурсов. А также датчики температуры и влажности Honeywell минимизируют системную цену и снижают затраты на разработку надежных, точных, экономически эффективных современных систем в различных отраслях, основанных на интеграции двух данных ключевых типов датчиков. ■
Литература
1. http://sensing.honeywell.com/application%20note%20library
2. http://www.compel.ru/lib/ne/2010/1/2-honeywell-nomer-odin-v-mire-datchikov/
3. http://www.compel.ru/lib/ne/2007/1/6-novyie-platinovyie-datchiki-temperaturyi/#rlcje
4. http://sensing.honeywell.com/products/temperature_ sensors?Ne=2308&N=3185
5. https://customer.honeywell.com/en-US/Pages/department. aspx?cat=HonECC%o20Catalog&category=Temperature+Sensors&catpa th=1.3.9.5
6. http://sensing.honeywell.com/products/humidity_sensors?Ne=2308&N=3217
7. http://www.compel.ru/lib/ne/2007/2/6-novyie-serii-datchikov-vlazhnosti-honeywell/
Honeywell
Новые датчики влажности и температуры Honeywell Humidlcon™
ОСОБЕННОСТИ:
"Два вида датчика в одном
• Лучшая в отрасли долговременная стабильность
• Отсутствие необходимости калибровки
• Цифровой выход ГС или 5Р1
• Низкое напряжение питания
ПРИМЕНЕНИЕ:
• Системы вентиляции и кондиционирования
■ Системы увлажнения и поддержания климата
• Метеостанции
• Респираторная терапия
• Медицинская техника
Официальный дистрибьютор Honeywell с 2004 г.
Москва
Тел: |435) £34-7764, доб. 2131
Шведов Михаил
E-mail: m.s hvc с! о v @ с о m |)el.ru
Сйккт-Петербург
Теп: {812) 327-9404, дой. 4253
Венков Алексей
E-mail: bolkov.spb@compeLni
Is КолшэЛ
www.compel.ru
