Журнал "Новости Электроники", номер 1, 2010 год.HONEYWELL═ √ номер один в мире датчиков
Американская компания Honeywell является крупнейшим производителем датчиков и выключателей с 1974 года. Российские разработчики не раз убеждались в высоком качестве продукции этой компании. Ниже будут рассмотрены некоторые популярные виды датчиков Honeywell.
Платиновые датчики температуры
Платина обладает очень стабильной и практически линейной зависимостью сопротивления от температуры, поэтому она используется как материал для датчиков температуры. К преимуществам платиновых датчиков можно отнести следующие:
- Высокая линейность преобразования, стабильность, точность и повторяемость;
- Химическая стабильность;
- Биологическая инертность;
- Способность выдерживать высокие температурные нагрузки;
- Малые габариты;
- Долговечность.
Honeywell производит очень широкий спектр платиновых датчиков температуры в различных конструктивных исполнениях с сопротивлением (при 0°C) R0 = 100 Ом и R0 = 1000 Ом. Эти датчики нашли широкое применение как в узлах для промышленной автоматики и прецизионной измерительной техники, так и в потребительской электронике.
Наиболее популярной на российском рынке продолжает оставаться серия HEL-700-xxx (рис. 1), которую Honeywell производит уже довольно давно.
Рис. 1. Терморезистивный датчик HEL-705-U-0-12-C1 (увеличено)
Следом за ней Honeywell создала и также успешно продвигает терморезистивные датчики серии 700-xxx (характеристики некоторых из них приведены в таблице 1), которые отличаются от HEL-700-xxx сверхминиатюрным исполнением (рис. 2), позволяющим получить очень низкое время отклика и снизить массогабаритные параметры изделия.
Рис. 2. Терморезистивный датчик 700-102AAB-B00 (увеличено)
Датчики 700-xxx производятся в выводном и SMD-исполнении по тонкопленочной технологии, которая заключается в осаждении сплавов платины на керамическое основание и дальнейшей подгонкой R0 к 100 или 1000 Ом.
Таблица 1. Сравнительные характеристики новых платиновых датчиков температуры 700-й серии Honeywell
| Наименование | Температурный диапазон, °C | R0, Ом | a, °C-1 | Разброс R0, % | Класс точности | Время отклика вода/воздух, c | Размер, мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 700-101BAA-B00 | -70...500 | 100 | 0,003850 | ±0,04% | A | 0,4/2,0 | 2,1x2,3x0,9 |
| 700-101BAB-B00 | -70...500 | 100 | 0,003850 | ±0,04% | B | 0,4/2,0 | 2,1x2,3x0,9 |
| 700-102AAB-B00 | -70...500 | 1000 | 0,003750 | ±0,04% | B | 0,4/2,0 | 2,1x2,3x0,9 |
| 700-102AAC-B00 | -70...500 | 1000 | 0,003750 | ±0,04% | 2B | 0,4/2,0 | 2,1x2,3x0,9 |
| 701-101BAA-B00 | -70...500 | 100 | 0,003850 | ±0,04% | A | 0,4/2,0 | 1,2x1,7x0,9 |
| 701-101BAB-B00 | -70...500 | 100 | 0,003850 | ±0,04% | B | 0,4/2,0 | 1,2x1,7x0,9 |
| 701-102AAB-B00 | -70...500 | 1000 | 0,003750 | ±0,04% | B | 0,4/2,0 | 1,2x1,7x0,9 |
| 701-102BAB-B00 | -70...500 | 1000 | 0,003850 | ±0,04% | B | 0,4/2,0 | 1,2x1,7x0,9 |
| 702-101BBB-A00 | -50...130 | 100 | 0,003850 | ±0,06% | B | 0,4/2,0 | 1,4x2,3x0,52 SMD (0805) |
| 702-102BBB-A00 | -50...130 | 1000 | 0,003850 | ±0,06% | B | 0,4/2,0 | 1,4x2,3x0,52 SMD (0805) |
| 703-101BBB-A00 | -50...130 | 100 | 0,003850 | ±0,06% | Class B | 0,4/2,0 | 1,65x3,25x06 SMD (1206) |
| 703-102BBB-A00 | -50...130 | 1000 | 0,003850 | ±0,06% | Class B | 0,4/2,0 | 1,65x3,25x06 SMD (1206) |
Датчики расхода газа
Датчики измерения расхода газа косвенным методом (рис. 3), основанные на перерасчете сигналов, полученных прецизионными датчиками температуры или абсолютного (дифференциального) давления, в последние годы все больше вытесняют традиционные расходомеры с крыльчаткой, обеспечивая лучшие результаты.
