CN101358888A - 压力温度传感器 - Google Patents

Abstract

一种压力温度传感器，其电路部分为包括信号采集单元、MCU、显示单元和检测信号输出单元。所述信号采集单元包括采集温度信号的热敏电阻、采集压力信号的压力传感器、温度信号和压力信号的调理电路以及A/D转换电路；检测信号输出单元包括温度检测信号输出电路、压力检测信号输出电路；所述热敏电阻和压力传感器输出的温度和压力信号分别经过温度信号和压力信号的调理电路后，再经A/D转换传到MCU中；MCU把温度和压力信号处理后输出到显示单元，同时控制温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路的输出。本传感器将传统的温度传感器、压力传感器合二为一，同时具备压力传感器和温度传感器的所有功能，温度度的检测同时作为压力的温漂抑制依据。

Description

压力温度传感器

技术领域

本发明涉及到一种检测仪器，由其是一种压力温度检测仪器。

背景技术

在现有技术中，对于气体或液体的压力和温度的检测是两个单独的产品。压力传感器用于压力监控系统中，当系统中的压力达到设定的压力阈值时，产生检测信号，用于保护连锁保护系统。温度传感器用于温度监控系统中，当温度达到设定的阀值时，产生检测信号，用于保护连锁保护系统。

以上两种设备是自动化系统中最常用的，大多数系统中会同时用到这两类传感器。作为两个分别独立的检测设备设备必然会给用户带来操作、维护和安装的不便，同时带来系统接线复杂和使用的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有技术中安装、操作、维护、接线不便的问题，本实用新型提出一种压力温度传感器，将压力传感器和温度传感器合二为一，使其同时具备压力传感器和温度传感器的所有功能。

本发明的技术方案是，

压力温度传感器，由电路部分和结构部分组成。

其电路部分为整个系统的工作核心部分，包括信号采集单元、MCU、显示单元和检测信号输出单元。所述信号采集单元包括采集温度信号的热敏电阻、采集压力信号的压力传感器、温度信号和压力信号的调理电路以及A/D转换电路；检测信号输出单元包括温度检测信号输出电路、压力检测信号输出电路；所述热敏电阻和压力传感器输出的温度和压力信号分别经过温度信号和压力信号的调理电路后，再经A/D转换传到MCU中；MCU把温度和压力信号处理后输出到显示单元，同时控制温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路的输出。

还包括键盘，键盘连接MCU的输入端。所述A/D转换器至少包含2个通道。

温度检测信号输出电路有两路输出；压力检测信号输出电路有两路输出；所述两路输出是PNP/NPN开关信号输出和4-20mA的模拟信号输出。

所述压力传感器采用陶瓷压力感应片；所述压力信号的调理电路是信号放大电路；压力感应片产生的差分信号，经过信号放大电路放大后输出至A/D转换器的一个通道；MCU控制A/D转换器并从中读取压力数字信号，计算后，再将压力值送入显示单元显示出来；同时根据键盘输出的信号，控制压力检测信号输出单元输出相应的开关信号和/或模拟信号。

所述温度信号的调理电路是信号放大电路，该信号放大电路包含一个恒流源；恒流源连接热敏电阻；热敏电阻两端的产生的电压信号经过信号放大电路放大后输出至A/D转换器的另一通道；MCU控制A/D转换器并从中读取温度数字信号，并在内部计算出实际的温度值送入显示单元；同时根据键盘输出的信号，控制压力检测信号输出单元输出相应的开关信号和模拟信号。

所述压力值的计算中的温度补偿方法是，MCU采集得到温度值，用该温度值计算相应的压力补偿，再将该补偿值计入系统的压力值内。

所述显示单元是LCD显示模块。

本传感器可三个方向(0°、90°和180°)显示数据(在LCD上，字符的方向可以是三个方向)，实现方法如下：

单片机先定义0°、90°和180°三个方向显示数据编码；再计算需要显示的数据；再判断键盘输入(用户使用键盘输入0°、90°和180°三个方向显示的指令)的方向值；根据不同方向值调用不同方向的显示函数(该函数是现有技术中常见的函数，即，通过查表方式计算显示数据在该显示方向上的编码，再把编码输出到对应方向的LCD段上；所述表是指三个方向的数据编码表，编程时在头文件中定义)显示数据。

当本传感器安装位置显示模块的显示方向和用户观看方向不是正对的，那么用户就可以通过键盘调整显示文字的显示方向，来方便观看。

所述温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路分别设有短路保护电路；两个短路保护电路分别采集温度、压力检测信号输出电路输出信号的电流，两个短路保护电路的输出端连接MCU。

结构部分包括探棒和主体；电路部分安装热敏电阻在主体内；探棒的一端与主体连接，热敏电阻和压力传感器设在探棒的另一端内；热敏电阻的周围填充导热体；热敏电阻的安装位置贴近压力传感器。

