CN105571764A - 远传数字式压力测量装置 - Google Patents
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Abstract
<b>一种远传数字式压力测量装置，在与被测压力源连接的测量压力波登管端头上安装测量压力电容器中一块电极板，和固定在测量装置支架上的另一块电路板构成与外部被测压力关联的测量压力电容器</b><b>Cx</b><b>，由</b><b>Cx</b><b>决定振荡频率的振荡器将被测压力的变化转换为数字化的频率变化信号。压力测量数据通过数字化转换设计，可以实现非接触无指针压力测量的前提下，测量精确度提高到</b><b>0.5</b><b>％以上，方便地实现远方双向数字化通信传送；压力测量值的数字化过滤，可以方便地过滤掉机械振动等给压力测量造成的不稳定影响。本发明结构简单、成本低、高精度、高可靠，配合无极性二线制双向通信电源一体化接口设计，可以广泛应用于有压力测量且需远方数字化管理的场合。</b>
Description
技术领域
一种远传数字式压力测量装置。
背景技术
压力测量是自动化设备中非常常用的物理量测量，特别是随着液压设备的广泛应用，压力测量日益广泛。压力测量装置公知的有指针式压力表，它精度低，易损坏，无法远方抄读。有专用压力变送器可以实现数字化读取，但成本高、安装复杂。
公开了一种《电容式远传压力表》实用新型，ZL93225621.X提供了一种《远传压力表》。该两种实用新型在原有机械压力表零件外，另加一个由动片、定片组成的空气电容器作为压力电信号转换器，将电容器的动片安装在压力表扇形齿轮上，而将定片安装在压力表夹板上形成一个空气电容器，将电容变化变换为电流信号输出。其中一个实用新型通过提供的电路图将电压幅度值V与振荡频率通过调整使其为定值，试图实现流过测量电容Cx的电流与Cx电容值成正比，而Cx值与被测压力成正比。该技术方案至少存在以下不足：
第一，在扇形轮上安装空气电容器改装任务大，安装不方便；
第二，其中一个提供电流转换电路的实用新型采用一个三极管进行二次仪表的线性化处理，线性化效果差、测量精度低、稳定性差；
第三，电容式测量在不采取屏蔽措施时，极易受外部感应影响，测量的精度、稳定性会受影响；
第四，以电流的方式输出影响远距离测量的精度和可靠性。
发明内容
本发明的目的是发明一种便于安装的、数字化的、可在远方设置和抄读的、高精度、高稳定性的压力测量装置。
本发明是这样实现的：
图1是本发明的远传数字式压力测量装置的的示意图。（1）是测量压力的弹性敏感元件波登管（Bourdontubes），又称弹簧管（膨胀管）；（2）是在波登管端头用于固定测量压力电容器中一块电极板A的固定件；（3）是测量压力电容器一块电极板A；（4）是测量压力电容器中另一块电极板B；电极板（3）和（4）有一定的面积，近似平行放置，互不连通，构成一个平板电容。（5）是本发明的主控制电路板。主控制电路板（5）被固定在远传数字式压力测量装置的支架上，而测量压力电容器中另一块电极板B（4）则和（5）固定在一起。在波登管中被测量压力增大时，波登管向外侧伸展，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着远离测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器容量减小。在波登管中被测量压力减小时，波登管向内侧收缩，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着靠近测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器容量加大。（6）是压力测量装置的支架；（7）是压力测量装置的外壳。
