CN103913266A - 压力传感器以及压力变送器 - Google Patents

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李凤奎
伍正辉
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SHANGHAI ZHAOHUI PRESSURE APPARATUS CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种压力传感器以及压力变送器，该压力传感器包括一弹性体、一硅应变计以及三个硅电阻，该硅应变计以及该些硅电阻通过玻璃微熔技术烧结在该弹性体表面，该硅应变计以及该些硅电阻组成一惠斯登电桥；该压力变送器包括一压力传感器、一补偿单元，该压力传感器与该补偿单元相连，该补偿单元用于对该惠斯登电桥输出的一电信号基于该惠斯登电桥所处环境温度进行温度补偿。本发明克服了传感器输出信号的非线性、易于操作、提高了稳定性、降低了生产成本以及提高了生产效率。

Description

压力传感器以及压力变送器
技术领域
本发明涉及一种压力传感器以及一种压力变送器，特别涉及一种压力传感器以及使用该压力传感器的压力变送器。
背景技术
基于半导体压阻效应制成的硅压力传感器在测量过程中要和被测物体接触才能测量结果。由于被测物体的温度变化使传感器的压阻系数产生变化，所以压阻效应的原理本身会引起传感器输出的温度漂移。同时由于制造工艺所造成传感器电桥电阻的不对称，桥臂电阻的漏电流以及装配应力等因素还会造成传感器输出信号的非线性，严重影响传感器的灵敏度及测量的精确性。因此对补偿硅扩散硅传感器的温度误差及非线性进行压力测量也成为了传感器生产的重要工作。采用传统方式补偿方法需要采集和记录大量的数据、生产周期长、造价高、成本高以及易受到破坏等。
发明内容
本发明提供了一种压力传感器，该压力传感器包括一弹性体、一硅应变计以及三个硅电阻；
该硅应变计以及该些硅电阻通过玻璃微熔技术烧结在该弹性体表面；
该硅应变计以及该些硅电阻组成一惠斯登电桥。
较佳地，该弹性体为金属腔体。
较佳地，该弹性体为使用钢材质的金属腔体。
该压力传感器采用玻璃微熔技术，本领域技术人员应当清楚该玻璃微熔技术为本领域的用于焊接的一种现有技术，通过该玻璃微熔技术能够实现将该硅应变计以及该些硅电阻烧结在该金属腔体表面。首先该金属腔体由17-4PH不锈钢整体车出来，通过玻璃微熔技术利用高温玻璃粉将该硅应变计以及该些硅电阻烧结在该金属腔体表面，适应高压力过载，能有效抵御瞬间压力冲击。17-4PH是马氏体沉淀硬化型不锈钢，特点是易于调整强度级别，可通过变动热处理工艺予以调整，17-4PH衰减性能好，抗腐蚀疲劳及抗水滴性能强，经过热处理后，可以达到高达1100-1300兆帕（mpa）的耐压强度
本发明还提供了一种压力变送器，该压力变送器包括一如上所述的压力传感器、一补偿单元；该压力传感器与该补偿单元相连；
该补偿单元，用于对该惠斯登电桥输出的一电信号基于该惠斯登电桥所处环境温度进行温度补偿。
由于周围环境的温度变化会使电子元器件以及电路的电阻值变化，电阻值的变化会使电路的输出产生漂移，这种情况称为温度漂移，本发明中该补偿单元根据该压力传感器周围环境的温度，相应的对该惠斯登电桥的输出进行补偿，这种补偿称为温度补偿。
较佳地，该补偿单元为MAX1452数字补偿芯片。
该MAX1452数字芯片由美信（MAXIM）公司生产，美信公司是一家著名的模拟信号和混合信号半导体公司。MAX1452是一款高度集成的模拟传感器信号处理器，优化于工业和过程控制中采用阻性元件的传感器。MAX1452具有放大、校准和温度补偿功能，可以逼进传感器所固有的可重复指标。全模拟信号通道不会在输出信号引入量化噪声，利用集成的16位数模转换器(DAC)实现数字化校正。用16位DAC对信号的偏移量和跨度校准，赋予了传感器产品真正的可互换性。MAX1452结构包含可编程传感器激励、16级可编程增益放大器(PGA)、768字节(6144位)内部电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、四个16位DAC、一个独立的运算放大器以及内部温度传感器。除偏移量和跨度补偿外，MAX1452还利用偏移温度系数(TC)和跨度温度系数(FSOTC)提供独特的温度补偿。
