CN102519660A - 一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表 - Google Patents

Abstract

一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，包括压力传感元件、信号调理电路、微型计算机、模数转换器、显示屏、按键、电源和接头；其压力传感元件包括弹簧管、磁铁、霍尔元件，其弹簧管一端设有与压力源相连接头，另一端封闭为自由端；封闭端连接着磁铁支架，其上安装着一个磁铁，接头上部安装着霍尔元件支架，其上安装着霍尔元件，霍尔元件感应面正对并靠近磁铁；霍尔元件输出端与信号调理电路输入端相连，信号调理电路输出端与微型计算机模数转换器相连，微型计算机与显示屏和按键相连，压力传感元件安装在表壳内，弹簧管下方接电源。该压力表具备单位切换、零点校准、非线性补偿、温度补偿等辅助功能，精度高，寿命长，量程大，成本低。

Description

一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表

技术领域

本发明涉及一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表。

背景技术

计算机控制技术已经得到广泛应用，目前在压力表行业大部分的仪表还是采用的指针式结构，这种压力表大部分的结构由机械结构完成，机械结构由于容易磨损、弹簧在长时间使用时候容易失去弹性、读取数据难度大、单位切换难等缺点。而根据目前社会发展，大部分行业都在采用计算机智能控制，其直观的界面，人性化的设计更符合人们的需求。同时目前的数字压力表的传感器大部分采用的是陶瓷压力传感器，其缺点是价格贵，相对于相同精度的机械表，其价格是几倍甚至几十倍，性价比较低。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表。利用弹簧管、磁铁和霍尔元件组成压力检测单元，舍弃了机械表中的齿轮、游丝和指针等复杂机械机构，保留了关键的弹簧管结构。显示采用数字显示屏结构，微处理器采用嵌入式处理器。

本发明的采用的技术方案是：一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，它包括表壳、压力传感元件、信号调理电路、微型计算机、模数转换器、显示屏、按键、电源和接头；所述的压力传感元件包括弹簧管、磁铁、霍尔元件，其弹簧管一端设有与压力源相连接头，其另一端封闭为自由端；在封闭端连接着一个磁铁支架，其上安装着一个磁铁；接头上部安装着霍尔元件支架，其上安装着霍尔元件；霍尔元件的感应面正对并靠近所述的磁铁；霍尔元件输出端与信号调理电路输入端相连，信号调理电路输出端与微型计算机模数转换器相连，微型计算机与显示屏和按键相连，压力传感元件安装在表壳内，弹簧管下方连接电源。

本发明的技术方案中，所述的信号调理电路由温度补偿电路、信号滤波电路及信号放大电路顺序相连构成，其中温度补偿电路由热敏电阻组成。

本发明的技术方案中，所述的微型计算机采用单片机、ARM或者DSP。

本发明的技术方案中，所述的模数转换器采用单片机内部自带16位或者24位数模转换器，或者是外加16位或者24位模数转换器。

本发明的技术方案中，所述的显示屏采用LED屏、单色LCD屏或者彩色LCD屏。

本发明的技术方案中，所述的按键采用触摸式机械按键。

本发明的技术方案中，所述的电源为电池或者降压和整流滤波处理后的市电。

本发明利用机械表中的弹簧管，霍尔元件和磁铁组成压力检测单元。弹簧管一端连通压力源，另一端密封，为自由端，磁铁安装于弹簧管自由端，并使磁场方向与弹簧管自由端位移方向一致。霍尔元件靠近磁铁安装，使得弹簧管内流体压力变化引起弹簧管自由端磁铁产生线性位移，从而引起处于磁铁磁场中固定于安装于电路板的霍尔元件产生电信号，经过信号调理电路滤波和放大、模数转换器的模数转换，再送入微型计算机处理，最后由显示屏显示流体压力数值。微型计算机功能是对AD送入的数据进行插值处理、非线性校正、各种单位的切换、校准、调零、开机自检、低电压报警等，然后把数据传给显示屏进行显示。该方案成本低，采集数据灵敏度高，切换单位快，校准方便，工作状态数值显示直观。

本发明的实质性特点和进步主要体现在：结合机械表与数字表的优点，采用廉价的弹簧管、霍尔元件和小磁铁组成压力检测单元；采用16位或者24位AD采集数据，精度更高；通过软件抛物线插值方法，可以提高等级精度；通过微型计算机和软件实现单位的切换。无机械齿轮传动结构、无游丝、无指针，使得该款数字压力表无机械疲劳，无机械磨损，精度高，性能稳定，压力量程大，性价比高。

