第一章 产品简介
1.1 产品概述
JPS-G系列高稳压力敏感元件是一种带隔离、高稳定性硅压阻式压力测量元件。其中压力敏感芯片选用了高稳定性和可靠性的扩散硅芯片,采用外径Ф19mm的316L全不锈钢结构进行封装。被测压力经过隔离膜片和内部介质传递到压力敏感芯片上,实现了压力到电信号的精确转换。敏感元件采用硅油密封,可以适用于各类型恶劣环境下的测量。
传感器核心是一款利用MEMS工艺加工的硅压阻式敏感元件,该压力敏感芯片由一个弹性膜和集成在膜上的四个电阻组成,四个压敏电阻形成了惠斯通电桥结构,当有压力作用在弹性模算上时电桥会产生一个与所加压力成线性比例关系的电压输出信号。
本产品具备良好的线性、重复性和稳定性,灵敏度高,方便用户针对输出和温漂进行调试和补偿。
1.2 应用领域
l 工业过程控制
l 液位测量
l 气体、液体压力/温度测量
l 压力检测仪表
l 压力校准仪器
l 液压系统及开关
l 制冷设备和空调系统
l 航空航海检测
l 医用氧气压力测量
1.3 可选规格
型号 | 描述 |
JPS-GXXXX-B | 真空硅油密封的压力传感器 |
第二章 产品参数
2.1 技术指标
指标 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
标准量程 | 最大量程7KPa到100MPa可选 |
工作温度 | -40 | - | +125 | ℃ |
存储温度 | -40 | - | +125 | ℃ |
桥臂电阻 | 3 | 5 | 6 | KΩ |
零点输出 | -5 | - | +10 | mV |
满量程输出 | 70 | - | - | mV 恒流供电 |
桥阻温度系数 | 1700 | 2100 | 2500 | ppm/℃ |
零点温度系数 | -0.06 | ±0.02 | 0.06 | %FS/℃ 恒流供电 |
满量程温度系数 | -0.06 | ±0.02 | 0.06 | %FS/℃ 恒流供电 |
非线性 | -0.3 | ±0.1 | 0.3 | %FS ≥20KPa时 |
迟滞 | - | ±0.15 | ±0.25 | %FS |
重复性 | - | ±0.05 | ±0.075 | %FS |
备注:本表是在基准状态下测试,其中温漂的测试范围为0-60℃,气压传感器产品请用于无腐蚀气体介质中。
压力换算:100kPa=0.1MPa=1Bar≈14.5PS≈750mmHg
通信参数
指标 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
F(SCL) | 0 | - | 400 | Khz |
TW(SCLL) | 1.3 | - | - | Us |
TW(SCLH) | 0.6 | - | - | Us |
TW(SCLL) | 100 | - | - | Ns |
TW(SCLL) | 0.02 | - | 0.9 | Us |
图2.1 IIC通讯示意图
2.2产品外观
2.3 产品结构尺寸
图2.3 产品结构尺寸图(上为主视图下为俯视图)
2.4引脚定义
图2.4产品接线示意图
IIC输出探头接线
颜色 | 引脚 |
白 | IIC数据线 |
黑 | 电源负 |
棕 | 电源正 |
红 | IIC时钟线 |
第三章 工作流程
3.1 功能描述
JPS-GS通过IIC接口可以直接和MCU连接通讯。温度和压力数据都必须用储存在非易失性存储器(NVM)的系数进行补偿。这些系数是工厂校准时写入,无需客户自行进行标定。
产品包含一个MEMS微差压硅压力传感器芯体和一个数字补偿信号调理芯片。其中调理芯片包含模拟前端放大、24位△∑ADC、控制单元、非易失存储器及I2C接口。JPS-GS通过模拟前端放大和AD转换获得未补偿的压力和温度原始数据。各项校准系数存放在NVM内,用于零点、灵敏度、零点和灵敏度温度系数及线性等参数性能补偿。
针对模拟量输出的产品,内部由一个12BitDAC输出模拟信号后经过调理后输出各类型电压信号。
图3.1内部等效电路
3.2 温度、压力测量
MCU通过I2C接口启动温度和压力测量,采样完成后,芯片会自动进行补偿计算。在等待过程中,MCU通过读取状态位,判断测量是否完成。测量完成后,MCU通过I2C接口读取温度和压力的原始数据。
3.3 测量时序
测量数据的输出速率(ODR)是由外接MCU控制的。测量由传感器收到的I2C命令决定。测量完毕后,传感器进入睡眠模式。测量数据可以通过I2C接口获取。在动态测量中,ODR可以达约每秒100次。对于ODR较高的应用,考虑到传感器自发热和热平衡特性,建议设置恒定的tdelay。这将有利于减少传感器和环境之间的无规律的热交换。建议的测量时序如下图:
图3.3推荐测量时序图
考虑到低功耗,可以每秒测量一次温度多次压力。
对于低ODR或基于主机同步的应用,tdelay只要大于0.5ms即可。通过协调能量消耗、工作速度和精度来获得优化的结果。