较佳地，该压力变送器还有一电源管理芯片，该电源管理芯片用于给该压力变送器提供电源。
较佳地，该电源管理芯片为MIC5233低压差降压芯片。
该MIC5233是由麦克雷尔（MICREL）公司生产的一种低压差降压芯片。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：克服了传感器输出信号的非线性，易于操作、提高了稳定性、降低了生产成本以及提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的压力变送器的结构框图。
图2为本发明的实施例2中的压力变送器的结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例中的压力变送器包括一压力传感器1以及一补偿单元2。该压力传感器1包括一弹性体、一硅应变计以及三个硅电阻，该压力传感器1采用玻璃微熔技术，该金属腔体由17-4PH不锈钢整体车出来，并通过高温玻璃粉将该硅应变计以及该些硅电阻烧结在该金属腔体表面，适应高压力过载，能有效抵御瞬间压力冲击。通过补偿板将烧结在该金属腔体表面的该硅应变计以及该些硅电阻引出，并在该补偿板上组成惠斯登电桥，该硅应变计以及该些硅电阻组成惠斯登电桥的四个桥臂。该弹性体没有受压时，该硅应变计与该些硅电阻的阻值相同，惠斯登电桥处于平衡状态，当该弹性体受到压力发生形变时，烧结在该弹性体表面的该硅应变计也发生形变，并因为压阻效应而产生电阻值变化，此时惠斯登电桥失去平衡，产生一正比于该弹性体所受压力的电压输出。该补偿单元2在本实施例中为MAX1452数字补偿芯片，该惠斯登电桥的输出接MAX1452的差分信号输入端，同时MAX1452为惠斯登电桥提供电桥所需要的激励源（包括电压激励和电流激励）。MAX1452结构包含可编程传感器激励、16级可编程增益放大器(PGA)、768字节(6144位)内部电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、四个16位DAC、一个独立的运算放大器以及内部温度传感器。除偏移量和跨度补偿外，MAX1452还利用偏移温度系数(TC)和跨度温度系数(FSOTC)提供独特的温度补偿。该MAX数字补偿芯片中的温度补偿电路将温度变化划分为若干小区间，每一个小区间的零位和补偿值都被分别写入该补偿电路中，每一个温度点都是该变送器的“校准温度”。该MAX1452数字补偿芯片采集该惠斯登电桥的输出电压，并与该MAX1452数字补偿芯片内部温度通过进行数据处理并输出对应该内部温度的压力值。
实施例2
如图2所示，本实施例中的压力变送器3包括一压力传感器31，一补偿单元32以及一电源管理芯片33。该压力传感器31与实施例1中的该压力传感器相同，该补偿单元与实施例1中的该补偿单元相同。在本实施例中该电源管理芯片采用MIC5233低压差降压芯片，该MAX1452数字补偿芯片额定工作电压为5V，该MIC5233低压差降压芯片用于将24V的电源输入转成5V的电源为该MAX1452数字补偿芯片供电。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括一弹性体、一硅应变计以及三个硅电阻；
该硅应变计以及该些硅电阻通过玻璃微熔技术烧结在该弹性体表面；
该硅应变计以及该些硅电阻组成一惠斯登电桥。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，该弹性体为金属腔体。
3.如权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，该弹性体为使用钢材质的金属腔体。
4.一种压力变送器，其特征在于，该压力变送器包括一如权利要求1所述的压力传感器、一补偿单元；该压力传感器与该补偿单元相连；
该补偿单元用于对该压力传感器的该惠斯登电桥输出的一电信号基于该压力传感器所处的环境温度进行温度补偿。
5.如权利要求4所述的压力变送器，其特征在于，该补偿单元为美信公司生产的MAX1452数字补偿芯片。
6.如权利要求4或5所述的压力变送器，其特征在于，该压力变送器还有一电源管理芯片，该电源管理芯片用于给该压力变送器提供电源。
7.如权利要求6所述的压力变送器，其特征在于，该电源管理芯片为麦克雷尔公司生产的MIC5233低压差降压芯片。
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