图2是本发明主控电路的原理框图。Cx是由电极板（3）和（4）构成的与被测量压力相关的所述测量压力电容器；（8）是RCx电阻电容振荡器或LCx电感电容振荡器，其中电阻R和电感L的值是固定的，测量压力电容器Cx的电容量决定振荡频率。（9）是振荡器（8）输出振荡信号的周期或频率的测量单元，其中包含测量原始数据累加平均处理软件，以消除测量过程中的数据跳变，实现原始测量数据的平滑输出。（10）是测量数据线性化解调测量处理单元。在很多情况下，（9）、（10）和（11）由同一个微处理器（单片机）完成。在测量过程中，被测量压力变化导致波登管位移变化，由位移变化构成电容器Cx的电容量变化，电容量变化造成振荡器的频率变化，由变化的频率（周期）测量值计算解调出可以直接读取的数字化被测压力值。这其中被测压力变化导致的波登管位移变化，最后解调出可读的高精度的数字化压力测量值需要作线性化解调处理。（11）是贮存和处理单元。（12）是通信接口和电源提供电路单元。（13）是远方管理站，由使用方进行远方管理。贮存和处理单元（11）至少要完成以下任务：
a、将所述数字化被测压力值进刷新贮存，备用；
b、有本地显示功能的远传数字式压力测量装置将用所述数字化被测压力值送本地显示器显示；
c、接收来自通信接口（12）的指令，并执行指令；
d、需要时设置、贮存能被远方管理站寻址的地址信息。
通信接口和电源提供电路单元（12）的主要任务至少有：
a、接收通过外部信道来自远方管理站（13）的指令并发送到贮存和处理单元（11）；
b、将贮存和处理单元（11）发送的信息通过外部信道发送到远方管理站（13）；
c、通过外部信道获取所述远传数字式压力测量装置所需要的工作电源。
与被测压力源相连接的波登管（1），在被测压力增大时，波登管（1）的端头向外伸展，带动固定在端头上的测量压力电容器中一块电极板A（3）向着远离测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器Cx容量减小。在波登管中被测量压力减小时，波登管向内侧收缩，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着靠近测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器Cx容量加大。所述电容器Cx容量随被测压力度化而关联变化，引起由Cx决定振荡频率的振荡器（8）输出信号频率（周期）的关联变化。被测压力改变量导致波登管端头位移的改变量，在相同的被测压力改变量下，波登管端头位移的改变量越大测量的灵敏度越高。通常情况下，在正常测量范围内通过设计波登管的长度、壁厚、弹性，保证波登管端头约有1.8mm左右位移量。平板电容器的电容量正比于极板面积，反比于极板间的距离。构成所述电容器Cx的电极板A（3）和电极板B（4）构成电容器部分的面积越大，其（3）和（4）之间改变相同的距离，引起的电容器Cx容量的改变量也越大，其测量精度就可以做得越高。（9）是振荡器（8）输出振荡信号的频率或周期的测量单元，现在有很多技术可以完成十分精确的周期（频率，与周期互为倒数）测量。一个实施例，振荡器（8）的输出直接连接到（9）、（10）、（11）中微处理器（单片机）的外部中断输入引脚上，用输入信号的边沿触发中断，然后用微处理器（单片机）内部定时器及计算单元计算出输入信号的中断间隔时间亦即周期值。当微处理器（单片机）内部振荡源采用十几兆赫兹时，测量的信号周期值可精确到ns级。为了防止测量过程中由于机械振动造成的测量值跳动，可以将远大于机械振动周期的N个周期的原始测量值累加起来再进行平均，计算出振荡信号周期平均值，就可以得到克服周期性振动变化造成的数据跳变，获得稳定的测量数据。本发明的一个实施例，将累加周期数、计算平均值的参数等数据项作为可以设置的参数，通过（11）的本地设置口或远方管理站（13）按约定的通信协议进行设置。由（9）、（10）、（11）直接通过测量（8）振荡信号周期得到的振荡信号周期平均值要通过（11）作线性化处理和解调处理才能转化为被测压力源的压力数据。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，将所述振荡信号周期平均值先作数据预处理，其中将测量范围以外的基础数据先扣除再生成待转换测量数据；第二步通过实验用软件建立一个转换数据列表，将每个测量范围内的所述待转换测量数据值都对应一个确定的压力测量值；第三步，当所述线性化处理和解调处理装置程序在处理到所述待转换测量数据值后，用待转换测量数据作为转换数据列表中的坐标，再从该坐标中获取对应的压力测量值。