Рис. 3. Общий вид газового расходомера AWM2200V
Благодаря малым размерам чувствительного элемента, экстремально низкой термической массе и высоким температурным градиентам расходомерам Honeywell свойственны очень малое время отклика (около 1 мс), высокая повторяемость и низкий гистерезис. Ввиду очень низкой энергии потребления датчики Honeywell совершенно безопасны. Все эти преимущества вместе с компактным дизайном сделали эти приборы пригодными для множества различных применений, таких как:
- Системы вентиляции и кондиционирования;
- Системы климат-контроля;
- Системы распределения кислорода в больницах;
- Аппараты искусственной вентиляции легких;
- Газовые хроматографы;
- Системы контроля утечки газов.
По степени интеграции все датчики расхода газа Honeywell можно условно разбить на две группы: датчики с милливольтовым выходом и датчики с нормализованным выходным сигналом. Первая группа характеризуется невысокой стоимостью, но требует внешней схемы управления нагревателем, питания микромоста и инструментального усилителя сигнала. Следует отметить, что в технической документации на такие приборы всегда даются простые варианты практической реализации этих схем. В таблице 2 приведены основные технические характеристики датчиков с милливольтовым выходом, которые требуют внешней обвязки. Ко второй группе следует отнести полностью интегрированные приборы с нормализованным выходом. Эти датчики имеют все необходимые встроенные схемы управления и обработки сигнала. Характеристики некоторых из таких датчиков приведены в таблице 3.
Как видно из таблиц 2 и 3, верхний предел измерения датчиков Honeywell составляет 2х105 см3/мин. Измерение больших объемов расхода газа производится методом использования обводного канала, который отбирает на себя часть потока газа. На сайте компании Honeywell имеется подробное описание методики проектирования и расчета подобных систем.
Таблица 2. Основные технические характеристики газовых расходомеров Honeywell, имеющих милливольтовый выход| Наименование | Диапазон измерения, см3/мин | Калибро-вочный газ | Выходной сигнал, мВ | Uпит, В | Pпотр. макс., мВт | Темпера-турный дрейф смещения, мВ | Повторяемость и гистерезис, % | Максимальное время отклика,c | ТРАБ, °С |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AWM2100V | ±200 | воздух | 30,0 при 100 см3/мин | 10,0 | – | ±0,20 | ±0,35 | – | -20...85 |
| AWM2200V | ±10 мбар | воздух | 20,0 при 5 мбар | 10,0 | 50,0 | ±0,20 | ±0,35 | 3,0 | -20...85 |
| AWM2300V | ±1000 | воздух | 50,0 при 650 см3/мин | 10,0 | 50,0 | ±0,20 | ±1,00 | 3,0 | -20...85 |
| AWM42300V | ±1000 | азот | 54,7 при 1000 см3/мин | 10,0 | 60,0 | ±0,20 | ±0,50 | 3,0 | -40...125 |
| AWM92100V | ±200 | воздух | 77,0 при 200 см3/мин | 10,0 | 50,0 | ±2,00 | ±0,35 | 1,0 | -20...85 |
Таблица 3. Сравнительные характеристики некоторых датчиков расхода газа Honeywell c нормализованным выходным сигналом
| Наименование | Диапазон измерения, см3/мин | Калибровочный газ | Выходной сигнал, В | Uпит, В | Pпотр. макс., мВт | Температурный дрейф смещения, мВ | Повторяемость и гистерезис, % | Максимальное время отклика,c | ТРАБ, °С |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AWM3150V | +30 | воздух | 3,4 В при 25 см3/мин | 10,0 | 50,0 | ±100,0 | ±1,00 | 1,0 | -25...85 |
| AWM3300V | +1000 | воздух | 5,0 В при 1000 см3/мин | 10,0 | 60,0 | ±25,0 | ±1,00 | 3,0 | -25...85 |
| AWM43300V | +1000 | азот | 5,0 В при 1000 см3/мин | 10,0 | 60,0 | ±25,0 | ±0,50 | 3,0 | -25...125 |
| AWM43600V | +6000 | азот | 5,0 В при 6000 см3/мин | 10,0 | 75,0 | ±25,0 | ±1,00 | 3,0 | -25...125 |
| AWM5104VN | +20000 | азот | 5,0 В при 20000 см3/мин | 10,0 | 100,0 | ±50,0 | ±0,50 | 8,0 | -20...70 |
| AWM720P1 | +200000 | воздух | 5,0 В при 200000 см3/мин | 10,0 | 60,0 | ±25,0 | ±0,50 | 6,0 | -25...85 |
При эксплуатации датчиков очень важно учитывать химическую совместимость материалов, из которых изготовлены датчики, с газами, расход которых измеряется. Датчики расхода газа Honeywell имеют ограниченное количество контактирующих с внешней средой материалов (кремний, нитрид кремния, золото, оксид алюминия, эпоксидный уплотнитель, фтороуглерод, полиэфир, полиэфирамид и нержавеющая сталь). Использование в конструкции датчика этих, химически относительно неактивных, компонентов позволяет приборам уверенно работать с множеством различных газовых сред при относительной влажности до 95%. Таблица совместимости с различными газами имеется на сайте Honeywell.
