直接數位化的壓力變送器的製作方法
2023-04-29 07:19:41
專利名稱：直接數位化的壓力變送器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器，特別是涉及一種測量壓力和流量的壓力變送器。
背景技術：
FR1511壓力變送器是工業過程控制應用最多的一種傳感器之一。它不僅可以測量壓力而且還可以測量流量。對於電容式壓力變送器，幾十年來一直沿用「敏感測量元件——線性放大器——模擬量輸出(4--20mA)」的傳統模式。雖然，近兩年國內外有一些研究單位對其進行了智能化改造，研製出一種所謂的「智能化壓力傳感器」，即在原來的基礎上增加A/D轉換，即如
圖1所示的「傳感器——模擬放大——A/D轉換——微型計算機處理」，但其仍然沒有改變傳統的壓力變送器模式，而且，即使是這種稍有改進的模式，仍然存在著許多缺點由於使用了連接非常複雜的模擬放大電路和價格昂貴的A/D轉換器，因而造成了利用這種模式製作壓力變送器生產工藝複雜，成本高；且利用採用這種結構製成的壓力變送器體積大，不易提高測量精度，可靠性差。
為克服上述現有技術的缺點，本發明提出了一種利用新型的直接數位化測量電路構成的數位化壓力變送器。
發明內容
本發明能夠解決的技術問題是利用非常簡單的振蕩電路(如多諧振蕩器)，直接把傳感器電容的變化轉換成頻率的變化，然後直接將數字量送入微型計算機進行壓力測量或流量測量。
為了達到上述目的，本發明提出一種直接數位化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機、外部存儲器、鍵盤、顯示單元，其特徵在於所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號送至所述單片機進行計算和處理。
本發明所提供的直接數位化壓力變送器及壓力測量方法能夠直接將壓力信號數位化，並送單片機進行測量，與現有技術相比具有如下的積極效果1.無需使用昂貴複雜的A/D轉換電路，節約了製造成本；2.用少量功能鍵實現多功能操作，直觀、方便；
3.串行D/A轉換，精度高，價格低；4.易於實現與其他類型的壓力變送器兼容。
下面將結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
圖2為直接數位化壓力變送器的結構圖。
圖3為壓力測量多諧振蕩器電路連接圖。
圖4為溫度補償多諧振蕩器電路連接圖。
如圖3所示，為壓力測量多諧振蕩器的電路連接圖。該壓力測量振蕩器採用555定時器，這是一種多用途的數字-模擬混合集成電路，利用它能很方便地接成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器，波形的產生與變換、測量與控制由於使用靈活、方便，由數字電路分析可知，電容上的電壓Vc將在VT+和VT-之間往復振蕩。其波形的振蕩周期計算公式為T＝T1+T2＝(R1+2R2)Cln2由以上公式可求得振蕩頻率值，通過改變R和C的參數即可改變振蕩頻率。用CB555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率達500kHz，用CB7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率可達1MHz，在本例中，C是隨壓力變化而變化的參數，因此，改變其中電阻R2的數值，即可得到一組壓力-頻率變化曲線。
如圖4所示，為溫度補償多諧振蕩器電路連接圖，對於溫度補償多諧振蕩電路，本發明採用一種帶輸入保護的非對稱式多諧振蕩器，靜態時，應使G1、G2工作在電壓傳輸特性的轉折區，以保證有較大的電壓放大倍數；G1的輸入端與輸出端之間跨接了電阻R，G1必將工作在vo1＝vl1的狀態；通常VTH＝1/2VDD，G2工作在電壓傳輸特性轉折區的中點；由於流過R上的靜態電流基本為零，所以對R阻值的選擇幾乎沒有限制，該電路波形的振蕩周期計算公式為T＝T1+T2≈2RFCln3＝2.2RFC並且可由該振蕩周期得計算出振蕩頻率，如果改變圖4中的電阻R的值，可以調整振蕩器的初始振蕩頻率，從而獲得不同的靈敏度。
本系統的軟體部分採用模塊化結構，根據功能劃分為7個模塊，分別是主程序模塊、壓力脈衝自動採集模塊、鍵盤處理模塊、顯示模塊、數據存儲模塊以及根據實際應用情況採用的量程的自動選擇及線性化處理模塊和D/A轉換模塊。
由於考慮到儀表空間不宜過大，僅設置三個功能鍵K1、K2和K3，採用中斷方式接口，操作鍵盤的設置舉例說明如下由於按鍵數量有限，且為了滿足調整功能的需要，把每個鍵設置為雙功能鍵，用於設定量程等級和進行量程遷移，其具體功能如下加1鍵K1當首次按下的鍵是該鍵時進入等級設置界面，以後每按一下，量程等級畫面的等級單元加1，並在下面顯示該等級所對應的量程。量程等級加到最大值時，再按下K1鍵，量程等級將回到最小值，即實現自動循環選擇；
當在量程遷移界面中按下該鍵時，則作為量程遷移加1鍵，即每按一次K1，在上限單元加1，與之對應的下限也加1，並且據有自動循環功能；減1鍵K2當首次按下的鍵是該鍵時，進入等級設置界面，以後每按一下，量程等級減1，並在下面顯示該等級所代表的量程。量程等級減到最小值時，再按下K1鍵，量程等級將回到最大值，即實現自動循環選擇；當在量程遷移畫面中按下該鍵時，則作為量程遷移減1鍵，即每按一次K1，在上限單元減1，與之對應的下限也減1；確認鍵K3當第一次按下K3時，進入量程調整界面，對參數進行初始化設置。
當K3不是第一次按下時，則為界面確認鍵，實現界面間的切換。
權利要求1.一種直接數位化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機、外部存儲器、鍵盤、顯示單元，其特徵在於所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號送至所述單片機進行計算和處理。
2.如權利要求1所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述電容式壓力傳感器與溫度補償多諧振蕩器通過設置在所述電容式壓力傳感器上的熱敏元件相連。
3.如權利要求2所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述壓力測量多諧振蕩器與所述溫度補償多諧振蕩器通過多路開關連接到所述單片機。
4.如權利要求2或3所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所溫度補償多諧振蕩器為帶輸入保護的非對稱式多諧振蕩器。
5.如權利要求4所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述溫度補償多諧振蕩器中的電阻為可變電阻。
6.如權利要求1所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述壓力測量多諧振蕩器為555多諧振蕩器。
7.如權利要求6所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述555多諧振蕩器中的電容為可變電容。
8.如權利要求1所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述單片機的處理結果送至D/A轉換器。
9.如權利要求8所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述D/A轉換器採用12位串行D/A轉換器。
10.如權利要求1所述的直接數位化的壓力變送器，其特徵是，所述鍵盤設置有三個按鍵。
專利摘要本實用新型提出一種直接數位化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機、外部存儲器、鍵盤、顯示單元，其特徵在於所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號送至所述單片機進行計算和處理。本實用新型無需使用昂貴複雜的A/D轉換電路，節約了製造成本；用少量功能鍵實現多功能操作，直觀、方便；串行D/A轉換，精度高，價格低；易於實現與其他類型的壓力變送器兼容。
文檔編號G01L9/12GK2589956SQ02294288
公開日2003年12月3日 申請日期2002年12月26日 優先權日2002年12月26日
發明者潘新民 申請人:天津師範大學