3.4输出信号
本产品数据输出包含原始温度数据和压力数据。原始压力数据和温度数据需要转换成可读的压力值和温度值。
原始压力数据按照如下公式转换成可读的压力值:
其中Pmax和Pmin分别代表可读压力值的最大值和最小值,单位Kpa。
Rmax和Rmin分别对应压力值示数的最大值和最小值的百分比,默认为100%和0%。
RawData为通过I2C读取的原始数据。
以0-100Kpa的传感器为例,其Pmax=100Kpa,Pmin=0Kpa。
假设对到的rawData为382127,计算其代表的压力:
=0.911KPa
原始温度数据按照如下公式转换成可读的温度值:
假设读取到的tempData为19356,计算现在的温度:
第四章 IIC接口
I2C从设备接口与飞利浦I2C规格兼容,支持标准和快速模式。SDA和SCL这两个PAD都含有对VDD和对GND的ESD保护二极管电路。由于SCL不进行I2C协议中的时钟延展操作(clockstretching),所以SCL是高阻输入结构,并没有下拉能力。
传感器的7位地址是1111000(0x78)。
4.1 IIC读状态
不管是传感器处在哪种读数据模式(RW=‘1’,地址11110001),第一个输出的字节是状态字节。为读取传感器的状态,I2C主设备要在状态字节后发送NOACK和stop条件,如下图:
图4.1 IIC读状态
状态字节提供传感器的工作状态信息:
状态位 | 含义 | 描述 |
Bit7 | 保留 | - |
Bit6 | 电源指示 | 1:ADC上电 0:ADC未上电 |
Bit5 | 忙碌指示 | 1:忙,传感器正在测量,结果未准备好,不执行新指令 0:空闲,最近的一个指令已经执行完毕,数据已经准备 |
Bit4-Bit0 | 保留 | - |
4.2 IIC写测量指令
压力或温度的测量是在写模式下发送命令来触发的。主设备(MCU)在写模式下发送从器件地址(RW=‘0’,地址11110000),然后发送命令字节最后由停止条件结束处理过程。
图4.2 IIC写测量命令
其中测量命令为0XAC。
4.3 IIC读测量指令
压力或温度测量被4.2描述的I2C命令触发后,芯片开始测量并把测量结果放在输出缓冲区。I2C命令触发且等待大于对应的测量时间后,I2C主设备就可以读取压力和温度的原始数据。主设备也可以通过I2C定期检查从设备是在忙还是在闲的状态,若是从设备处于闲的状态,说明测量结果已经准备好,可以读取。
S | SlaveAddr | 1 | A | Byte0 | A | Byte1 | A | Byte2 | A | Byte3 | A | Byte4 | A | Byte5 | N | p |
图4.3 IIC读测量命令
字节 | Byte0 | Byte1 | 0x59 | Byte3 | Byte4 | Byte5 |
定义 | 状态 | rawDat[23:16] | rawDat[15:8] | rawDat[7:0] | tempData[15:8] | tempData[7:0] |
范例 | 0x04 | 0x59 | 0x18 | 0xA0 | 0x57 | 0x94 |
| 有效 | 压力原始数据:0x5918A0 | 温度原始输出0x5794 |
第五章 注意事项
本产品采用一体化成型封装技术,因此请尽量减少来自外部的热量的影响。否则可能会因热变形而造成破损,引起特性变动。请使用非腐蚀性的松香型助焊剂。
请使用烙铁进行手焊接,本品不可以使用波峰焊或者回流焊。
l 请使用头部温度在260~300℃(30W)的电烙铁在5秒以内实施作业。
l 在端子上施加负载进行焊接的情况下,由于输出可能会发生变化,因此请注意。
l 请充分清洗电烙铁头。
请保护压力敏感元件前端的隔离膜片,不要用手触摸,以免造成设备不可逆的损坏;请保护后端的补偿电路板。
第六章 产品命名规则与选型
名称 | 类别 |
精讯畅通压力系列传感器 | JPS |
测量介质 | -Q:气压差压 | -G:液压差压 |
最低量程 | 10:-100KPa 04:-40KPa 02:-20KPa 01:-10KPa 00:0KPa |
最高量程 | 01:10Kpa 02:20Kpa 03:35KPa 07:70Kpa 10:100Kpa 25:250Kpa 60:600Kpa 1M0:1Mpa 1M6:1.6Mpa 2M5:2.5Mpa 4M0:4MPa 6M0:6MPa 10M:10MPa 16M:16MPa 25M:25MPa 40M:45MPa 60M:60MPa 100M:100MPa |
封装 | -D:DIP封装 -S:SOP封装 -B:不锈钢真空硅油封装 |
输出信号 (选填) | 不填:原始信号 -V:mV电压输出 -D:I2C数字信号输出 |
示例:JPS-Q1010-D型号代表精讯畅通生产的气压传感器,是DIP封装的,压力范围是-100KPa到100KPa,输出信号为原始信号。