CN108716957A - 一种特征化压变模盒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特征化压变模盒，涉及压力仪表领域。包括：主电路模块、模盒电路、接插件电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路，所述模盒电路用于获取初始模拟压力信号并输出到所述前置放大电路，所述模盒电路还用于获取模拟温度信号并输出到所述AD转换电路，所述前置放大电路用于将所述初始模拟压力信号放大后得到放大模拟压力信号并输出到所述AD转换电路，所述AD转换电路用于将所述放大模拟压力信号转换成数字压力信号并输出到所述接插件电路。本方案解决了如何提高压变模盒输出的精确性的技术问题，适用于压力的检测。

Description

一种特征化压变模盒
技术领域
本发明涉及压力仪表领域，特别涉及一种特征化压变模盒。
背景技术
压变模盒是一种将压力转换成电信号远传进行控制的仪表。现有的压变模盒包括一个基础腔和惠斯登电桥，受到压力后通过导线接插件将信号输出给主电路模块，由于导线连接模拟信号容易受到干扰，导致信号不稳定产生跳变和偏差。
温度同样对测量的压力有很大影响，因此在测量压力时，需要同时测量温度，用于对测量的压力根据温度进行修正补偿，又由于压变模盒里面不含存储电路，当主电路模块损坏或者因为生产工艺等其它原因需要更换时，需要对新更换的主电路模块进行重新修正补偿标定，导致压变模盒无法更换主电路模块，影响用户现场安全生产，也使得用户生产维护成本增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高压变模盒输出的精确性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种特征化压变模盒，包括：主电路模块、压力转换电桥电路、接插件电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路。
所述模盒电路用于获取初始模拟压力信号并输出到所述前置放大电路，所述模盒电路还用于获取模拟温度信号并输出到所述AD转换电路，所述前置放大电路用于将所述初始模拟压力信号放大后得到放大模拟压力信号并输出到所述AD转换电路，所述AD转换电路用于将所述放大模拟压力信号转换成数字压力信号并输出到所述接插件电路，并将所述模拟温度信号转换成数字温度信号并输出到所述接插件电路，所述接插件电路用于将所述数字温度信号和所述数字压力信号输出到所述主电路模块，所述主电路模块用于根据所述数字温度信号得到温度补偿数据并根据所述数字压力信号得到特征化压力信号，所述主电路模块还用于将所述温度补偿数据和所述特征化压力信号输出到所述接插件电路，所述接插件电路还用于将所述温度补偿数据和所述特征化压力信号存储在所述数据存储电路中，所述接插件电路还用于从所述数据存储电路中读取温度补偿数据和特征化压力信号。
使用本实施例的特征化压变模盒时，模盒电路获取初始模拟压力信号和模拟温度信号，获取模拟温度信号后，能够根据当前温度对测得的压力进行补偿校准，初始模拟压力信号经过前置放大器放大成放大压力模拟信号，通过将初始模拟压力信号放大，避免初始模拟压力信号中微弱的部分损失，导致最终测得的压力不够精确，相比现有技术中需要通过长距离的模拟电信连接导线将初始模拟信号输出到主电路模块，通过主电路模块将初始模拟信号，本方案省去了模拟电信连接导线，初始模拟压力信号直接通过前置放大电路进行放大，避免了初始压力信号在经过模拟电信连接导线中损失，使得最终测得的压力更加精确。放大模拟压力信号或模拟温度信号经过AD转换电路转换成数字压力信号或数字温度信号，放大模拟压力信号和模拟温度信号为模拟信号，数字压力信号和数字温度信号为数字信号，数字信号相比模拟信号在传输过程中产生的信噪干扰更小，因此将数字压力信号或数字温度信号通过接插件电路输出到主电路模块的信号损失相比直接将放大模拟压力信号或模拟温度信号输出到主电路模块的产生的信噪干扰更少，使得最终测得的压力或温度更加准确。数字温度信号输出到主电路模块后得到温度补偿数据，数字压力信号输出到主电路模块后得到特征化压力信号，特征化压力信号和温度补偿数据存储在特征化压变模盒的数据存储电路中。
