3. Датчики тиску.

Датчики тиску сімейства Senseon фірми Motorola вибирають виробники медичного устаткування по всьому світу. Вони довговічні, точні і надійні.

Датчик тиску фірми Motorola розроблений з використанням монолітного кремнієвого пьезорезистора, який генерує напругу, що змінюється залежно від величини тиску, на виході. Резистивний елемент, який є датчиком напруг, іонний імплантований в тонку кремнієву діафрагму. Найменший тиск на діафрагму приводить до зміни опору датчика напруг, що в свою чергу змінює напругу на виході пропорційно прикладеному тиску. Датчик напруг є складовою частиною діафрагми, завдяки чому усуваються температурні ефекти, що виникають через різницю в теплових розширеннях датчика і діафрагми. Параметри на виході самого датчика деформацій залежать від температури, так що при використовуванні в діапазоні температур, що перевищують допустимі значення, потрібна компенсація. У вузьких діапазонах температур, наприклад від 0 ⁰С до 85⁰С, в цій якості може бути використана проста схема резистора. У діапазоні температур від –400С до +125⁰С потрібно розширені компенсаційні схеми.

Компенсовані і калібруються (на чипі). Медичний клас.

Серія	Максимальний рівень тиску		Напруга живлення (V dc)	Допустиме відхилення, mV (Max)	Чутливість (µV/V/mmHg)	Повний вихідний опір Ом (Max)	лінійність % від повного діапазону
	psi	кПа					(Min)	(Max)
MPX2300DT1	5.8	40	6.0	0.75	5.0	330	-2.0	2.0

Серії МРХ 7050, 7100, 7200

Датчики цих серій поєднують в собі всі переваги серії МРХ 2000 (температурна компенсація і калібрация на чипі) з високим повним вхідним опором (звично 10 kОм), що робить їх незамінними в переносних пристроях, що працюють на акумуляторах. Ці датчики можуть використовуватися в приладах, що вимагають точного визначення тиску при малому споживанні енергії, таких як переносне медичне устаткування і т.п.

4. Температурні датчики. Термістори.

Однієї з найпоширеніших задач промислової, побутової і медичної автоматики, вирішуваних шляхом температурних вимірювань, є задача виділення заданого значення температури або діапазону температур, в межах якого контрольовані фізичні процеси протікають нормально, з необхідними параметрами. Це, в першу чергу, відноситься до приладів і пристроїв, що працюють при температурах, визначуваних умовами життєдіяльності людини і використовуваних їм при цьому приладів машин і механізмів, тобто –40 +100°С, наприклад, кондиціонування температури житлових, складських і технологічних приміщень, контроль нагріву різних двигунів, трансмісій, гальмівних пристроїв і т.п., системи пожежної сигналізації, контроль температури в медицині, біотехнологіях і сільському господарстві і ін. Як чутливі елементи таких систем останнім часом широко використовуються напівпровідникові термоопори з негативним температурним коефіцієнтом або термістори (NTC-thermistors). Проте, для вирішення задачі в цілому, тобто отримання електричного сигналу, що виникає при підвищенні або пониженні температури контрольованого процесу до заданого значення, термістор повинен бути забезпечений додатковими електронними схемами, які і здійснюють рішення задачі виділення заданого значення температури. У Інституті проблем управління РАН сумісно з фірмою VZ SENSOR Ltd., на основі напівпровідникових структур з L-подібною вольтамперною характеристикою були розроблені інтелектуальні (функціональні) термістори (Z-thermistors), які здатні вирішувати задачу виділення заданого значення температури без використовування додаткових електронних схем .

Z-термістори представляють собою напівпровідникову p-n структуру, що включається в прямому напрямі (+ до p-області структури) в ланцюг джерела постійної напруги. Структура володіє функцією переходу з одного стійкого стану (з малим струмом) в інший стійкий стан (у 50 - 100 разів великим струмом) при її нагріві до заданого значення температури. Установка необхідного значення температури спрацьовування здійснюється простою зміною напруги живлення. Тривалість переходу структури (Z-термістора) з одного стійкого стану в інший 1 - 2 мкс. Схема включення Z-термістора складається з джерела живлення U і резистора навантаження R, який одночасно служить обмежувачем струму Z-термістора при його переході в стан з великим струмом (мал.). Вихідний сигнал (кидок напруги) може бути знятий як з резистора навантаження R, так і з самого Z-термістора, але із зворотним знаком. Як вже було сказано, Z-термістор може бути налаштований на будь-яке значення температури в діапазоні –40 -+100°С шляхом зміни живлячої напруги U. При цьому можуть бути виготовлені різні типи Z-термісторів, що спрацьовують при одній і тій же температурі від різних напруг живлення. Для того, щоб розділити Z-термістори по типах, було введене поняття базової температури. Базової було прийняте як значення кімнатної температури (room temperature) +20°С. Принципово Z-термістори можуть бути виготовлені на будь-які напруги спрацьовування в межах від 1 до 100 В при базовій температурі, але для зручності користувачів ми обмежилися рядом типових значень напруги, найчастіше використовуваних в електронній техніці, а саме: 1,5 В; 3 В; 4,5 В; 9 В; 12 В; 18 В; 24 В (див. таблицю).

Таблиця - Технічні характеристики Z-термісторів при температурі +20°C і опорі резистора R = 0.25 + 5 кОм.

Тип Z-термістора		TZ-1	TZ-3	TZ-4	TZ-12	TZ-18	TZ-24
Порогова напруга	Uth(B)	<1,5	3+-0,5	4,5+-1	12+-2	18+-3	24+-3
Пороговий струм	Ith(mA)	<0,05	<0,1	<0,15	<0,2	<0,25	<0,35
Вторинна напруга	Uf(B)	<0,7	<1,5	<2	<5	<8	<10
Вторинний струм	If(mA)	>1,5	>1,7	>3	>2,5	>3	>3,5
Вихідний сигнал	UR(B)	>0,5 Uth	"	"	"	"	"
Розсіювана потужність	P(mBт)	<100	"	"	"	"	"
Тривалість переходу Uth-Uf	t(мкс)	<5	"	"	"	"	"
Роздільна здатність	Т(°C)	<0,1	"	"	<<0,1	"	"
Чутливість ділянки 1	S1(мВ/°C)	>10	"	"	>30	"	"
Чутливість ділянки 2	S2(мВ/°C)	>20	"	"	>60	"	"
Чутливість ділянки 3	S3(мВ/°C)	>200	"	"	>400	"	"
Швидкодія	Т(сік)	<1	"	"	<<1	"	"

Діапазон робочих температур: -20 + 100 °З

Діапазон порогових напруг: 60 - 0,5 B

Розміри Z-термисторов: 1 x 1 x 0,3; 2 x 2 x 0,3; 3 x 1,5 x 0,3 mm

Маркіровка Z-термисторов: TZ-(1; 3; 4; 12; 18; 24)

Тут: T - функціональний тип сенсора (Thermistor);

Z - фізичний принцип дії (Z-ефект);

(1; 3; 4; 12; 18; 24) - порогова напруга при 20°C

Z-термисторы можуть бути використані не тільки як високоточні, надійні і прості в експлуатації сигналізатори заданого значення температури, але також, як температурні сенсори для безперервного вимірювання температури, приблизно в тому ж діапазоні (-40 - +100°С). Для цього можуть бути використані ділянки 1,2,3 ВАХ. При цьому, знаючи нижню і верхню межі вимірювань температури, (наприклад, для медичного термометра +34° - +43°С), напруга живлення вибирається таким, щоб значення струмів термістора, відповідні цим межам вимірювань, знаходилися на вибраній ділянці ВАХ. Точнісні можливості Z-термісторів при їх використовуванні як в пороговому режимі, так і в режимі безперервних вимірювань практично повністю визначаються стабільністю живлячої напруги і лежать в межах 0,1 - 0,01°С. Великий інтерес з практичної точки зору є можливістю використовування Z-термісторів в частотно-імпульсному режимі роботи. Для цього паралельно Z-термістору підключають ємність С>> 0,05 - 0,15 мкФ (мал.), що викликає генерацію пилкоподібних імпульсів великої амплітуди (порядка 0,5 від живлячої напруги), частота проходження яких пропорційна температурі.

Вольтамперна характеристика (ВАХ) Z-термістора

Багаторічні дослідження не виявили яких-небудь проявів деградації або дрейфу робочих характеристик Z-термістороів. Більш ніж двократний по відношенню до робочого діапазону перегрів Z-термісторів не приводить до їх руйнування або до зміни характеристик, що говорить про їх вельми високу надійність. Z-термістори не мають аналогів в світовій практиці і технологією їх виробництва не володіє жоден із західних виробників електронних компонентів.