由于所述转换数据列表是经过实验和线性化的，所有获得的测量压力值有极高的测量精度，通常可以达到0.5级以上的测量精度。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，通过实验将所述振荡信号周期平均值和实际测量的压力输出值之间建立一个数学模型和数学公式；第二步，以测量范围内的所述待转换测量数据值作为数学公式的参数，通过计算算出对应的确定的压力测量值。这种方法依赖于数学公式与实验数据的一致性。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，通过实验将所述振荡信号周期平均值和实际测量的压力输出值之间建立一个数学模型和数学公式；第二步，以测量范围内的所述待转换测量数据值作为数学公式的参数，通过计算算出对应的确定的“待使用压力测量值”。第三步，通过实验用软件建立一个以“待使用压力测量值”为源数据的转换数据列表，进行二次用列表查表输出实际压力测量值，或在列表中查出偏差值再进行计算出实际压力测量值。
前一种方法要获得较高测量精度时，转换数据列表必须足够大，占用程序空间比较大，但现代单片机道常都可以提供足够的空间，必要时还可以外部扩展数据列表。后一种方法需要精准建立数学模型和计算公式。再后一种方法兼顾前二种方法，先进行计算，缩小查表的数量，再通过查表获得高精度测量数据。
测量压力电容器中一块电极板A（3）和测量压力电容器中另一块电极板B（4）构成平板电容器部分的面积越大，测量极板间距离的灵敏度越高，测量精度也越高。在现有技术条件下，电容极板面积只要超过180平方毫米，极板间距离由0.2mm变化至2.2mm足可以获得0.5％以上的压力测量精度。
一种远传数字式压力测量装置，有测量压力的波登管，有包括与波登管端头一起移动电极板（3）在内的测量压力电容器Cx，有由Cx电容器容量决定振荡频率的振荡器（8），有测量振荡信号周期（频率）的测量单元（9）、测量数据线性化解调测量处理单元（10）、贮存和处理单元（11）、通信接口和电源提供电路单元（12），其特征是：
a、测量压力电容器Cx中电极板（3）被固定在与波登管端头一起移动的装置上，测量压力电容器Cx中另一电极板（4）被固定在与支架固定在一起的主电路板上；
b、设计有由波登管位移变化而改变容量的测量压力电容器Cx，和由Cx决定振荡频率高低的振荡器（8）；
c、通过单元（9）、（10）、（11）对振荡器（8）输出信号周期（频率）的测量和测量数据线性化解调处理得到被测量压力的数字化压力值；
d、与远方管理站（13）双向通信和由远方管理站（13）供电的接口是无极性的、二线制的、供电和通信一体化的。
附图说明
图1是本发明的远传数字式压力测量装置的的示意图。（1）是测量压力的弹性敏感元件波登管（Bourdontubes），又称弹簧管（膨胀管）；（2）是在波登管端头用于固定测量压力电容器中一块电极板A的固定件；（3）是测量压力电容器中一块电极板A；（4）是测量压力电容器中另一块电极板B；电极板（3）和（4）有一定的面积，近似平行放置，互不连通，构成一个平板电容；（5）是本发明的主控制电路板。主控制电路板（5）被固定在远传数字式压力测量装置的支架上，而测量压力电容器中另一块电极板B（4）则和（5）固定在一起。在波登管中被测量压力增大时，波登管向外侧伸展，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着远离测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器容量减小。在波登管中被测量压力减小时，波登管向内侧收缩，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着靠近测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器容量加大；（6）是压力测量装置的支架；（7）是压力测量装置的外壳。
图2是本发明主控电路的原理框图。Cx是由电极板（3）和（4）构成的与被测量压力相关的所述测量压力电容器；（8）是RCx电阻电容振荡器或LCx电感电容振荡器，其中电阻R和电感L的值是固定的，测量压力电容器Cx的电容量决定振荡频率；（9）是振荡器（8）输出振荡信号的频率或周期的测量单元，其中包含测量原始数据累加平均处理软件，以消除测量过程中的数据跳变，实现原始测量数据的平滑输出；（10）是测量数据线性化解调测量处理单元。在测量过程中，被测量压力变化导致波登管位移变化，由位移变化构成电容器Cx的电容量变化，电容量变化造成振荡器的频率变化，由变化的频率（周期）测量值计算解调出可以直接读取的数字化被测压力值；（11）是贮存和处理单元；（12）是通信接口和电源提供电路单元；（13）是远方管理站，负责管理本发明的远传数字式压力测量装置，其中包含但不限于抄读压力数据等等。
图3是测量压力电容器一块电极板A（3）和测量压力电容器另一块电极板B（4）的一个实施例示意图。它由双面印制电路板构成，其中（33）是双面印制电路板的绝缘基板；（34）是一侧面的导电极板，与固定支架焊接在一起，其中与电极板A（3）焊接在一起的支架，固定在用于固定测量压力电容器中一块电极板A的固定件（2）上，与电极板B（4）焊接在一起的支架固定在主控制电路板（5）上；（32）是印制电路板的另一面电极板，是构成测量电容器Cx的极板，电容器的两块极板的该面面对面放置，以使电容器距离最小；（31）是印制电路导电层表面的绝缘涂层，保证即使两块极板碰到一起也不会造成短路。
图4是RCx电阻电容振荡器（8）的一个实施例。U1和U2是集成电路中的两个等效非门；Cx和C1、C2可以等效看成一个测量电容器Cx’，R2和Cx’决定该电阻电容振荡器的频率；R1并不是必须的，有R1可以提高该振荡器的稳定性和安全性（不加R1时，该处会有一个远高于电源电压的振荡信号加在非门U1的输入端）；X1端和X2端都可以成为振荡器的输出端。
图4中C1和C2是保证振荡器安全可靠工作的实施例。C1和Cx是并联连接的，而C2和Cx是串联连接的。C2的电容量设计为远远大于Cx的最大电容量，当Cx正常时，C2几乎不影响测量，但当Cx两块极板因故障短路时，C2就成为振荡器的电容，保证振荡器继续振荡。C1的功能则是解决Cx的另一种故障：C1的电容量设计为远小于Cx的最小电容量，当Cx因故障电容量接近于零时，C1可以维持振荡器振荡。
图5是提高远传数字式压力测量装置可靠性的一个实施例。（14）是本发明远传数字式压力测量装置含振荡器（8）的原理框图；（15）是振荡器（8）电路中的公共信号地，Co是跨接在公共信号地在（15）和外壳（7）之间的去耦电容。在本实施例中，外壳是金属制成的，上面的标牌也是金属的。去耦电容Co电容量足够大，相当于将振荡电路置于电场屏蔽体内。Co在设计时应满足绝缘耐压的需要。
图6是本发明远传数字式压力测量装置中通信接口电路的一个实施例。D1是保护元件，吸收瞬间过压能量；D2、D3、D4、D5构成整流桥路，使二线输入电路无极性；D6是整流二极管，电阻R5，电容C3、C4，三端稳压电源U3一起构成工作电源电路；电阻R11、R12、R13、R14和比较器U4构成接口的输入电压信号解调电路，解调出的通信信号直接输至（11）；电阻R9、R10、R6、R7、R8和三极管Q1、Q2构成接口输出通信电流信号电路；Co是跨接在电路信号地和外壳7之间的去耦等效电容，为提高耐压和减小体积，可以由多个贴片电容器串联构成。贮存和处理单元（11）中还可以包含本地压力测量值显示电路，直接显示实际的压力测量值，且显示电源均由所述通信接口电路构成的工作电源电路提供。
具体实施方式：
具体实施方式所列举的实施内容是本发明的部分实施内容，本发明包括具体实施方式中所列举的发明内容和发明特征，但不限于这些内容和技术特征。
本发明的远传数字式压力测量装置中波登管（1）通过压力管路与外部被测压力源相连接。外部压力源压力的变化可以引发波登管的伸展和收缩。波登管的伸展和收缩导致固定安装在波登管端头（2）上的测量压力电容器中一块电极板A（3）相对于电极板B（4）的距离变化。电极板A（3）和电极板B（4）构成本发明中平板测量电容器的两块极板。被测量压力变化导致的电极板A（3）相对于电极板B（4）的距离变化形成了测量电容器Cx的电容量变化，致使电阻R和电感L是固定值的电阻电容振荡器或电感电容振荡器（8）产生与被测压力正关联的频率（周期）变化。该频率（周期）变化通过测量数据线性化解调测量处理单元（10）的解调，计算解调出可以直接读取的数字化被测压力值。这其中被测压力变化导致的波登管位移变化，最后解调出可读的高精度的数字化压力测量值需要作线性化解调处理。比如当被测压力为1MPa时，由（9）测量出的频率为3.256873MHz，而当被测压力为10MPa时，由（9）测量出的频率为5.754238MHz，通过（10）的线性化处理和解调，分别输出1.000MPa及10.000MPa的可读数字化被测压力测量值。
一个实施例，贮存和处理单元（11）、测量数据线性化解调测量处理单元（10）和周期或频率的测量单元（9）是用同一个微处理器（单片机）加外部电路构成的。与被测压力源相连接的波登管（1），在被测压力增大时，波登管（1）的端头向外伸展，带动固定在端头上的测量压力电容器中一块电极板A（3）向着远离测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器Cx容量减小。在波登管中被测量压力减小时，波登管向内侧收缩，测量压力电容器中一块电极板A（3）跟随着波登管端头向着靠近测量压力电容器中另一块电极板B（4）的方向移动，由电极板（3）和（4）构成的电容器Cx容量加大。所述电容器Cx容量随被测压力变化而关联变化，引起由Cx决定振荡频率的振荡器（8）输出信号频率（周期）的关联变化。被测压力改变量导致波登管端头位移的改变量，在相同的被测压力改变量下，波登管端头位移的改变量越大测量的灵敏度越高。通常情况下，在正常测量范围内通过设计波登管的长度、壁厚、弹性，保证波登管端头约有1.8mm左右位移量。平板电容器的电容量正比于极板面积，反比于极板间的距离。构成所述电容器Cx的电极板A（3）和电极板B（4）构成电容器部分的面积越大，其（3）和（4）之间改变相同的距离，引起的电容器Cx容量的改变量也越大，其测量精度就可以做得越高。在现有技术条件下，电容极板面积只要超过180平方毫米，极板间距离由0.2mm变化至2.2mm足可以获得0.5％以上的分辨精度。振荡器（8）的输出直接连接到（9）、（10）、（11）中微处理器（单片机）的外部中断输入引脚上，用输入信号的边沿触发中断，然后用微处理器（单片机）内部定时器计算出输入信号的中断间隔时间亦即输入信号的周期值。当微处理器（单片机）内部振荡源采用十几兆赫兹时，测量的信号周期值可精确到ns级。为了防止测量过程中由于机械振动造成的测量值跳动，可以将远大于机械振动周期的N个周期的原始测量值累加起来再进行平均，计算出振荡信号周期测量值的平均值。由于该平均值已经平滑掉机械振动、瞬间干扰构成的测量数据波动，实际可以得到十分稳定的测量数据。累加平均的周期数选择应由实际应用环境和应用需要来决定：当使用环境是移动环境，比如掘进机，振动频率很低，可能需要数秒钟内的数据累加再求平均，把掘进机晃动造成的压力变化平滑掉；而有些应用环境比较稳定，又需要观测压力的瞬时变化，则可能只需ms级的周期数累加求平均。本发明的一个实施例，将累加周期数、计算平均值的参数等数据项作为可以设置的参数，由用户根据实际需要通过本地设置口设置，或者通过远方管理站设置，以最佳参数满足实际应用需要。通过（11）的本地设置口或远方管理站按约定的通信协议进行设置。由（11）直接通过测量（8）振荡信号周期得到的振荡信号周期平均值要通过（11）作线性化处理和解调处理才能转化为被测压力源的压力数据。
远传数字式压力测量装置的一个实施例，其特征是：可以通过（11）的本地设置口或远方管理站按约定的通信协议进行累加周期数、计算平均值的参数进行设置，再在解调时用设置的累加周期数将原始测量值累加起来再进行平均，计算出振荡信号周期平均值。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，将所述振荡信号周期平均值出先作数据预处理，其中将测量范围以外的基础数据先扣除生成待转换测量数据；第二步通过实验用软件建立一个转换数据列表，将每个测量范围内的所述待转换测量数据值都对应一个确定的压力测量值；第三步，当所述线性化处理和解调处理装置程序在处理到所述待转换测量数据值后，用待转换测量数据作为转换数据列表中的坐标，再从该坐标中获取对应的压力测量值。由于所述转换数据列表是经过实验和线性化的，所有获得的测量压力值有极高的测量精度，通常可以达到0.5级以上的测量精度。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，通过实验将所述振荡信号周期平均值和实际测量的压力输出值之间建立一个数学模型和数学公式；第二步，以测量范围内的所述待转换测量数据值作为数学公式的参数，通过计算算出对应的确定的压力测量值。这种方法依赖于数学公式与实验数据的一致性。