Датчики тока и датчики положения, использующие эффект Холла
Специалисты утверждают, что нет достаточно четкого различия между датчиками тока на эффекте Холла и датчиками положения, основанными на том же принципе, т.к. и те и другие реагируют на напряженность магнитного поля, независимо от причины его возникновения. Некоторые датчики положения можно использовать в качестве простейших датчиков тока, о чем говориться в инструкциях по их применению.
Тем не менее, в данной обзорной статье мы решили придерживаться традиционного разделения датчиков Холла на датчики тока и датчики положения, как это принято в самой компании Honeywell. И именно в соответствии с такой классификацией они разбиты на товарные группы на сайте компании Honeywell.
Датчики тока на эффекте Холла
компании Honeywell
Датчики тока на основе эффекта Холла компании Honeywell (рис. 4) позволяют решить множество задач в области силовой электроники, возникающих при создании систем обратной связи в электроприводном оборудовании управления и защиты, а также при измерении и контроле постоянного, переменного и импульсного токов в широком диапазоне с высокой точностью.
Рис. 4. Датчик тока на эффекте Холла CSLA1EL
К главным достоинствам этих датчиков следует отнести отсутствие потерь мощности, вносимых в систему (и как следствие - отсутствие выделения теплоты); хорошую электрическую изоляцию; широкий диапазон частот и возможность измерения постоянных токов. Недостатком этого метода по сравнению с другими (резистивным методом и методом использования токового трансформатора) является необходимость внешнего источника питания.
Компания Honeywell выпускает широкую линейку датчиков тока на эффекте Холла. Это датчики тока открытого типа, компенсационного типа и открытого типа с логическим выходом.
Датчики тока открытого типа предназначены для бесконтактного измерения постоянного, переменного и импульсного токов в диапазонах ±57...±950 А.
Датчики тока открытого типа компании Honeywell построены на базе интегрированных линейных датчиков Холла 91SS12-2 и SS94A1 (производятся Honeywell), обладающих повышенной температурной стабильностью и линейностью характеристики. Датчики имеют аналоговый выход, напряжение на котором прямо пропорционально величине тока, протекающего через контролируемый проводник. При нулевом токе на выходе действует напряжение смещения, равное половине напряжения источника питания. Размах выходного напряжения, а следовательно и чувствительность, линейно зависят от напряжения источника питания (0,25Uпит<Uвых<0,75Uпит). В таблице4 приведены основные технические характеристики датчиков тока открытого типа.
