Manual da placa de amplificação e filtragem de sinais dos transdutores de pressão HCX, MPXV7007DP e MPXV7025G

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Luiz Henrique Soares Affonso
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1 Manual da placa de amplificação e filtragem de sinais dos transdutores de pressão HCX, MPXV7007DP e MPXV7025G

2 Introdução Manual de documentação do circuito responsável pela amplificação e filtragem do sinal dos sensores de pressão HCX series, MPVX7007DP e MPX7025G. Tipos de sensores de pressão O circuito foi desenvolvido para ser utilizado com os seguintes sensores de pressão: o HCX series o MPXV7007DP o MPX7025G Funções desempenhadas pelo circuito o Alimentação 5V para o sensor. o Aplicação de offset e de ganho ao sinal do sensor. o Filtragem do sinal através de filtro Sallen Key, Bessel 4ª ordem. Imagens da PCB: Trilha a ser retrabalhada

3 Blocos funcionais do circuito: Blocos funcionais na PCB: Análise do circuito: o Circuito +-10,7V: +10,7V: Retrabalho na placa 100k

4 -10,7V: o Circuito 5V:

5 o Ganho, Offset e filtro de ruído: +5V - O ganho e offset do circuito são ajustados pelos resistores R6 e R7, como explicado abaixo. o Filtragem (4 estágios 8ª ordem Bessel, 50Hz): Primeiro estágio:

6 Segundo estágio: Terceiro estágio: Quarto estágio e saída: Ajuste de ganho e offset:

- Para o ajuste de ganho e offset através dos potenciômetros R6 e R7, os 4 jumpers da placa devem estar em aberto, como exibido na figura abaixo: Jumpers Abertos - Para o sensor desejado, abrir a

Pressão máxima e mínima Tensão máxima e mínima de entrada -Anotar os valores máximo e mínimo de tensão de entrada gerada pela tabela.

7 - Para o ajuste de ganho e offset através dos potenciômetros R6 e R7, os 4 jumpers da placa devem estar em aberto, como exibido na figura abaixo: Jumpers Abertos - Para o sensor desejado, abrir a planilha Excel Circuito subtrator XXX.xls, sendo XXX o modelo do sensor desejado. - Na planilha Plan 1, digitar as pressões máxima e mínima de interesse. Pressão máxima e mínima Tensão máxima e mínima de entrada -Anotar os valores máximo e mínimo de tensão de entrada gerada pela tabela. - Na planilha calculo, inserir os valores máximo e mínimo de tensão de entrada em x e colocar os valores de tensão de saída desejados em Y (Ex. +-10V ou +-9,9V). - Nessa planilha são gerados os valores de Rf e Rg que devem ser ajustados nos potenciômetros, sendo R6 = Rg e R7 = Rf. - Depois de ajustados os valores corretos nos potenciômetros, curtocircuitar os Jumpers com solda.

8 Placa montada: Retrabalho Retrabalho da placa: - No CI U1, deve ser inserido um resistor de 100k em série com a trilha que liga o pino 1 ao 5. Sendo assim, na face inferior do circuito, a trilha que liga esses dois pinos deve ser cortada e deve ser soldado um resistor de 100k. Teste de funcionamento da placa: o Alimente a placa com +12V, -12V e 0V. o Verifique os valores de tensão: +Vreg = +10,7V -Vreg = -10,7V +5V = 5V o Faça a medição da tensão da saída do circuito (Pino 1 de CN3) para alguns valores conhecidos de tensão de entrada (Pino 2 CN2), vendo se o ajuste de ganho e offset estão corretos.

9 Validação do circuito O circuito deve ser validado para a verificação da não ocorrência de drifts de offset na saída. o Validação do circuito montado para medição de pressão: Pressão nula: Durante cinco dias, a cada 10 minutos, em um período de 2 horas, sem pressão aplicação ao sensor (apenas pressão atmosférica e com o circuito energizado), anotamse os seguintes valores: Hora da medição Temperatura Umidade relativa Tensão em S_IN Tensão em F_IN Tensão em F_OUT Pressão calculada através de F_OUT (depende dos ganhos e offsets e do sensor) Calcula-se a média e desvio padrão de todos os valores, exceto da Hora. Pressão conhecida: Durante cinco dias, a cada 10 minutos, em um período de 2 horas, com uma pressão conhecida aplicada no sensor (Ex. 20cmH2O) anotam-se os seguintes valores: Hora da medição Temperatura Umidade relativa Tensão em S_IN Tensão em F_IN Tensão em F_OUT Pressão calculada através de F_OUT (depende dos ganhos e offsets e do sensor) Calcula-se a média e desvio padrão de todos os valores, exceto da Hora. Com os valores obtidos, verifica-se se os valores obtidos estão dentro dos critérios definidos para a utilização do circuito.

