Manual da placa de amplificação e filtragem de sinais dos
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Manual da placa de amplificação e filtragem de sinais dos transdutores de pressão HCX, MPXV7007DP e MPXV7025G 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 Blocos funcionais do circuito: Blocos funcionais na PCB: Análise do circuito: o Circuito +-10,7V: +10,7V: Retrabalho na placa 100k -10,7V: o Circuito 5V: 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: 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 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. 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. 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. 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. Exemplo de tabelas adotadas para a validação do circuito: Temp Hor o a início 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 1:00 1:10 1:20 1:30 1:40 1:50 2:00 média desvio T (C) UR (%) S_IN (V) F_IN (V) F_OUT (V) Pressão (cmH2O) Sinal gravado (60s) sinal_000 sinal_001 sinal_002 sinal_003 sinal_004 sinal_005 sinal_006 sinal_007 sinal_008 sinal_009 sinal_010 sinal_011 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 Lista de componentes: C1,C2,C4,C8,C22 C3,C7 C5,C9,C16,C19 C6,C10,C20 C11,C12,C13,C14,C17,C18,C28,C29,C30,C31,C32,C33,C34,C35 C15,C23 C21 C24 C25 C26 C27 R1 R2 R3 R4,R10 R5,R8,R9 R6,R7 R11,R13 R12 R14 R15,R18 R16 R17 R19 U1 U2 U3 U4 U5 4.7uF 10nF 1nF 100nF 1uF 100pF 330pF 1.2uF 1.5uF 2.2uF 6.8uF 1M 47K 130K 6.2K 10K 500K 1K 2.7K 2.2K 820 1.5K 390 100K LP2951 UCC384 REF5050 OPA2141 OPA4141 CAP CER 4.7UF 25V 10% X5R 0805 CAP CER 0.01UF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 1000PF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 0.1UF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 1UF 25V 10% X5R 0805 CAP CER 100PF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 330PF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 1.2UF 25V 10% X7R 1206 CAP CER 1.5UF 25V 10% X7R 1210 CAP CER 2.2UF 25V 10% X7R 0805 CAP CER 6.8UF 25V 10% X7R 1206 RES 1M OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 47K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 130K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 6.2K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 10K OHM 1/8W 1% 0805 SMD TRIMMER 500K OHM 0.5W PC PIN RES 1K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 2.7K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 2.2K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 820 OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 1.5K OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 390 OHM 1/8W 1% 0805 SMD RES 100K OHM 1/8W 1% 0805 SMD Micropower Voltage Regulators SOIC8 Negative Linear Regulator SOIC8 Precision Voltage Reference SOIC8 JFET Amplifier SOIC8 JFET Amplifier SOIC14
