MPXM2202
LEONARDO HOLSBACH BELTRAME
SENSOR DE PRESSÃO MPXM2202
Trabalho apresentado por
Leonardo Holsbach Beltrame, à Disciplina
“Instrumentação Eletrônica ”, do
Curso de Engenharia Elétrica,
Setor de Tecnologia - UFPR
Professor: Eduardo parente Ribeiro
Introdução:
O MPXM2202 é um sensor analógico de pressão fabricado pela Freescale Semiconductor Inc. sob pedido da Motorola. A sede da Freescale localiza-se em Austin, no Texas, mas existe um escritório no Brasi, que localiza-se em Campinas-SP. Apesar de ter sido originalmente desenvolvido para a motorola, hoje qualquer organização pode usar este sensor em qualquer produto. É possível, inclusive a qualquer pessoa física, requerer amostras gratuitas deste sensor no site do fabricante. Isto incentiva o desenvolvimento de produtos com o sensor, o que geraria demanda e consequentemente lucro para a Freescale.
O elemento sensorial é um material piezoelétrico de silício. Conforme aumenta a pressão no ambiente em torno do sensor, aumenta a tensão produzida pelo elemento, e consequentemente a tensão de saída, que é basicamente uma aplificação da tensão primária. Obviamente, a temperatura também influencia o comportamento do elemento piezoelétrico, mas existe um circuito de compensação que elimina automaticamente este efeito e o torna imperceptível na saída, ao menos enquanto a temperatura estiver entre 0ºC e 85ºC. O sensor tem a aparência comum de um circuito integrado de quatro pinos:
Um para o terra, outro para a tensão de alimentação e outros dois para a tensão de saída.
Especificações:
O MPXM2202 é considerado um sensor de baixa pressão, pois sua pressão máxima é de 200KPa, o que equivale a apenas 29psi. A saída é uma diferença de tensão entre os pinos 2 e 4 que varia linear e proporcionalmente com a entrada. O fundo de escala é 40 mV. O equipamento funciona em corrente contínua, e pode ser armazenado e operado em temperaturas entre -40ºC e 125ºC. Entretanto, quando operado em temperaturas fora do limite de compensação, perde significativa confiabilidade. Abaixo segue uma tabela com todas as mais diversas especificações:
|
Grandeza |
Símbolo |
Mínimo |
Ideal |
Máximo |
Unidade |
|
Faixa de entrada |
Pop |
0 |
|
200 |
KPa |
|
Tensão de Alimentação |
Vs |
|
10 |
16 |
mV |
|
Corrente de Alimentação |
Io |
|
6 |
|
mA |
|
Fundo de Escala(1) |
Vfss |
38,5 |
40 |
41,5 |
mV |
|
Tensão mínima(2) |
Voff |
2 |
|
2 |
mV |
|
Sensibilidade |
ΔV/ΔP |
|
0,2 |
|
mV/KPa |
|
Linearidade(3) |
|
-1 |
|
1 |
%Vfss |
|
Histerese de Pressão(4) |
|
|
0,1 |
|
%Vfss |
|
Histerese de Temperatura(5) |
|
|
0,5 |
|
%Vfss |
|
Influência da Temperatura no Fundo de Escala |
TCVfss |
-2 |
|
2 |
%Vfss |
|
Influência da Temperatura na Tensão mínima |
TCVoff |
-1 |
|
1 |
mV |
|
Impedância de Entrada |
Zin |
1000 |
|
2500 |
Ω |
|
Impedância de saída |
Zout |
1400 |
|
3000 |
Ω |
|
Tempo de Resposta (90%) |
tR |
|
1 |
|
ms |
|
Tempo de Preparo (6) |
|
|
20 |
|
ms |
|
Estabilidade(7) |
|
|
0,5 |
|
%Vfs |
Tabela 1: Especificações do produto. Fonte: Datasheet
(1): Diferença algébrica entre as tensões de saída às pressões máxima e mínima.
(2): Tensão de saída à pressão mínima
(3): Diferença máxima entre a tensão de saída real e aquela projetada por uma linha reta ligando as extremidades da faixa de pressão coberta pelo sensor.
(4): Diferença máxima na saída para uma temperatura estável em 25ºC e um mesmo valor de pressão quando este é atingido a partir de valores inferiores ou superiores.
(5): Diferença máxima na saída para um mesmo valor de pressão, com a temperatura oscilando até os limites de operação.
(6): Tempo necessário para que o equipamento esteja pronto para uso
(7): Variação no valor de tensão da pressão mínima após o produto ter sido submetido a 1000 horas de temperatura e pressão oscilantes.
Linearidade:
Gráfico 1: Apresentação do procedimento de avaliação de linearidade. Método da reta que liga os extremos.
Linearidade é uma medida do quão bem um sensor representa uma variação linear. Os testes executados no MPXM2202 foram todos feitos levando-se em conta o pior caso e utilizando o método da reta dos extremos. O erro máximo observado em relação ao fundo de escala foi de 1%. Isto equivale a um erro de 20 KPa na medição.
Aplicações:
A principal limitação deste sensor é a pressão máxima de apenas 29 psi, mas mesmo assim ele pode ser utilizado numa ampla variedade de funções, como por exemplo num sistema de calibração automática de veículos (desde que a pressão dos pneus não esteja perto da pressão máxima do sensor). Estes sistemas, além de reduzirem os riscos de acidentes, aumentam a vida útil dos pneus.
As mais óbvias aplicações de um sensor de pressão são barômetros (aplicação direta) e altímetros (aplicação indireta). Também pode ser útil em sistemas de controle do nível d'água, no controle do funcionamento de bombas ou em sistemas de ventilação. Dois (ou mais) destes sensores podem ser usados para criar um indicador digital de nível. Uma pressão maior em um dos dois sensores indica que aquele lado está em um nível mais baixo que o outro.
Conclusão
A limitação da pressão máxima é uma necessidade para que haja razoável sensibilidade. E mesmo assim ela permite que a maioria das aplicações de um sensor de pressão sejam executadas. A sensibilidade também é bastante razoável para a maioria das aplicações, como por exemplo o indicador de nível, que pode utilizar uma comparação entre valores apresentados por sensores idênticos. Como esta comparação pode ocorrer após a amplificação dos sinais, mesmo uma diferença muito pequena de pressão poderá ser percebida pelo transdutor. Um barômetro pode ser construído facilmente conectando a saída do sensor a um multiplicador seguido de conversor A/D a posteriormente a um display. O mesmo raciocínio vale para um altímetro já que a pressão atmosférica varia proporcionalmente à altura. Bastaria mudar o valor do multiplicador e fazer os ajustes necessários no conversor.
Referências
Datasheet:
http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MPXM2202.pdf?fsrch=1&WT_TYPE=Data%20Sheets&WT_VENDOR=FREESCALE&WT_FILE_FORMAT?=pdf&WT_ASSET=Documentation
Site do fabricante:
http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/49
Teoria sobre linearidade:
http://www.eletrica.ufpr.br/edu/te149_/linearidade.pdf
Apresentação: