CN105466609A - 一种电容式微差压智能变送器 - Google Patents

Abstract

一种电容式微差压智能变送器。本发明实现了一种以电容式压力传感器为基础的微差压智能变送器，将压力测量范围缩小到0～1kPa，测量误差≤±100.1～0.15％（F.S），是可行有效的，可广泛应用于工业生产领域。本发明包括检测部分和转换部分两部分，其结构要点是：压力源所产生的压力送给检测部分，其中检测部分为传感器构成，然后检测部分将压力信号、差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数；转换部分由信号转换电路、中央处理器单元、D/A构成，转换电路通过设置的信号转换电路、中央处理器单元、D/A将电容变化量转化为4-２０ｍＡ方便检测的电流信号输出；转换部分外界设置有通信电路和人机交互界面。

Description

一种电容式微差压智能变送器

技术领域

本发明是应用在工业应用领域中的微小压力测量，具体地涉及一种电容式微差压智能变送器。

背景技术

压力测量是工业中最基本的测量之一。随着工业水平的发展，新的制造技术，材料技术，微电子技术，信息技术的压力传感器技术突飞猛进，压力传感器由最原始的弹簧管式、膜片式、隔膜式表发展到电阻应变式、电容式、压电式、扩散硅压阻式等。根据不同特性的传感器，发展成了各种压力变送器。同时按照不同被测压力源,压力变送器又可分为绝对压力变送器,高静压变送器，低、中、高差压变送器,微差压变送器等。在化工、石油、冶金、电站等主要以电容式变送器为主。

随着工业的发展，越来越多的场合需要测量液体、气体和蒸汽、液位等的微小压力参数。传统的智能压力变送器不能很好的满足压力测量上的要求，因此，需要设计高精度的微差压变送器，来满足微小压力的测量。目前国内的微差压变送器相关设计主要采用扩散硅压力变送器。扩散硅压力变送器的原理是将被测介质的压力直接作用于传感器的扩散硅膜片上，通过电子线路检测位移量，通过计算最终生成标准工业压力测量信号，通过压力和膜片位移变化的关系来实现压力的测量。工艺的原因使扩散硅传感器的超差性能差，同时由于硅膜片的特性，使得扩散硅压力变送器在低于0℃后，温度稳定性大幅度降低，同时不能承受动态压力并且膜片较易损伤。电容式变送器的传感器是一个完全封闭的组件。

过程压力、差压通过隔离膜片和灌充液硅油传到传感膜片引起位移，传感膜片和两电容极板之间的电容差由电子部件转换成(4～20)mA的两线制输出的电信号。因此电容变送器可做到极低压力，抗过载能力强。它的输出信号比扩散硅压力变送器稳定，精度，线性度，漂移都比扩散硅压力变送器要高，相对于可控硅传感器有更好的精度。目前国内尚无电容式微差压变送器类产品的生产厂家，只是一些科研院所在进行某些课题或项目时进行过类似的应用，而国外产品的价格高，型号单一，无法满足具体用户的使用要求。

因此要实现以电容传感器为基础的智能型微差压变送器，对工业的发展是十分重要的。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种电容式微差压智能变送器，本发明采用低功耗硬件技术，以MSP430F5438为主控芯片，基于HART通信协议，采用软件方法解决了传感器的零点漂移、温度漂移、传感器在量程范围内的线性及非线性补偿。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种电容式微差压智能变送器，其中包括检测部分和转换部分两部分，其结构要点是：压力源所产生的压力送给检测部分，其中检测部分为传感器构成，然后检测部分将压力信号、差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数；转换部分由信号转换电路、中央处理器单元、D/A构成，转换部分通过设置的信号转换电路、中央处理器单元、D/A将电容变化量转化为4-２０ｍＡ方便检测的电流信号输出；转换部分外界设置有通信电路和人机交互界面。

作为本发明的一种优选方案，本发明所述的转换部分内部设置的电子电路有信号转换电路、中央处理器单元、D/A三大电路，来完成对传感器的温度补偿，调零，量程设置。

作为本发明的另一种优选方案，所述的检测部分将压力转化为差动电容变化，并将电容信号转化为电流信号传送到主控芯片。

进一步地，本发明所述的中央处理器单元是由主控芯片MSP430F5438单片机来实现的。

本发明的有益效果是。

本发明采用低功耗硬件技术，以MSP430F5438为主控芯片，基于HART通信协议，采用软件方法解决了传感器的零点漂移、温度漂移、传感器在量程范围内的线性及非线性补偿，并且实现了一种以电容式压力传感器为基础的微差压智能变送器，将压力测量范围缩小到0～1kPa，测量误差≤±100.1～0.15％（F.S），是可行有效的，可广泛应用于工业生产领域。

附图说明

图1是本发明一种电容式微差压智能变送器原理框图。

其中，1为压力源、2为检测部分、3为转换部分、4为信号转换电路、5为中央处理器单元、6为D/A、7为通信电路、8为人机交互界面、9为4-２０ｍＡ。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种电容式微差压智能变送器原理框图。图中包括检测部分２和转换部分３两部分，压力源１所产生的压力送给检测部分２，其中检测部分２为传感器构成，然后检测部分２将压力信号、差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数；转换部分３由信号转换电路４、中央处理器单元５、D/A６构成，转换部分３通过设置的信号转换电路４、中央处理器单元５、D/A６将电容变化量转化为4-２０ｍＡ９方便检测的电流信号输出；转换部分外界设置有通信电路７和人机交互界面８。

本发明所述的转换部分３内部设置的电子电路有信号转换电路４、中央处理器单元５、D/A６三大电路，来完成对传感器的温度补偿，调零，量程设置；所述的检测部分２将压力转化为差动电容变化，并将电容信号转化为电流信号传送到主控芯片；所述的中央处理器单元５是由主控芯片MSP430F5438单片机来实现的。

Claims (4)

1.一种电容式微差压智能变送器，其中包括检测部分（2）和转换部分（3）两部分，其特征在于：压力源（1）所产生的压力送给检测部分（2），其中检测部分（2）为传感器构成，然后检测部分（2）将压力信号、差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数；转换部分（3）由信号转换电路（4）、中央处理器单元（5）、D/A构成（6），转换部分（3）通过设置的信号转换电路（4）、中央处理器单元（5）、D/A（6）将电容变化量转化为4-２０ｍＡ（9）方便检测的电流信号输出；转换部分（3）外界设置有通信电路（7）和人机交互界面（8）。

2.根据权利要求1所述的一种电容式微差压智能变送器，其特征在于：本发明所述的转换部分（3）内部设置的电子电路有信号转换电路（4）、中央处理器单元（5）、D/A（6）三大电路，来完成对传感器的温度补偿，调零，量程设置。

3.根据权利要求1所述的一种电容式微差压智能变送器，其特征在于：所述的检测部分（2）将压力转化为差动电容变化，并将电容信号转化为电流信号传送到主控芯片。

4.根据权利要求3所述的一种电容式微差压智能变送器，其特征在于：本发明所述的中央处理器单元（5）是由主控芯片MSP430F5438单片机来实现的。