智能型壓力變送器的製作方法

2023-12-11 04:47:32 2

專利名稱：智能型壓力變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓力變送器，尤其是涉及一種用於液體壓力、流 量及液位等工業控制領域中的智能型壓力變送器。
背景技術：
隨著科學技術的發展，特別是計算機的應用，工業控制領域得到了突 飛猛進的發展，由於模擬信號自身抗幹擾弱等方面的原因，其已經有由模 擬信號向數位訊號發展的趨勢，我們可以通過壓力傳感器實現數位化輸出 進而用軟體實現與上位機數據交換。工業領域對檢測技術更高的要求也使 傳感器技術領域發生了革命性變化，與傳統的傳感器相比，新型的傳感器 要具有高精度，高可靠性，高穩定性，自適應性，靈敏性等特點，總之是 為了與智能控制相結合，使傳感器在傳統傳感器基礎上加上智能信號處理 晶片向智能型方向發展。因此智能傳感器一般包括前端信號的初步檢測， 對檢測信號的.調理，調理信號輸入微控制器，微控制器高精度高穩定輸出 顯示等，其中微控制器的控制算法是智能傳感器的核心部分，智能壓力傳
感器也有一樣的功能。
壓阻式壓力傳感器是應用最廣泛的壓力傳感器之一，它是利用矽的壓 阻效應和微電子技術製成的，具有靈敏度高、動態響應好、準確度高、易 於微型化和集成化等特點。但由於它是由半導體材料製成的，因此傳感器 的輸出值不只決定於輸入的壓力，還會受到環境溫度變化的影響，從而產 生溫度漂移現象。再加上其本身所存在的非線性問題，器件在封裝加工過 程中受到的應力影響，使測量精度難以滿足精密壓力測量的需要。
壓力傳感器是傳感器世界中很重要的一種類型，它已經基本實現了系 列化、標準化，並且進一步向小型化，集體化，智能化和高精度方向發展,但是零點漂移，溫度漂移，非線形問題仍然是尚未完全解決的問題，溫度 漂移產生交叉靈敏度，是影響傳感器精度的最主要的原因。解決溫度漂移 的方法為溫度補償，有硬體補償方法和軟體補償方法。硬體補償主要是採 用硬體電路來消除其影響，但難以做到全額補償，且存在補償電路硬體漂
移等問題；軟體補償可以分為數值分析法和人工智慧法，數值分析法中主 要是最小二乘法擬合和多段折線法擬合，但是由於其本身算法的不完善不 能夠對數據進行完全擬合。人工智慧法中的人工神經網絡有很強的非線形 映射能力，還有很強的自組織，自學習的自適應能力，在壓力傳感器上應 用對溫度補償有很好的效果。
由於計算機測控系統，特別是基於現場總線的多傳感器計算機測控系
統可極大地提高測控系統的自動化水平和智能水平，降低系統造價，它要 求其信息採集裝置是數位化、智能化的，具有高性能、低成本和較強的信 息處理能力。智能壓力傳感器系統就是為了適應這類系統的發展而提出和 發展起來的一個新的研究方向。隨著測控系統向基於現場總線的多傳感器 計算機測控系統發展，現有的傳統壓力傳感器已無法滿足要求，而集信息 採集、信息預處理和數字通信功能於一身，能自主管理，具有智能化特性 的智能壓力傳感器系統成為生產實踐發展的迫切需求。然而，由於我國智 能壓力傳感器系統的研究起步較晚，其理論和實踐遠未成熟，離實際應用 需求差距很大，尤其是高性能、小體積、低成本智能壓力傳感器系統更是 有待於進一步開發。因此，高精度、穩定性強、功耗小等優點於一身的智 能型壓力變送器的研製具有很高的意義。

實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提 供一種智能型壓力變送器，其結構合理，能夠進行溫度補償並減小非線性 誤差，實現提高傳感器精度的目的。
為解決上述技術問題，本實用新型釆用的技術方案是 一種智能型壓力變送器，包括壓阻式壓力傳感器，所述壓阻式壓力傳感器為由應變片組成
的惠斯通電橋，其特徵在於還包括對壓阻式壓力傳感器的工作環境溫度 進行檢測的溫度傳感器，所述壓阻式壓力傳感器經信號放大電路一或者經 信號調製電路後接利用神經網絡數據融合算法實現在溫度條件下對壓力
信號進行再處理的微處理器，所述溫度傳感器接微處理器；
所述信號調製電路為將壓阻式壓力傳感器所輸出電壓信號轉換為
4-20mA標準電流信號的信號轉換電路一或轉換為0. 5-4. 5V標準電壓信號 的信號轉換電路二；所述信號轉換電路一 與微處理器之間接有I/V轉換電 路和信號放大電路二；所述信號轉換電路二直接接微處理器。
所述信號放大電路一 與微處理器之間、信號放大電路二與微處理器之 間以及信號轉換電路二與微處理器之間均接有A / D轉換電路。
所述微處理器接有將其輸出信號轉換為模擬信號的DA轉換接口。
所述微處理器為晶片AT89S52。
所述A/D轉換電路為晶片AD679或晶片AD1679。
所述溫度傳感器為數字溫度傳感器。
所述數字溫度傳感器為DS18B20數字溫度傳感器。
所述微處理器接對其所輸出信號進行顯示的LED顯示器。
所述DA轉換接口為晶片AD7 5 35 。
