CN102353496B

CN102353496B - 一种压力变送器

Info

Publication number: CN102353496B
Application number: CN 201110276503
Authority: CN
Inventors: 周翔; 王汉其; 袁庆国
Original assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Sany Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: CN102353496A; CN202305072U; WO2012152172A1

Abstract

本发明提出了一种压力变送器，包括：根据激励电流产生差分电压的压力传感器芯体；与所述压力传感器芯体连接的，放大所述差分电压后输出相应信号，并能提供固定激励电压的信号变送处理电路；与所述压力传感器芯体和所述信号变送处理电路连接的，根据所述固定激励电压和不同的控制信号产生不同激励电流的激励电流产生单元。本发明通过改变压力传感器芯体的激励电流来实现压力量程的改变，在不改变测量精度的前提下，达到可以调节压力量程的目的。

Description

一种压力变送器

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是指一种压力变送器。

背景技术

传感器在科学研究和技术开发中，特别是在信息技术，自动化技术，现代制造等技术中，起着不可替代的作用，压力传感器是目前应用数量最多的一种传感器，广泛应用于石油、化工等工业领域、航空、航天等国防领域才以及其它领域。随着科学技术的不断发展，精度高、稳定性好、体积小、适应范围广将是压力传感器的发展方向。

在传感器的实际的测量中，人们往往期望传感器的测量量程（范围）很大，同时测量精度越高越好，然而对于相同的传感器，量程越大的压力传感器用于测量小量程压力就会影响精度。测量的范围和测量的精度就会出现矛盾。提高传感器的精度和采用多个不同量程的传感器是解决这个矛盾的方法，但是这类方式都存在一定弊端，对于提高精度来说，由于工艺以及技术的限制，对传感器测量精度的提高是有限的，并且精度的提高也意味着制造成本大幅度的增加；而对于采用多个不同量程的传感器的方式，会使测量部件增多，信号处理变得复杂，不利于维护，并且在实际运用中也存在困难。

发明内容

本发明提出一种压力变送器，通过改变压力传感器芯体的激励电流来实现压力量程的改变，在不改变测量精度的前提下，达到可以调节压力量程的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种压力变送器，包括：

根据激励电流产生差分电压的压力传感器芯体；

与所述压力传感器芯体连接的，放大所述差分电压后输出相应信号，并能提供固定激励电压的信号变送处理电路；

与所述压力传感器芯体和所述信号变送处理电路连接的，根据所述固定激励电压和不同的控制信号产生与所述控制信号对应的激励电流的激励电流产生单元；其中，所述激励电流产生单元对应所述不同的控制信号所产生的不同的激励电流用于形成不同的压力量程；所述控制信号为由高低电平组合形成的信号。

优选的，所述激励电流产生单元包括：

至少两个不同阻值的调节电阻；

与所述调节电阻连接的，根据不同的控制信号选择不同阻值的调节电阻的片选开关。

优选的，所述激励电流产生单元包括：

阻值可变化的调节电阻；

与所述调节电阻连接的，根据不同的控制信号确定所述调节电阻的不同阻值的片选开关。

优选的，还包括：

与所述激励电流产生单元连接的，产生不同控制信号的控制信号输入单元。

优选的，所述控制信号输入单元具体为根据高低电平的组合产生不同控制信号的控制信号输入线。

优选的，所述压力传感器芯体具体为由硅膜片组成的惠斯顿电桥。

本发明技术方案通过激励电流产生单元产生不同的激励电流，从而可以通过改变压力传感器芯体的激励电流来实现压力量程的改变，在不改变测量精度的前提下，达到可以调节压力量程的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种压力变送器优选实施例的结构示意图；

图2为本发明一种压力变送器一个具体实例的电气关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

压力变送器主要是由压力传感器芯体和传感器信号调理器（信号变送处理电路）以及一些外接电路组成。传感器芯体可以是一个惠斯顿电桥或其它的压阻芯体，对于惠斯顿压阻芯体来说，其输出差分电压具有U0=ΔRIA的关系，其中ΔR是由压力引起电桥电阻值的变化值，与压力量程成正比，具有高度线性度，IA为电桥的激励电流，U0为传感器芯体输出的差分信号（差分电压），这个关系式表明，传感器芯体输出差分电压与压力、激励电流的大小成正比，本发明通过调整激励电流IA来调整压力变送器的压力量程。

参照图1，在本发明一种压力变送器的第一实施例中，所述压力变送器包括压力传感器芯体110、信号变送处理电路120和激励电流产生单元130。

所述压力传感器芯体110根据激励电流产生差分电压，即所述压力传感器芯体110的输出与激励电流在关，其具体的关系式为：差分电压U0=ΔRIA，其中ΔR是由压力引起电桥电阻值的变化值，与压力量程成正比，具有高度线性度，IA为电桥的激励电流。在本发明的一个优选实施例中，所述压力传感器芯体110优选采用由四个压力敏感电阻组成的惠斯顿电桥，当然，所述压力传感器芯体110还可以采用其它的传感器结构，本发明对此不进行任何的限定。