线性化处理和解调处理的一个实施例：第一步，通过实验将所述振荡信号周期平均值和实际测量的压力输出值之间建立一个数学模型和数学公式；第二步，以测量范围内的所述待转换测量数据值作为数学公式的参数，通过计算算出对应的确定的“待使用压力测量值”。第三步，通过实验用软件建立一个以“待使用压力测量值”为源数据的转换数据列表，进行二次用列表查表输出实际压力测量值，或在列表中查出偏差值再进行计算出实际压力测量值。
前一种方法要获得较高测量精度时，转换数据列表必须足够大，占用程序空间比较大，但现代单片机道常都可以提供足够的空间，必要时还可以外部扩展数据列表。后一种方法需要精准建立数学模型和计算公式。再后一种方法兼顾前二种方法，先进行计算，缩小查表的数量，再通过查表获得高精度测量数据。
通信接口和电源提供电路单元（12）提供（11）与远方管理站（13）进行远距离通信的接口。
图3是测量压力电容器一块电极板A（3）和测量压力电容器另一块电极板B（4）的一个实施例示意图。电极板A和电极板B均由双面印制电路板构成，其中（33）是双面印制电路板的绝缘基板；（34）是一侧面的导电极板，与固定支架焊接在一起，其中与电极板A（3）焊接在一起的支架固定在波登管端头用于固定测量压力电容器中一块电极板A的固定件（2）上，与电极板B（4）焊接在一起的支架固定在主控制电路板（5）上；（32）是印制电路板的另一面电极板，是构成测量电容器Cx的极板，电容器的两块极板的该面面对面放置，以使电容器距离最小；（31）是印制电路导电层表面的绝缘涂层，保证即使两块极板碰到也不会造成短路。使用双面电路板制造测量电容极板非常方便批量生产和加工，一致性好，尺寸容易控制。它不仅安装、连线方便，还能保证极板与固定件之间的绝缘。
远传数字式压力测量装置中的测量压力电容器的一个实施例，其特征是：
a、测量压力电容器一块电极板A（3）和测量压力电容器另一块电极板B（4）都是用双面印制电路板制造的，且构成测量压力电容器极板导电层面对面安装；
b、双面印制电路板不是测量压力电容器极板的一面导体层用于焊接固定支架；
c、用作测量电容导体的一面上方涂覆有绝缘材料层。
图4是RCx电阻电容振荡器（8）的一个实施例。U1和U2是集成电路中的两个等效非门；Cx和C1并联连接、Cx和C2串联连接，C1、C2和Cx可以等效看成一个测量电容器Cx’，R2和Cx’决定该电阻电容振荡器的频率；R1并不是必须的，有R1可以提高该振荡器的稳定性和安全性（不加R1时，该处会有一个远高于电源电压的振荡信号加在非门U1的输入端）；X1端和X2端都可以成为振荡器的输出端。C1和C2是保证振荡器安全可靠工作的。C2的电容量设计为远远大于Cx的最大电容量，当Cx正常时（电容量约为几pF到几十pF），C2几乎不影响测量，但当Cx两块极板因故障短路时，C2就成为振荡器的电容，保证振荡器继续振荡。C1的功能则是解决Cx的另一种故障：C1的电容量设计为远小于Cx的最小电容量，当Cx因故障电容量接近于零时，C1可以维持振荡器振荡。一个实施例C1为1pF，而C2为10nF。一个实施例，Cx先和C2先串联后，再与C1并联连接。
远传数字式压力测量装置一个实施例，其特征是：振荡器（8）是由非门U1的输出端和非门U2的输入端连接再和阻容振荡器电阻R2一端相连接，U2的输出和等效测量电容器Cx’一端连接，R2的另一端则和Cx’另一端、也（经电阻R1）和U1的输入端相连接。
远传数字式压力测量装置的一个实施例，其特征是：振荡电路（8）中测量电容器Cx并联有一个容量小于Cx的电容器C1，串联有一个电容量远大于Cx的电容器C2。