Таблица 4. Основные технические характеристики некоторых датчиков тока открытого типа компании Honeywell| Наименование | Диапазон (амплитудное значение), А | Чувствительность, мВхN1) | Напряжение смещения, В | Температурный дрейф смещения, %/С | Время отклика, мкс | Iпит, мА | Uпит, В | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Номинальное значение | Отключение | |||||||
| Линейные датчики тока на базе сенсора 91SS12-2, выходной каскад – PNP открытый коллектор, вертикальный монтаж | ||||||||
| CSLA1CD | ±57 | 49,6 | 5,8 | Uпит/2 | ±0,05 | 3 | 19 | 8...16 |
| CSLA1CE | ±-75 | 39,4 | 4,4 | |||||
| CSLA1DE | ±75 | 39,1 | 4,8 | |||||
| CSLA1CH | ±150 | 19,6 | 1,8 | |||||
| CSLA1DJ | ±225 | 13,2 | 1,2 | |||||
| CSLA1EJ | ±225 | 13,2 | 1,5 | |||||
| CSLA1DK | ±325 | 9,1 | 1,7 | |||||
| CSLA1EL | ±625 | 5,6 | 1,3 | |||||
| Линейные датчики тока на базе сенсора SS94A, выходной каскад – двухтактный PNP+NPN, вертикальный монтаж | ||||||||
| CSLA2EL | ±550 | 4,3 | 0,4 | Uпит/2 | ±0,125 | 3 | 20 | 6...12 |
| CSLA2EM | ±765 | 3,1 | 0,36 | ±0,007 | ||||
| CSLA2EN | ±950 | 2,3 | 0,2 | |||||
| Линейные датчики тока на базе сенсора 91SS12-2, выходной каскад – PNP открытый коллектор, горизонтальный монтаж | ||||||||
| CSLA1GE | ±75 | 39,4 | 4,4 | Uпит/2 | ±0,007 | 3 | 19 | 8...16 |
| CSLA1GF | ±100 | 29,7 | 2,7 | |||||
| 1) N – количество витков катушки отрицательной обратной связи. N – количество витков катушки отрицательной обратной связи. | ||||||||
Датчики тока компенсационного типа позволяют бесконтактным способом измерять постоянный, переменный и импульсный токи в диапазонах ±5... ±1200 А.
Ток, протекающий через контролируемый проводник, создает пропорциональное величине тока магнитное поле, которое концентрируется внутри кольцевого магнитопровода и воздействует на линейный интегрированный датчик Холла. Сигнал датчика поступает на усилитель постоянного тока, нагрузкой которого является катушка отрицательной обратной связи. Катушка создает в магнитопроводе противоположное по направлению магнитное поле, полностью компенсирующее исходное. Выходом датчика служит второй вывод катушки. Таким образом, выходной сигнал (ток) пропорционален величине тока в контролируемом проводнике и числу витков катушки обратной связи.
В таблице 5 приведены основные технические характеристики датчиков тока компенсационного типа.
Таблица 5. Основные технические характеристики некоторых датчиков тока компенсационного типа компании Honeywell| Наименование | Диапазон (амплитудное значение), А | Uпит,В | Характеристика катушки | Номинальное значение Iвых, при Iизм | Сопротивление нагрузки при Iном, Ом | Время задержки, мкс | Напряжение изоляции, кВ | Точность, % от Iном | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | R, Ом | ||||||||
| CSNA111 | ±70 | ±15 | 1000 | 90 | 50 мА при 50 А | 40...130 | <1,0 | 2,5 | ±0,5 |
| CSNB121 | ±100 | ±15 | 2000 | 160 | 25 мА при 50 А | 40...270 | <1,0 | 2,5 | ±0,5 |
| CSNE151 | ±5...±36 | ±15 | 1000 | 110 | 25 мА при 25 А | 100...320 | <1,0 | 5 | ±0,5 |
| CSNE151-100 | ±90 | ±12...±15 | 1000 | 66 | 25 мА при 25 А | 54...360 | <0,2 | – | ±0,5 |
| CSNE381 | ±5...±36 | ±5 | 1000 | 110 | 25 мА при 25 А | 0...84 | <1,0 | 5 | ±0,5 |
| CSNF151 | ±180 | ±12...±15 | 2000 | 100 | 50 мА при 100 А | 10...75 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNF161 | ±150 | ±12...±15 | 1000 | 30 | 100 мА при 100 А | 10...40 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNG251 | ±180 | ±15 | 2000 | 100 | 50 мА при 100 А | 0...125 | <0,5 | – | ±0,5 |
| CSNJ481-001 | ±600 | ±12...±18 | 2000 | 25 | 150 мА при 300 А | 0...70 | <1,0 | 7,5 | ±0,5 |
| CSNP661 | ±90 | ±12...±15 | 1000 | 30 | 50 мА при 50 А | 70...195 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNR151 | ±200 | ±12...±15 | 2000 | 100 | 62,5 мА при 125 А | 10...40 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNR161 | ±200 | ±12...±15 | 1000 | 30 | 125 мА при 125 А | 30...40 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNR161-002 | ±200 | ±12...±15 | 1000 | 30 | 125 мА при 125 А | 30...40 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNT651 | ±150 | ±12...±15 | 1000 | 100 | 25 мА при 50 А | 40...75 | <0,5 | 3 | ±0,5 |
| CSNX25 | ±56 | 4,75...5,25 | 2000 | 50 | 12,5мА при 25А | 0...80 | <0,2 | – | ±0,24 |
Датчики тока с логическим выходом позволяют обнаружить превышение тока выше определенного значения в контролируемом проводнике и сформировать логический сигнал тревоги. Значение порога срабатывания определяется моделью датчика и может иметь следующие значения: 0,5; 3,5; 5,0; 7,0; 10,0 и 54,00 A. Порог срабатывания может быть установлен меньше номинального значения путем увеличения числа витков проводника вокруг кольца датчика.