所述信号变送处理电路120与所述压力传感器芯体110连接，用于放大所述压力传感器芯体110产生的差分电压后输出相应信号。

所述信号变送处理电路120还能提供固定激励电压，通过电源对信号变送处理电路供电，使其正常工作，信号变送处理电路120产生一个固定激励电压。

所述激励电流产生单元130与所述压力传感器芯体110和所述信号变送处理电路120连接的，用于根据所述固定激励电压和不同的控制信号产生不同的激励电流。

通过前面的描述可知，不同的激励电流可以对应不同的压力量程，从而产生不同的激励电流即可形成不同的压力量程。

在本发明的一个优选实施例中，所述激励电流产生单元130包括：

至少两个不同阻值的调节电阻；

另外，所述压力变送器还可以包括：

其中，所述控制信号输入单元具体为根据高低电平的组合产生不同控制信号的控制信号输入线。

参见图2，下面以一个具体实例对所述技术方案的工作过程和工作原理进行一个详细描述。

在图2中，IN+为激励电源正，IN-为激励电源负，INM为差分信号负输入，INP为差分信号正输入。

首先电源对信号变送处理电路IC0供电，使其正常工作，IC0产生一个固定激励电压Uc，Uc通过片选开关作用到其中的一个调节电阻Rn上，从而产生一个激励电流IS，IS与调节电阻的大小成反比，其中调节电阻（R1……Rn）的选择由片选开关决定，片选开关又由外部控制信号输入线（A1……An）决定，相当于一个译码器，比如，当A1和A2为低电平时，片选开关导通R1所在的引脚，激励电压Uc作用在R1上，产生一个相应的电流IS，IS＝Uc/Rn，那么R2……Rn所在的引脚断开，同样道理，当A1为低电平，A2为高电平时，则R2所在引脚导通，激励电压Uc作用在R2上，产生一个对应的激励电流，以此类推，改变外部输入控制信号的电平组合，可以选在不同的调节电阻，从而确定一个合适的激励电流IS。

在图2中，IS=IA，因为传感器芯体优选是一个由四个压力敏感电阻组成的惠斯顿电桥，激励电流经过传感器芯体M0之后，将产生一个正激励电压INP和一个负激励电压INM，INP-INM=U0，U0为传感器芯体的差分电压，差分电压输入到信号变送处理电路IC0，经过内部处理放大后，产生一个对应的输出信号。

本发明通过增加调节电阻，由信号变送处理电路IC0、传感器芯体M0和调节电阻组成一个恒定的电流源。其中IC0内部有一个能提供较大电流的运算放大，M0和调节电阻就相当于放大器的2个调整电阻，所以流过M0的电流IA和流过调节电阻的Rn电流IS相等。由于IS＝Uc/Rn，即IA＝Uc/Rn。式中，Uc是恒定不变的。这样电流IA和调节电阻的阻值Rn成反比，则有U0=ΔRUc/Rn=INP-INM，其中U0为传感器芯体的差分电压，差分电压进入IC0以后，经过变送放大处理，最后形成变送器的输出信号。电路中通过外接接口控制线A1至An确定片选开关S0与不同的调节电阻R1至Rn电气连接，来对变送器选择不同的调节电阻Rn。

量程与差分电压之间关系如下：

P_{1} &RightArrow; ΔR 1 &RightArrow; I_{1} ΔR 1 &RightArrow; ΔR 1 \frac{U_{C}}{R 1} &RightArrow; U_{0};

P_{2} &RightArrow; ΔR 2 &RightArrow; I_{2} ΔR 2 &RightArrow; ΔR 2 \frac{U_{C}}{R 2} &RightArrow; U_{0};

………………………………；

Pn &RightArrow; ΔRn &RightArrow; I_{n} ΔRn &RightArrow; ΔRn \frac{U_{C}}{Rn} &RightArrow; U_{0};

其中，R1、R2……Rn为调节电阻。

根据上面的量程推导公式可知，要使在不同压力量程下产生的差分信号都是一样的，当压力量程发生变化时候，桥电阻ΔR发生相应的比例变化，那么对应激励电流IA也需要作出相应反比例变化，而激励电流通过前述的切换激励电阻来改变，从而达到调节量程的效果。

在本发明的另一实施例中，还可以用阻值可变化的调节电阻替代至少两个不同阻值的调节电阻。即所述调节电阻的阻值可以调节，当所述固定激励电压作用于所述阻值可以调节的调节电阻上时，也会产生不同的激励电流，从而一样可以达到调节量程的效果。

因此，在所述实施例中，所述激励电流产生单元可以包括：

阻值可变化的调节电阻；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种压力变送器，其特征在于，包括：

根据激励电流产生差分电压的压力传感器芯体；

与所述压力传感器芯体和所述信号变送处理电路连接的，根据所述固定激励电压和不同的控制信号产生与所述控制信号对应的激励电流的激励电流产生单元；

其中，所述激励电流产生单元对应所述不同的控制信号所产生的不同的激励电流用于形成不同的压力量程；所述控制信号为由高低电平组合形成的信号。

2.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述激励电流产生单元包括：

至少两个不同阻值的调节电阻；

3.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，所述激励电流产生单元包括：

阻值可变化的调节电阻；

4.根据权利要求1至3任一项所述的压力变送器，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的压力变送器，其特征在于，所述控制信号输入单元具体为根据高低电平的组合产生不同控制信号的控制信号输入线。

6.根据权利要求5所述的压力变送器，其特征在于，所述压力传感器芯体具体为由硅膜片组成的惠斯顿电桥。