图5是提高远传数字式压力测量装置可靠性的一个实施例。（14）是本发明远传数字式压力测量装置含振荡器（8）的原理框图，（15）是振荡器（8）电路中的公共信号地，Co是跨接在公共信号地在（15）和外壳（7）之间的去耦电容。在本实施例中，外壳是金属制成的，上面的标牌也是金属的。去耦电容Co电容量是足够大的，相当于将振荡电路置于电场屏蔽体内。Co在设计时应满足绝缘耐压的需要。一个实施例，Co由三个10nF／100V的贴片电容串联构成。
远传数字式压力测量装置提高稳定性的一个实施例，其特征是：振荡器（8）电路中的公共信号地和外壳（7）之间接有去耦电容Co。
本发明的一个实施例，通信接口和电源提供电路单元采用二线的、通信电源合一的Meter-BUS（简写M—BUS）接口。所述通信接口在通信时，由（13）下行发送（12）接收时，为电源电压加电压形式的通信信号；由（12）向（13）上传发送时，发送信息为电流信号。图6是本发明远传数字式压力测量装置明的一个实施例。D1是保护元件，吸收瞬间过压能量；D2、D3、D4、D5构成整流桥路，使二线输入电路无极性，在实际应用时不需要考虑通信线路的极性。本发明的接口无论有信号和无信号时，都会保证有一个最低电压（比如5V至9V），D6是整流二极管，电阻R5，电容C3、C4，三端稳压电源U3一起通过接口构成工作电源电路，其中R5保证其不影响通信信号解调；电阻R11、R12、R13、R14和比较器U4构成接口的输入电压信号解调电路，解调出的下行通信信息直接输至（11），其中R13并不是必须的，R11和R12的分压比保证输入信号电压在最恶劣的情况下都能在比较器U4可靠地解调出通信信息；一个实施例，R11电阻处由一个电阻元件和一个反向连接的稳压二极管串联构成，由稳压管产生的稳压值，加大输入信号电压变化传递到R11、R12分压点的电压变化；电阻R9、R10、R6、R7、R8和三极管Q1、Q2构成接口上传输出信息电流信号产生电路，上行输出电流信号的电流值由R7的大小选择，一般可选择10mA—20mA；Co是跨接在电路信号地和外壳（7）之间的去耦等效电容，为提高耐压和减小体积，可以由多个贴片电容器串联构成。贮存和处理单元（11）中还可以包含远传数字式压力测量装置上压力测量值显示装置，直接显示实际的压力测量值。显示电源由所述通信接口构成的工作电源电路提供。显示电路的一个实施例是由LCD液晶显示器、驱动电路和背光发光元件构成的，显示器周期性地在压力测量值贮存单元中读取压力测量值送显示电路显示。显示电路的另一个实施例是由LED数码显示器直接由（11）中的单片机I／O引脚经限流电阻驱动完成的。
所述的远传数字式压力测量装置的一个实施例，有D2、D3、D4、D5构成整流桥路，有整流二极管D6，电阻R5，电容C3、C4，三端稳压电源U3构成的工作电源电路，有电阻R11、R12和比较器U4构成输入电压信息解调电路，有电阻R9、R10、R6、R7、R8和三极管Q1、Q2构成输出电流信号电路，其特征是：
a、在工作电源电路中串接有电阻R5；
b、比较器U4的一个比较引脚的信号取自三端稳压电源U3的输出引脚，而比较引脚信号取自R11和R12的分压点上，R11的一个引脚接在接口输入电源上。
所述的远传数字式压力测量装置的一个实施例，其特征是：远传数字式压力测量装置器不仅向远方传送压力测量值，还在远传数字式压力测量装置上设计有由LCD液晶显示器或LED数码管装置，显示被测量压力的压力值。
发明的效果
一种远传数字式压力测量装置，在与被测压力源连接的测量压力波登管端头上安装测量压力电容器中一块电极板，和固定在测量装置支架上的另一块电路板构成与外部被测压力关联的测量压力电容器Cx，由Cx决定振荡频率的振荡器将被测压力的变化转换为容易测量、容易线性化处理、容易数字化的频率变化信号。本发明的装置通过数字化解调，获得了高精确度的数字化被测压力值。压力测量数据通过本发明的数字化转换设计，可以实现非接触无指针压力测量的前提下，将压力测量精确度提高到0.5％以上，方便地实现远方双向数字化通信传送；本发明数字化压力测量值的数字化过滤，可以非常方便地过滤掉机械振动等给压力测量造成的不稳定影响。本发明结构简单、成本低、高精度、高可靠，配合无极性二线制双向通信电源一体化接口设计，不仅达到了本发明的目的，而且可以广泛应用于有压力测量且需远方数字化管理的场合。
Claims (9)
