帶溫度補償電路的壓力變送器的製作方法

2023-12-11 04:45:22 2

專利名稱：帶溫度補償電路的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帶溫度補償電路的壓力變送器。
背景技術：
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。硬體補償主要是釆 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。
目前，巿場上存在的壓力變送器普遍溫度漂移過大，在全溫區漂移達 到1%之多，而高精度的壓力變送器成本較高， 一款全溫區0.2%精度的變 送器售價往往在2000元，巿場上很多用戶承擔不了如此高的價格。
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 供一種帶溫度補償電路的壓力變送器，其結構簡單合理、所用器件少且成 本低、工作性能穩定可靠，能夠有效解決現有壓力變送器的溫度漂移問題。
為解決上述技術問題，本實用新型釆用的技術方案是 一種帶溫度補償 電路的壓力變送器，包括壓力傳感器以及與其相接且將所述壓力傳感器所 輸出信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號調製電路，其特徵在於所
述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器且其為由擴散矽制的應變片組成的惠 斯通電橋，還包括對惠斯通電橋的工作溫度進行檢測的溫度採樣電路，所 述信號調製電路由對壓阻式壓力傳感器所輸出信號進行放大、非線性補償 和溫度補償的信號調理電路以及與信號調理電路相接的V/I轉換電路組 成，所述溫度採樣電路接信號調理電路。
所述惠斯通電橋的激勵源為恆流源激勵且其負激勵端經電阻R後接 地，所述負激勵端為溫度釆樣電路對惠斯通電橋的溫度採集點。
所述信號調理電路為晶片PGA309。
所述V/I轉換電路為晶片XTR117。
所述溫度釆樣電路為數字溫度傳感器。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點，1、不僅結構簡單合理、 所用器件少且成本低、加工製作方便、使用操作簡便；2、釆用普通的擴 散矽芯體，通過專用的溫度補償電路，對溫度進行補償，可以自由遷移量 程、改變增益，能偶對零點偏移和增益進行精細校準；另外，通過輸入端
和輸出端的帶限濾波，使輸出噪聲降到最低；3、其溫度補償電路採用數
字化方式，可以最多獲得17個溫度點的校準值，即使溫度的漂移達到15%， 也能將之精確的校準成功，在-40到8(TC達到0. 2%的綜合精度，低成本，
高可靠；其溫度釆樣採用了測量惠斯通電橋電阻的方式，這樣可以避免由 於溫度突然變化而造成系統誤差過大的問題；4、適用範圍廣，廣泛應用
在航空、航天、石油、化工、礦山、機械、大壩、地質、水文等行業中，用於測量各種氣體和流體的壓力。總之，本實用新型的電路成本很低，器 件少且工作性能穩定可靠，能夠有效解決現有壓力變送器的溫度漂移問 題，實現了很好的性價比，在巿場上具有很大的竟爭優勢。
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為本實用新型的電路原理框圖。
圖2為圖1中惠斯通電橋的電路原理圖。 附圖標記說明
l一壓阻式壓力傳感器；3—信號調理電路； 4一V/1轉換電路；
5 —溫度釆樣電路。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括壓力傳感器以及與其相接且將所述壓力 傳感器所輸出信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號調製電路，其中， 所述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器l且其為由擴散矽制的應變片組成的 惠斯通電橋，還包括對惠斯通電橋的工作溫度進行檢測的溫度釆樣電路5, 所述信號調製電路由對壓阻式壓力傳感器1所輸出信號進行放大、非線性 補償和溫度補償的信號調理電路3以及與信號調理電路3相接的V/I轉換 電路4組成，所述溫度釆樣電路5接信號調理電路3。
結合圖2，所述惠斯通電橋的激勵源為恆流源激勵且其負激勵端經電 阻R後接地，所述負激勵端為溫度採樣電路5對惠斯通電橋的溫度釆集點。
本實施例中，所述信號調理電路3為晶片PGA309, V/I轉換電路4為 晶片XTR117。具體工作過程是所述惠斯通電橋應變產生的壓力信號傳到 調理晶片PGA309,該晶片實現了信號的放大、非線性補償和溫度補償，最 終將壓力信號以電壓的形式輸出到晶片XTR117，晶片XTR117將電壓信號 轉換成電流信號並且該晶片還實現了系統的穩壓。所述溫度釆樣電路5為數字溫度傳感器，即採用數字標定校準的方式，具體是釆用測量橋阻的方 式測量溫度且採用5個溫度點的校準方式。
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
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1.一種帶溫度補償電路的壓力變送器，包括壓力傳感器以及與其相接且將所述壓力傳感器所輸出信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號調製電路，其特徵在於所述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器(1)且其為由擴散矽制的應變片組成的惠斯通電橋，還包括對惠斯通電橋的工作溫度進行檢測的溫度採樣電路(5)，所述信號調製電路由對壓阻式壓力傳感器(1)所輸出信號進行放大、非線性補償和溫度補償的信號調理電路(3)以及與信號調理電路(3)相接的V/I轉換電路(4)組成，所述溫度採樣電路(5)接信號調理電路(3)。
2. 按照權利要求l所述的帶溫度補償電路的壓力變送器，其特徵在於 所述惠斯通電橋的激勵源為恆流源激勵且其負激勵端經電阻R後接地，所 述負激勵端為溫度釆樣電路(5)對所述惠斯通電橋的溫度釆集點。
3. 按照權利要求1或2所述的帶溫度補償電路的壓力變送器，其特徵 在於所述信號調理電路(3)為晶片PGA309。
4. 按照權利要求1或2所述的帶溫度補償電路的壓力變送器，其特徵 在於所述V/I轉換電路(4)為晶片XTR117。
5. 按照權利要求l或2所述的帶溫度補償電路的壓力變送器，其特徵 在於所述溫度釆樣電路(5)為數字溫度傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種帶溫度補償電路的壓力變送器，包括壓力傳感器以及與其相接且將所述壓力傳感器所輸出信號轉換為4-20mA標準電流信號的信號調製電路，所述壓力傳感器為壓阻式壓力傳感器且其為由擴散矽制的應變片組成的惠斯通電橋，還包括對惠斯通電橋的工作溫度進行檢測的溫度採樣電路，所述信號調製電路由對壓阻式壓力傳感器所輸出信號進行放大、非線性補償和溫度補償的信號調理電路以及與信號調理電路相接的V/I轉換電路，所述溫度採樣電路接信號調理電路。本實用新型結構簡單合理、所用器件少且成本低、工作性能穩定可靠，能夠有效解決現有壓力變送器的溫度飄移問題。
文檔編號G01L9/06GK201293698SQ20082022272
公開日2009年8月19日 申請日期2008年12月2日 優先權日2008年12月2日
發明者丁明東, 來軍平, 谷榮祥 申請人:西安中星測控有限公司