所述微處理器接有與上位機進行通訊的通訊接口。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點，1、不僅結構簡單、成本 低，加工製作方便且使用操作簡便；2、本實用新型是基於MEMS技術的嵌 入式控制技術的傳感器，其通過微處理器對前端壓力信號和溫度信號進行 採集，再用神經網絡算法對輸入的數據進行處理，並具有把處理後的數 據進行輸出的能力，另外，其和上位機以一定通訊協議進行數據交換， 有一定的自我診斷的能力；實踐中，由於計算機測控系統，特別是基於現 場總線的多傳感器計算機測控系統可極大地提高測控系統的自動化水平 和智能水平，降低系統造價，它要求其信息採集裝置是數位化、智能化的，具有高性能、低成本和較強的信息處理能力，隨著測控系統向基於現場總 線的多傳感器計算機測控系統發展，現有的傳統壓力傳感器已無法滿足要 求，而本實用新型智能壓力變送器集信息採集、信息預處理和數字通信功 能於一身，能自主管理且具有智能化特性，利用現在曰益發展的嵌入式技 術，對壓力傳感器的信號進行再次信號處理，達到精度提高的目的；3、 由於在壓力傳感器不能完全利用硬體解決溫度漂移的問題，而用最小二乘 法和多段折線擬合不能夠很好解決溫度補償問題，本實用新型採用神經網 絡的數據擬合軟體實現方法來解決，其利用微處理器對溫度和壓力的釆 集，並且利用工神經網絡很強的非線形映射能力，還有很強的自組織、自
學習的自適應能力，在壓力傳感器上應用對溫度補償有很好的效果；4、
適用範圍廣，適用於液體壓力、流量及液位等工業控制領域。總之，本實
用新型通過BP神經網絡算法對現有變送器輸出信號進行再次處理，進行
溫度補償並減小非線性誤差，實現提高傳感器精度的目的。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本實用新型第一實施方式的電路原理框圖。
圖2為本實用新型第二實施方式的電路原理框圖。
圖3為本實用新型第三實施方式的電路原理框圖。 附圖標記說明 l一壓阻式壓力傳感器； 3—微處理器； 5-2—信號轉換電路二； 8—數字溫度傳感器；
具體實施方式
實施例1
2-l—信號放大電路一；2-2—信號放大電路二；
4一A/D轉換電路； 5-l—信號轉
6 — I/V轉換電路； 7—DA轉換接口 ；
9一LED顯示器； IO—通訊接口。如圖l所示，本實用新型包括壓阻式壓力傳感器1,所述壓阻式壓力傳 感器l為由應變片組成的惠斯通電橋且其利用矽的壓阻效應和微電子技術 製成，還包括對壓阻式壓力傳感器1的工作環境溫度進行檢測的溫度傳感
器，所述壓阻式壓力傳感器1經信號放大電路一 2-1後接利用神經網絡數 據融合算法實現在溫度條件下對壓力信號進行再處理的微處理器3,所述 溫度傳感器接微處理器3。信號放大電路一 2-1將壓阻式壓力傳感器1所 輸出的mV級電壓信號直接進行放大處理並放大為5V左右的電壓信號。所 述信號放大電路一 2-1與微處理器3之間接有A/D轉換電路4。另外，所 述微處理器3接有將其輸出信號轉換為模擬信號的DA轉換接口 7以及與 上位機進行通訊的通訊接口 IO,並且微處理器3接對其所輸出信號進行顯 示的LED顯示器9。
本實施例中，所述微處理器3為晶片AT89S52,其是集CPU、寄存器、 I/O 口以及現場總線於一體的微型計算機，其本身具有可編程性，該控制 晶片能將神經網絡實現的功能，用程式語言最終實現對壓力和溫度輸入數 據進行處理並進行相應的輸出。所述A/D轉換電路4為晶片AD679或晶片 AD1679,其能對所輸入的壓力信號進行14位精度轉換。所述DA轉換接口 7為晶片AD7535，其能夠實現14位數字量轉換。另外，所述溫度傳感器 為數字溫度傳感器8，並且是DS18B20數字溫度傳感器。而LED顯示器9 選擇的是4位數碼管，所述通訊接口 10為RS485通訊接口 。
實施例2
如圖2所示，所述壓阻式壓力傳感器1經信號調製電路後接利用神經 網絡數據融合算法實現在溫度條件下對壓力信號進行再處理的微處理器 3,所述信號調製電路為將壓阻式壓力傳感器1所輸出電壓信號轉換為
4- 20mA標準電流信號的信號轉換電路一 5-1,所述信號轉換電路一 5-1與 微處理器3之間接有I/V轉換電路6和信號放大電路二 2-2，信號放大電 路二 2-2與微處理器3之間接有A/D轉換電路4。綜上，信號轉換電路一
5- l所輸出的4-20mA標準電流信號先通過I/V轉換電路6進行I/V轉換(即電流/電壓轉換)，將所輸出的電流信號轉換為電壓信號；然後通過信號
放大電路二 2-2將轉換後的電壓信號放大為5V左右的電壓信號。也就是 說，本實施例中，微處理器3所處理的對象為由壓阻式壓力傳感器1和信 號轉換電路一 5-1組成的壓力變送器。其餘部分的結構、連接關係以及功 能均與實施例1相同。 實施例3