1.一种远传数字式压力测量装置，有测量压力的波登管，有包括与波登管端头一起移动电极板（3）在内的测量压力电容器Cx，有由Cx电容器容量决定振荡频率的振荡器（8），有测量振荡信号周期（频率）的测量单元（9），测量数据线性化解调测量处理单元（10），贮存和处理单元（11），通信接口和电源提供电路单元（12），其特征是：
a、测量压力电容器Cx中电极板（3）被固定在与波登管端头一起移动的装置上，测量压力电容器Cx中另一电极板（4）被固定在与支架固定在一起的主电路板上；
b、设计有由波登管位移变化而改变容量的测量压力电容器Cx，和由Cx决定振荡频率高低的振荡器（8）；
c、通过单元（9）、（10）、（11）对振荡器（8）输出信号周期（频率）的测量和测量数据线性化解调处理得到被测量压力的数字化压力值；
d、与远方管理站（13）双向通信和由远方管理站（13）供电的接口是无极性的、二线制的、供电和通信一体化的。
2.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：
a、测量压力电容器一块电极板A（3）和测量压力电容器另一块电极板B（4）都是用双面印制电路板制造的，且构成测量压力电容器极板导电层面对面安装；
b、双面印制电路板不是测量压力电容器极板的一面导体层用于焊接固定支架；
c、用作测量电容导体的一面上方涂覆有绝缘材料层。
3.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：振荡器（8）是由非门U1的输出端和非门U2的输入端连接，再和阻容振荡器电阻R2一端相连接，U2的输出和等效测量电容器Cx’一端连接，R2的另一端则和Cx’另一端、也（经电阻R1）和U1的输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：振荡器（8）电路中的公共信号地和外壳（7）之间接有去耦电容Co。
5.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，有D2、D3、D4、D5构成整流桥路，有整流二极管D6，电阻R5，电容C3、C4，三端稳压电源U3构成的工作电源电路，有电阻R11、R12和比较器U4构成输入电压信息解调电路，有电阻R9、R10、R6、R7、R8和三极管Q1、Q2构成输出电流信号电路，其特征是：
a、在工作电源电路中串接有电阻R5；
b、比较器U4的一个比较引脚的信号取自三端稳压电源U3的输出引脚，而比较引脚信号取自R11和R12的分压点上，R11的一个引脚接在接口输入电源上。
6.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：远传数字式压力测量装置器不仅向远方传送压力测量值，还在远传数字式压力测量装置上设计有由LCD液晶显示器或LED数码管装置，显示被测量压力的压力值。
7.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：振荡电路（8）中测量电容器Cx并联有一个容量小于Cx的电容器C1，串联有一个电容量远大于Cx的电容器C2。
8.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：线性化处理和解调第一步，将所述振荡信号周期平均值出先作数据预处理，其中将测量范围以外的基础数据先扣除生成待转换测量数据；第二步通过实验用软件建立一个转换数据列表，将每个测量范围内的所述待转换测量数据值都对应一个确定的压力测量值；第三步，当所述线性化处理和解调处理装置程序在处理到所述待转换测量数据值后，用待转换测量数据作为转换数据列表中的坐标，再从该坐标中获取对应的压力测量值。
9.根据权利要求1所述的远传数字式压力测量装置，其特征是：可以通过（11）的本地设置口或远方管理站按约定的通信协议进行累加周期数、计算平均值的参数进行设置，再在解调时用设置的累加周期数的将原始测量值累加起来再进行平均，计算出振荡信号周期平均值。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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