10 o Validação do circuito montado para medição de fluxo: Fluxo nulo: Durante cinco dias, a cada 10 minutos, em um período de 2 horas, sem fluxo no pneumotacógrafo (com o circuito energizado), anotam-se os seguintes valores: Hora da medição Temperatura Umidade relativa Tensão em S_IN Tensão em F_IN Tensão em F_OUT Fluxo calculado através de F_OUT (depende dos ganhos e offsets e do sensor) Calcula-se a média e desvio padrão de todos os valores, exceto da Hora. Fluxo conhecido: Durante cinco dias, a cada 10 minutos, em um período de 2 horas, com aplicação de fluxo conhecido no pneumotacógrafo (500mL/s), anotam-se os seguintes valores: Hora da medição Temperatura Umidade relativa Tensão em S_IN Tensão em F_IN Tensão em F_OUT Fluxo calculado através de F_OUT (depende dos ganhos e offsets e do sensor) Calcula-se a média e desvio padrão de todos os valores, exceto da Hora. Caso não exista uma fonte padrão de fluxo de ar, podese utilizar uma seringa com volume conhecido e calibrado para a análise do circuito em fluxo. Para isso deve-se elaborar um software que consiga integrar numericamente o valor de fluxo para a obtenção do volume, e assim, em vez de se fazer uma análise do fluxo, faz-se uma análise do volume medido. Com os valores obtidos, verifica-se se os valores obtidos estão dentro dos critérios definidos para a utilização do circuito.

11 Exemplo de tabelas adotadas para a validação do circuito: Temp o Hor a T (C) UR (%) S_IN (V) F_IN (V) F_OUT (V) Pressão (cmh2o) Sinal gravado (60s) início - 0:10 sinal_000 0:20 sinal_001 0:30 sinal_002 0:40 sinal_003 0:50 sinal_004 1:00 sinal_005 1:10 sinal_006 1:20 sinal_007 1:30 sinal_008 1:40 sinal_009 1:50 sinal_010 2:00 sinal_011 média desvio Tempo Hora T (C) UR (%) S_IN (V) F_IN (V) F_OUT (V) Fluxo (L/s) Sinal gravado (60s) início - 0:10 sinal_000 0:20 sinal_001 0:30 sinal_002 0:40 sinal_003 0:50 sinal_004 1:00 sinal_005 1:10 sinal_006 1:20 sinal_007 1:30 sinal_008 1:40 sinal_009 1:50 sinal_010 2:00 sinal_011 média desvio

12 Lista de componentes: C1,C2,C4,C8,C22 4.7uF CAP CER 4.7UF 25V 10% X5R 0805 C3,C7 10nF CAP CER 0.01UF 25V 10% X7R 0805 C5,C9,C16,C19 1nF CAP CER 1000PF 25V 10% X7R 0805 C6,C10,C20 100nF CAP CER 0.1UF 25V 10% X7R 0805 C11,C12,C13,C14,C17,C18,C28,C29,C30,C31,C32,C33,C34,C35 1uF CAP CER 1UF 25V 10% X5R 0805 C15,C23 100pF CAP CER 100PF 25V 10% X7R 0805 C21 330pF CAP CER 330PF 25V 10% X7R 0805 C24 1.2uF CAP CER 1.2UF 25V 10% X7R 1206 C25 1.5uF CAP CER 1.5UF 25V 10% X7R 1210 C26 2.2uF CAP CER 2.2UF 25V 10% X7R 0805 C27 6.8uF CAP CER 6.8UF 25V 10% X7R 1206 R1 1M RES 1M OHM 1/8W 1% 0805 SMD R2 47K RES 47K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R3 130K RES 130K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R4,R10 6.2K RES 6.2K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R5,R8,R9 10K RES 10K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R6,R7 500K TRIMMER 500K OHM 0.5W PC PIN R11,R13 1K RES 1K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R12 2.7K RES 2.7K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R14 2.2K RES 2.2K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R15,R RES 820 OHM 1/8W 1% 0805 SMD R16 1.5K RES 1.5K OHM 1/8W 1% 0805 SMD R RES 390 OHM 1/8W 1% 0805 SMD R19 100K RES 100K OHM 1/8W 1% 0805 SMD U1 LP2951 Micropower Voltage Regulators SOIC8 U2 UCC384 Negative Linear Regulator SOIC8 U3 REF5050 Precision Voltage Reference SOIC8 U4 OPA2141 JFET Amplifier SOIC8 U5 OPA4141 JFET Amplifier SOIC14

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