سنسور MPXV5004DP؛ حسگر فشار دقیق برای اندازه‌گیری اختلاف فشار

سنسور MPXV5004DP یکی از محصولات خانواده سنسورهای فشار کمپانی NXP (Freescale سابق) است که به‌طور خاص برای اندازه‌گیری فشارهای پایین طراحی شده است. این سنسور از نوع دیفرانسیلی (Differential Pressure Sensor) بوده و قابلیت تشخیص اختلاف فشار میان دو نقطه را دارد. همین ویژگی آن را به انتخابی مناسب برای سیستم‌های دقیق کنترل فشار، اندازه‌گیری جریان هوا و کاربردهای پزشکی تبدیل کرده است.

معرفی سنسور MPXV5004DP

این سنسور قادر است اختلاف فشار بین ۰ تا ۳.۹۲ کیلوپاسکال (معادل حدود ۰ تا ۴۰ سانتی‌متر آب) را اندازه‌گیری کند. MPXV5004DP از فناوری پیزورزیستیو (Piezoresistive) بهره می‌برد؛ بدین معنا که تغییر فشار باعث تغییر در مقاومت المان‌های نیمه‌هادی شده و در نهایت این تغییر به سیگنال ولتاژ خروجی تبدیل می‌شود.

این خروجی ولتاژ آنالوگ خطی و متناسب با فشار است که باعث سهولت در خواندن داده توسط میکروکنترلرها یا مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) می‌شود.

ویژگی‌های اصلی MPXV5004DP

• نوع سنسور: فشار دیفرانسیلی (دو پورت ورودی فشار)

• محدوده فشار کاری: ۰ تا ۳.۹۲ kPa

• خروجی: ولتاژ آنالوگ خطی (0.2 تا 4.7 ولت متناسب با فشار)

• ولتاژ تغذیه: ۵ ولت DC

• حساسیت: حدود ۱.۰ V/kPa

• دمای کاری: از -۴۰ تا +۱۲۵ درجه سانتی‌گراد

• پایداری طولانی‌مدت: بالا، به دلیل استفاده از فناوری سیلیکونی مقاوم

مشخصات عملیاتی سنسور MPXV5004DP

1. ولتاژ تغذیه: ۴.۷۵ تا ۵.۲۵ ولت (بهینه ۵ ولت)

2. خروجی در فشار صفر: حدود ۰.۲ ولت

3. خروجی در فشار ماکزیمم (۳.۹۲ kPa): حدود ۴.۷ ولت

4. غیرخطی بودن: کمتر از ±۰.۲۵٪ FS (محدوده کامل)

5. هیسترزیس فشار: کمتر از ۰.۱٪ FS

6. نویز خروجی: بسیار پایین، مناسب برای کاربردهای حساس

7. پایداری در دما: جبران‌سازی شده برای خطای ناشی از تغییر دما

ساختار و عملکرد

این سنسور شامل یک دیافراگم سیلیکونی با مقاومت‌های پیزورزیستیو تعبیه‌شده است. وقتی اختلاف فشار به دو پورت سنسور وارد می‌شود، دیافراگم تغییر شکل می‌دهد و مقاومت‌ها مقدارشان تغییر می‌کند. این تغییر توسط یک پل ویتستون (Wheatstone Bridge) داخلی تبدیل به ولتاژ آنالوگ می‌شود.

دو پورت ورودی سنسور امکان اتصال به محیط‌های مختلف را فراهم می‌کنند:

• پورت اول (P1): فشار مرجع یا محیطی

• پورت دوم (P2): فشار اعمالی مورد اندازه‌گیری

کاربردهای سنسور MPXV5004DP در مدارهای الکترونیک

1. پزشکی و تجهیزات سلامت:

   • دستگاه‌های اسپیرومتر (اندازه‌گیری تنفس بیماران)

   • دستگاه‌های کمک‌تنفسی (ونتیلاتور)

   • فشارسنج‌های غیرتهاجمی

2. صنعتی:

   • کنترل فشار در خطوط هوای فشرده

   • مانیتورینگ جریان هوا در سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC)

   • اندازه‌گیری اختلاف فشار در فیلترها

3. الکترونیک و رباتیک:

   • تشخیص جریان هوا در ربات‌ها

   • سنجش فشار برای سیستم‌های کنترلی هوشمند

4. خودروسازی:

   • اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های اگزوز و کنترل آلایندگی

   • کنترل جریان هوا در موتور

مقایسه MPXV5004DP با سنسورهای مشابه

• MPXV5004GP: هر دو محدوده فشار یکسان دارند، اما نسخه GP دارای یک پورت ورودی است و برای اندازه‌گیری فشار گیج (Gauge Pressure) استفاده می‌شود.

• MPXV7002DP: محدوده فشار پایین‌تر (±2 kPa) دارد و برای اندازه‌گیری فشارهای بسیار جزئی مناسب‌تر است.

• MPXV2010DP: توانایی اندازه‌گیری فشار بالاتر (تا ۱۰ kPa) دارد، اما برای کاربردهای فشار پایین مثل MPXV5004DP دقت کمتری خواهد داشت.

مزایای استفاده از MPXV5004DP

• دقت بالا در فشارهای پایین

• پایداری بلندمدت

• خروجی ولتاژ خطی و ساده برای پردازش

• سازگاری با میکروکنترلرهای رایج مانند Arduino و STM32

• مصرف توان پایین

• قابل استفاده در محیط‌های صنعتی و پزشکی

نکات مهم در استفاده و خرید

1. توجه به محدوده فشار: برای کاربردهایی مثل جریان هوای بسیار کم، MPXV5004DP گزینه مناسبی است، اما اگر فشار بیشتر مدنظر است باید مدل‌های دیگری انتخاب شود.

2. محافظت از سنسور: ورود ذرات گرد و غبار یا رطوبت زیاد می‌تواند به دیافراگم داخلی آسیب بزند. استفاده از فیلتر توصیه می‌شود.

3. کالیبراسیون: برای دقت بالاتر، بهتر است سنسور در سیستم مورد استفاده یک بار کالیبره شود.

4. نصب صحیح: از قرار دادن فشار معکوس یا بیش از حد مجاز اجتناب شود، زیرا ممکن است باعث تخریب دیافراگم گردد.

جمع‌بندی

سنسور فشار MPXV5004DP یکی از بهترین گزینه‌ها برای اندازه‌گیری اختلاف فشار در محدوده‌های پایین است. این سنسور با دقت بالا، خروجی ولتاژ خطی و پایداری طولانی‌مدت، کاربرد گسترده‌ای در پزشکی، صنعتی، خودروسازی و سیستم‌های تهویه دارد.

اگر پروژه‌ای دارید که نیاز به اندازه‌گیری فشار دقیق در سطح پایین دارد، این سنسور یکی از مطمئن‌ترین انتخاب‌ها خواهد بود.