附图说明

图1为本发明的基于霍尔效应的弹簧管数字压力表原理框图

图2为本发明的基于霍尔效应的弹簧管数字压力表安装结构示意图

图3本发明的基于霍尔效应的弹簧管数字压力表中压力传感器原理图

图中：1-接头，2-弹簧管，3-磁铁支架，4-磁铁，5-霍尔元件，6-霍尔元件支架，7-磁通线，8-信号输出端。

具体实施方式

本发明的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表原理图如图1所示，它包括压力传感元件、信号调理电路、微型计算机、模数转换器、显示屏、按键、电源和接头；所述的压力传感元件包括弹簧管2、磁铁4、霍尔元件5，其弹簧管2一端设有与压力源相连接头1，其另一端封闭为自由端；在封闭端连接着一个磁铁支架3，其上安装着一个磁铁4；接头1上部安装着霍尔元件支架6，其上安装着霍尔元件5；霍尔元件5的感应面正对并靠近所述的磁铁4；霍尔元件输出端与信号调理电路输入端相连，信号调理电路输出端与微型计算机模数转换器相连，微型计算机与显示屏和按键相连，压力传感元件安装在表壳内。

本发明的基于霍尔效应的弹簧管数字压力表安装结构如图2所示：弹簧管2是中空结构，流体或空气可以进入其中。弹簧管一端通过接头1连接压力源，另一端封闭，为自由端。在封闭端连接一个磁铁架子3，其上安装一个磁铁4，压力源压力使得弹簧管自由端发生位移时，磁铁中心磁力线与位移方向一致。在磁铁4正对下方紧邻安置霍尔元件5。基于霍尔效应，压力源压力使得弹簧管自由端发生位移时，磁铁随其一起产生位移，从而在霍尔元件5输出端形成对应的电压信号。此信号经过硬件方式和软件方式进行处理，硬件通过温度补偿和滤波放大等处理，软件通过滤波和抛物线插值等处理，处理后此信号与实际压力值相匹配，同时可以通过软件根据显示单位的变化而对显示值进行自动调整。

本发明的基于霍尔效应的弹簧管数字压力表中压力传感器压力检测原理如图3所示：磁铁4为永磁铁，其磁场磁力线7，在磁场中放置霍尔元件5，检测磁通量大小，磁铁4安装在弹簧管的自由端的磁铁架子上3，当弹簧管内压力改变时，磁铁也会随弹簧管自由端发生线性移动，这样就引起了通过霍尔元件的磁通量改变，并在霍尔元件输出端形成电压值ΔU，完成了压力的检测。

本发明的系统原理为：压力传感器检测流体压力的大小并形成电压信号ΔU，经过信号调理电路硬件滤波和放大。考虑到霍尔元件是一种对于温度敏感的元件，所以用热敏电阻对其进行温度补偿。其电阻与霍尔元件相匹配，使得系统整体的阻抗保持在一个稳定水平，起到补偿的作用。经过信号调理电路处理的信号送到模数转换器AD。AD转换后的数据传入微型计算机中进行处理。首先是软件滤波，在采集过程中由于各种干扰可能会产生错误的数据，通过软件滤波，去除最大和最小值然后取平均值就能避免这种错误。然后由于霍尔元件在检测磁通量的时候，其不是完全的线性，而是一个抛物线，所以要采用抛物线插值方法对其进行处理，在校准时候先用高一级精度压力表采集一批标准样本数据，然后通过这些样本数据，根据抛物线插值公式进行转换，校准本发明所述数字压力表，可以得到理想的精度。

本发明的显示部分可以显示PSI、BAR、KPA、MPA、KG等五种单位，其通过一个按键控制，按键按下则切换一个单位，依次循环。

发明电子部分通用性好，通过更换不同杨氏模量弹簧管，能适应不同的压力量程范围。

本发明可采用电池供电或者市电供电，并设置了连续工作模式和间断工作模式。出于节电考虑，数字压力表在间断工作模式时，可延时自动进入休眠状态，通过按键唤醒方式显示当前流体压力数值。

Claims (7)

1.一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于，它包括表壳、压力传感元件、信号调理电路、微型计算机、模数转换器、显示屏、按键、电源和接头；所述的压力传感元件包括弹簧管(2)、磁铁(4)、霍尔元件(5)，所述的弹簧管(2)一端设有与压力源相连接头(1)，其另一端封闭为自由端；在封闭端连接着一个磁铁支架(3)，其上安装着一个磁铁(4)，接头(1)上部安装着霍尔元件支架(6)，其上安装着霍尔元件(5)，霍尔元件(5)的感应面正对并靠近磁铁(4)；霍尔元件输出端与信号调理电路输入端相连，信号调理电路输出端与微型计算机模数转换器相连，微型计算机与显示屏和按键相连，压力传感元件安装在表壳内，弹簧管下方连接电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的信号调理电路由温度补偿电路、信号滤波电路及信号放大电路顺序相连构成，其中温度补偿电路由热敏电阻组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的微型计算机采用单片机、ARM或者DSP。

4.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的模数转换器采用单片机内部自带16位或者24位数模转换器，或者是外加16位或者24位模数转换器。

5.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的显示屏采用LED屏、单色LCD屏或者彩色LCD屏。

6.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的按键采用触摸式机械按键。

7.根据权利要求1所述的一种基于霍尔效应的弹簧管数字压力表，其特征在于：所述的电源为电池或者降压和整流滤波处理后的市电。

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