Датчики положения на эффекте Холла
Классический эффект Холла лежит также в основе одной из распространенных технологий бесконтактной регистрации положения, перемещения, скорости вращения и присутствия ферромагнитных объектов. Эта технология опирается на свойство полупроводниковой структуры генерировать разность потенциалов при воздействии внешнего магнитного поля. Датчики положения, использующие эффект Холла (рис. 5), делятся на две группы: датчики с линейным выходом и датчики с логическим выходом.
Рис. 5. Датчик положения SS41 на эффекте Холла (увеличено)
Датчики с линейным выходом обычно применяются для определения небольших перемещений, построения более сложных датчиков и работы в составе датчиков тока с гальванической развязкой. Линейные датчики магнитного поля (на эффекте Холла) состоят из полупроводникового элемента Холла, стабилизатора питания, дифференциального усилителя и выходного каскада.
Датчики с логическим выходом делятся на:
- Униполярные- включаются и выключаются полем одной полярности;
- Омниполярные- включаются и выключаются полем одной полярности, но она может быть как положительной, так и отрицательной;
- Биполярные- типичные значения напряженностей их включения и выключения одинаковы по величине и имеют разные знаки. На практике производитель нормирует только максимальные значения верхней и нижней границ срабатывания датчиков. Всочетании с достаточно узким дифференциалом (т.е. разностью между напряженностью полей включения и выключения) это приводит к тому, что благодаря технологическому разбросу параметров в серии биполярных датчиков часть из них (если иное не оговорено в технической документации) получаются униполярными;
- Типа «биполярная защелка» (bipolar latch)- включаются полем одной полярности, а выключаются полем другой. Благодаря технологическому разбросу параметров, реальная петля гистерезиса этих датчиков не всегда оказывается симметричной относительно оси ординат, на которой отложены уровни выходного сигнала (по оси абсцисс обычно откладывают магнитную индукцию), но, в отличие от случая биполярных датчиков, разброс параметров достаточно мал, и ось ординат всегда пересекает петлю гистерезиса.
| Наименование | Iвкл. ном, А (при 25°С) | Iвыкл. ном, А (при 25°С) | Uпит, В | Iвых. макс, мА | Uвых(0/1),В | Время задержки, мкс |
|---|---|---|---|---|---|---|
| CSDA1AA | 0,5 | 0,6 | 6...16 | 20 | 0,4 | 100 |
| CSDA1AC | 3,5 | 0,6 | 6...16 | 20 | 0,4 | 100 |
| CSDD1EG | 10 | 7,6 | 4,5...24 | 40 | 0,4 | 60 |
Компания Honeywell производит около 10 семейств датчиков магнитного поля с логическим выходом. В таблице 7 приведены технические характеристики некоторых популярных на рынке датчиков магнитного поля с логическим выходом.
Таблица 7. Основные технические характеристики некоторых датчиков положения с логическим выходом компании Honeywell| Наименование | B вкл., (Гаусс максимум) | B выкл., (Гаусс минимум) | Время задержки, мкс | Iвых макс, мА | Uвых макс, В | Uпит, В | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 103SR13-A1 | 400 | 250 | – | 20 | 0,4 | 4,5...24 | |||||||||||||||
| 517SS16 | 140 | -140 | 1,5 | 20 | 0,4 | 6...16 | |||||||||||||||
| 55SS16 | 400 | 57 | 0,5 | 10 | 0,4 | 4,5...9 | |||||||||||||||
| SS41 | 40 | -40 | 1,5/1 | 20 | 0,4 | 4,5...24 | |||||||||||||||
| SS411A | 20 | -20 | 0,15 | 20 | 0,4 | 3,8...30 | |||||||||||||||
| SS441A | 85 | 55 | 0,15 | 20 | 0,4 | 3,8...30 | |||||||||||||||
| SS443A | 145 | 115 | 0,15 | 20 | 0,4 | Наверх
| |||||||||||||||