所述MCU的输出端还连接有LED，用于指示传感器输出类型单元。

通过软件换算，显示单元可以显示出压力的4种单位：BAR、PSI、KGF、MP，同时显示温度的两种单位：℃、℉。(还可以通过键盘调整系统参数，能够在三个方向上观察温度和压力的值。)

本系统温度压力合一的好处是：由于陶瓷压力传感器会有温度漂移，通过系统对温度的采集得的温度值，用该温度值去计算相应的压力补偿，并将该补偿值计入系统的压力值内，抑制了温度漂移。

与现有的技术相比，本传感器的优点是：

1、将传统的温度传感器、压力传感器合二为一，同时具备压力传感器和温度传感器的所有功能。

2、温度的检测同时作为压力的温漂抑制依据。

3、用户可以在三个方向观察数据。

附图说明

图1是本传感器的电路原理框图

图2是温度采集部分电路示意图

图3是PNP信号输出电路示意图

图4是NPN信号输出电路示意图

图5是本传感器实现三个方向(0°、90°和180°)观察数据的程序流程图

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明。

压力温度传感器，在结构上，由探头、电路板、LCD显示模块构成。

如图1，电路部分为整个系统的工作核心，包括信号采集单元、MCU、LCD显示模块和检测信号输出单元。所述信号采集单元包括采集温度信号的热敏电阻、采集压力信号的压力传感器、温度信号和压力信号的调理电路以及A/D转换电路；检测信号输出单元包括温度检测信号输出电路、压力检测信号输出电路；所述热敏电阻和压力传感器输出的温度和压力信号分别经过温度信号和压力信号的调理电路后，再经A/D转换传到MCU中；MCU把温度和压力信号处理后输出到还包括键盘，键盘连接MCU的输入端。同时控制温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路的输出。还包括键盘，键盘连接MCU的输入端。

探头内封装有陶瓷压力感应片，陶瓷传感器的精度为千分之一，当外界有压力作用在上面时，产生微弱的差分信号，然后进入放大电路，电路采用差放大，采用该电路抑制了随机干扰，放大电路采用集成运放TLC2741。

所述A/D转换器采用12位精度的ICL7109，该芯片是双积分型转换器，其稳定性很好，MCU通过控制其采样通道可以选择到温度信号还是压力信号。压力信号用通道1，温度信号用通道2，该电路及软件系统是对应压力的多个范围2BAR，5BAR，10BAR，20BAR，50BAR，100BAR，200BAR，400BAR通过界面菜单选择，根据陶瓷探头的型号确定软件的范围选择，最后MCU内部计算将压力值显示出来。

在探头内封装了热敏电阻，热敏电阻的安装位置贴近陶瓷压力传感器，目的是为了更好地补偿陶瓷的温度漂移。如图2，用恒流源作用在热敏电阻上，获得相应的模拟电压信号，送至调理电路处理，将微弱信号放大，送至A/D转换器的另一通道，通过MCU对A/D的采样通道的控制，MCU从中获取温度数字信号，并在内部计算出实际的温度值送入显示单元。

LCD显示模块作为显示单元具有这样的特点，所述传感器可以显示出压力的4种单位：BAR、PSI、KGF、MP，同时显示温度的两种单位：℃、℉。显示单元所具有的另一特点是可以通过键盘调整系统参数，能够在三个方向上观察温度和压力的值，解决了由于安装的实际环境带来的不方便观察数据情况。如图5所示，单片机先定义0°、90°和180°三个方向显示数据编码；再计算需要显示的数据；再判断键盘输入(用户使用键盘输入0°、90°和180°三个方向显示的指令)的方向值；根据不同方向值调用不同方向的显示函数(该函数是现有技术中常见的函数，即，通过查表方式计算显示数据在该显示方向上的编码，再把编码输出到对应方向的LCD段上；所述表是指三个方向的数据编码表，编程时在头文件中定义。所述三个方向中任一方向的数据编码表的定义都是现有编程技术中常用的手段，在此就不作进一步限制了)显示数据。

LCD显示模块主要分为驱动部分和LCD面板部分。LCD设计为162个像素。为了方便软件编程，每个点可以独立控制，采用9个COM端和33个段，故驱动采用16*48像素的，本设计用HT1626驱动。

本系统温度压力合一的另一好处是：由于陶瓷压力传感器会有温度漂移，通过系统对温度的采集得的温度值，用该温度值去计算相应的压力补偿，并将该补偿值计算入系统的压力值内，抑制了温度漂移，系统采用抗干扰强的单片机PIC18F2520，对恶劣现场的正常工作起到保证作用。

所述压力补偿的方法如下：

经过经验验证，所述压力传感器探头温漂在整个工作温度范围内满足一线性关系，即y1＝k*x+2.7，单位为Bar，x为实时温度，k＝-7/25(固定值)。在某一温度下，将实际测量的压力值和该温漂作差就得到补偿后的压力值，假设实际测量压力部分为y2，则补偿后为y＝y2+(-y1)。