如圖3所示，所述壓阻式壓力傳感器1經信號調製電路後接利用神經 網絡數據融合算法實現在溫度條件下對壓力信號進行再處理的微處理器 3,所述信號調製電路為將壓阻式壓力傳感器1所輸出電壓信號轉換為 0.5-4. 5V標準電壓信號的信號轉換電路二 5-2,所述信號轉換電路二 5-2 直接接微處理器3，信號轉換電路二 5-2與微處理器3之間接有A/D轉換 電路4。也就是說，本實施例中，對信號轉換電路二 5-2所輸出的0. 5-4. 5V 標準電壓信號無需進行放大處理，其餘部分的結構、連接關係以及功能均 與實施例2相同。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限 制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更 以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求1.一種智能型壓力變送器，包括壓阻式壓力傳感器(1)，所述壓阻式壓力傳感器(1)為由應變片組成的惠斯通電橋，其特徵在於還包括對壓阻式壓力傳感器(1)的工作環境溫度進行檢測的溫度傳感器，所述壓阻式壓力傳感器(1)經信號放大電路一(2-1)或者經信號調製電路後接利用神經網絡數據融合算法實現在溫度條件下對壓力信號進行再處理的微處理器(3)，所述溫度傳感器接微處理器(3)；所述信號調製電路為將壓阻式壓力傳感器(1)所輸出電壓信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號轉換電路一(5-1)或轉換為0.5-4.5V標準電壓信號的信號轉換電路二(5-2)；所述信號轉換電路一(5-1)與微處理器(3)之間接有I/V轉換電路(6)和信號放大電路二(2-2)；所述信號轉換電路二(5-2)直接接微處理器(3)。
2. 按照權利要求l所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述信號 放大電路一 (2-1)與微處理器(3)之間、信號放大電路二 (2-2)與微 處理器(3)之間以及信號轉換電路二 (5-2)與微處理器(3)之間均接 有A/D轉換電路(4)。
3. 按照權利要求l或2所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述 微處理器(3)接有將其輸出信號轉換為模擬信號的DA轉換接口 (7)。
4. 按照權利要求2所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述微處 理器(3)為晶片AT89S52。
5. 按照權利要求4所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述A/D 轉換電路(4)為晶片AD679或晶片AD1679。
6. 按照權利要求4或5所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述 溫度傳感器為數字溫度傳感器(8)。
7. 按照權利要求6所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述數字 溫度傳感器(8)為DS18B20數字溫度傳感器。
8. 按照權利要求l或2所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述微處理器(3)接對其所輸出信號進行顯示的LED顯示器(9)。
9. 按照權利要求3所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所述DA 轉換接口 (7)為晶片AD75 35。
10. 按照權利要求1或2所述的智能型壓力變送器，其特徵在於所 述微處理器(3)接有與上位機進行通訊的通訊接口 (10)。
專利摘要本實用新型公開了一種智能型壓力變送器，包括壓阻式壓力傳感器，還包括對壓阻式壓力傳感器的工作環境溫度進行檢測的溫度傳感器，所述壓阻式壓力傳感器經信號放大電路一或經信號調製電路後接利用神經網絡數據融合算法實現在溫度條件下對壓力信號進行再處理的微處理器，所述溫度傳感器接微處理器；所述信號調製電路為將壓阻式壓力傳感器所輸出電壓信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號轉換電路一或轉換為0.5-4.5V標準電壓信號的信號轉換電路二；信號轉換電路一與微處理器之間接有I/V轉換電路和信號放大電路二；信號轉換電路二直接接微處理器。本實用新型結構合理，能夠進行溫度補償並減小非線性誤差，實現提高傳感器精度的目的。
文檔編號G01L9/06GK201331406SQ20082022271
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者張建軍, 董紅娟, 谷榮祥 申請人:西安中星測控有限公司