本传感器信号输出部分是复合式输出，系统设计为温度两路输出，压力两路输出。PNP或NPN输出方式均可通过菜单进行选择，一定程度上节约了用户的成本，方便用户应对现场接线类型的变化。根据用户对系统参数的设置，本传感器输出相应的开关信号和4-20mA的模拟信号(由于模拟信号输出电路在本领域中属于常见电路，在此不作进一步限制)。

输出部分均设短路保护电路，该电路采样输出信号的电流值，电路的输出端连接MCU。该电路通过采样电阻采样输出信号的电流值，当输出信号大于400mA时，短路保护电路发送信号给MCU，MCU关闭出现短路输出，并在LCD界面上提示短路，等待用户将故障排除，较好地保护了整个应用系统的稳定工作。

如图3、4所示：

PNP输出部分：当控制信号为高电平时，三极管Q3导通，MOS管Q4导通，产生PNP输出信号，该电路上MOS管的输出串联一个自恢复保险丝F1，当电路中的电流超过自恢复保险丝的额定电流时，它自身的电阻就会变得很大，从而把整个电路中的电流降低，起到过载保护的作用。当控制信号为低电平时，PNP输出就关闭。

NPN输出部分：当控制信号为高电平时，MOS管Q5就导通，产生PNP输出信号，该电路上MOS管Q5的输出也串联一个自恢复保险丝F2，其作用与PNP输出部分相同。

Claims (10)

1、一种压力温度传感器，其电路部分为包括信号采集单元、MCU、显示单元和检测信号输出单元，其特征是所述信号采集单元包括采集温度信号的热敏电阻、采集压力信号的压力传感器、温度信号和压力信号的调理电路以及A/D转换电路；检测信号输出单元包括温度检测信号输出电路、压力检测信号输出电路；所述热敏电阻和压力传感器输出的温度和压力信号分别经过温度信号和压力信号的调理电路后，再经A/D转换传到MCU中；MCU把温度和压力信号处理后输出到显示单元，同时控制温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路的输出。

2、根据权利要求1所述的压力温度传感器，其特征是还包括键盘，键盘连接MCU的输入端。

3、根据权利要求1或2所述的压力温度传感器，其特征是所述A/D转换器至少包含2个通道。

4、根据权利要求3所述的压力温度传感器，其特征是温度检测信号输出电路有两路输出；压力检测信号输出电路有两路输出；所述两路输出是PNP/NPN开关信号输出和4-20mA的模拟信号输出。

5、根据权利要求4所述的压力温度传感器，其特征是所述压力传感器采用陶瓷压力感应片；所述压力信号的调理电路是信号放大电路；压力感应片产生的差分信号，经过信号放大电路放大后输出至A/D转换器的一个通道；MCU控制A/D转换器并从中读取压力数字信号，计算后，再将压力值送入显示单元显示出来；同时根据键盘输出的信号，控制压力检测信号输出单元输出相应的开关信号和/或模拟信号。

6、根据权利要求5所述的压力温度传感器，其特征是所述温度信号的调理电路是信号放大电路，该信号放大电路还包含一个恒流源；恒流源连接热敏电阻；热敏电阻两端的产生的电压信号经过信号放大电路放大后输出至A/D转换器的另一通道；MCU控制A/D转换器并从中读取温度数字信号，并在内部计算出实际的温度值送入显示单元；同时根据键盘输出的信号，控制压力检测信号输出单元输出相应的开关信号和模拟信号。

7、根据权利要求1或2所述的压力温度传感器，其特征是所述压力值的计算中的温度补偿方法是，MCU采集得到温度值，用该温度值计算相应的压力补偿，再将该补偿值计入系统的压力值内；所述压力补偿的方法如下：

所述压力传感器探头温漂在整个工作温度范围内满足一线性关系，即y1＝k*x+2.7，单位为Bar，x为实时温度，k＝-7/25，k为固定值；在某一温度下，将实际测量的压力值和该温漂作差就得到补偿后的压力值，假设实际测量压力部分为y2，则补偿后为y＝y2+(-y1)。

8、根据权利要求1或2所述的压力温度传感器，其特征是所述显示单元是LCD显示模块；

本传感器可0°、90°和180°三个方向显示数据，实现方法如下：

单片机先定义0°、90°和180°三个方向显示数据编码；再计算需要显示的数据；再判断键盘输入方向值，即用户使用键盘输入0°、90°和180°三个方向显示的指令；根据不同方向值调用不同方向的显示函数显示数据。

9、根据权利要求1所述的压力温度传感器，其特征是所述温度检测信号输出电路和压力检测信号输出电路分别设有短路保护电路；两个短路保护电路分别采集温度、压力检测信号输出电路的输出信号的电流，两个短路保护电路的输出端连接MCU。

10、根据权利要求1所述的压力温度传感器，其特征是结构部分包括探棒和主体；电路部分安装热敏电阻在主体内；探棒的一端与主体连接，热敏电阻和压力传感器设在探棒的另一端内；热敏电阻的周围填充导热体；热敏电阻的安装位置贴近压力传感器。

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