本发明的有益效果是：设置前置放大电路避免初始模拟压力信号传输到主电路模块进行放大时信号损失；设置AD转换电路将放大模拟压力信号和模拟温度信号转换成在传输过程中不容易产生信号干扰损失的数字压力信号和数字温度信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，还包括电源基准电路，所述电源基准电路用于向所述模盒电路、所述前置放大电路和所述AD转换电路供电，所述主电路模块用于向所述数据存储电路和所述接插件电路供电。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过电源基准电路为模盒电路、前置放大电路和AD转换电路供电后，即使将主电路模块更换，模盒电路仍能正常工作，将电源基准电路和数据存储电路配合使用，因此本方案所述主电路模块还能与由电源基准电路、模盒电路、前置放大电路、AD转换电路、接插件电路和数据存储电路组成的特征化压变模盒电路能够进行互换。相比现有技术中没有设置电源基准电路和数据存储电路的方案，本方案中的特征化压力信号通过存储在数据存储电路中，在需要更换主电路模块的时候，由于主电路模块更换会降低模盒的稳定性，需要重新测得温度补偿数据和特征化压力信号，在设置数据存储电路后，新的主电路模块只需要读取数据存储电路中的温度补偿数据和特征化压力信号即可；设置数据存储电路将特征化压力信号和温度补偿数据进行存储，相比没有设置数据存储电路的模盒在更换时不需要关闭模盒即可直接更换。
进一步，所述前置放大电路包括第一高精度电源基准电路和两个与所述第一高精度电源基准电路并联的电容，所述模盒电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路与接插件电路分别与所述第一高精度电源基准电路并联。
采用上述进一步方案的有益效果是，电容用于滤波，减小第一高精度电源基准电路产生的电压的波动，将第一高精度电源基准电路分别与模盒电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路与接插件电路并联后，第一高精度电源基准电路能为上述电路进行供电，相比现有技术中利用主电路模块为上述电路供电，本方案能够在拆除主电路模块的前提下进行，使得用户能够在不停车运行模盒的前提下对主电路模块进行更换。
进一步，所述电源基准电路还用于向所述数据存储电路输出模盒的离散性信息，所述数据存储电路还用于存储所述离散性信息。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过数据存储电路将离散型信息进行存储，能够增加模盒的稳定性和互换性。
进一步，所述模盒电路包括惠斯登电桥和温度传感器，所述惠斯登电桥用于获取所述初始模拟压力信号并输出到所述前置放大电路，所述温度传感器用于获取模拟温度信号并输出到所述AD转换电路。
采用上述进一步方案的有益效果是，模盒电路包括惠斯登电桥和温度传感器，使得模盒电路能够同时检测压力和温度，测得的压力能够通过测得的温度进行温度补偿，使得特征化压力信息能够更加精确。
进一步，所述AD转换电路包括第二高精度电源基准电路和AD转换子电路，所述第二高精度基准电路用于提供稳定输出到所述AD转换子电路的电压，所述AD转换子电路用于将所述放大模拟压力信号转换为所述数字压力信号，并将所述模拟温度信号转换为所述数字温度信号，所述第二高精度电源基准电路与所述AD转换子电路并联，所述模盒电路和所述前置放大电路分别与所述AD转换子电路并联。
采用上述进一步方案的有益效果是，设置第二高精度电源基准电路后，能够稳定通过第一高精度电源基准电路输出到转换子电路的电压，从而保护AD转换子电路，通过AD转换电路将放大模拟压力信号和模拟温度信号转换为数字信号的数字压力信号和数字温度信号，从而避免了信号传递过程中产生的信噪干扰问题。
进一步，还包括模盒外壳，所述模盒电路、所述接插件电路、所述前置放大电路、所述AD转换电路、所述数据存储电路和所述电源基准电路设置在所述模盒外壳内。
采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，缩短每个电路之间的距离，避免了信号传输过程中产生的损失或干扰，导致降低压变模盒的精确性的技术问题。
进一步，所述电源基准电路还分别为数据存储电路和所述接插件电路供电。
在没有主电路模块对上述电路进行供电时，上述电路还能正常工作。
附图说明
图1为本发明特征化压变模盒的实施例的框架示意图；
图2为本发明特征化压变模盒的其它实施例的框架示意图；
图3为本发明特征化压变模盒的其它实施例的压变模盒电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例基本如附图1所示：
本实施例中特征化压变模盒，包括：主电路模块5、模盒电路1、接插件电路4、前置放大电路2、AD转换电路3和数据存储电路6，模盒电路1用于获取初始模拟压力信号并输出到前置放大电路2，本实施例中的初始模拟压力信号为差分模拟毫伏信号，模盒电路1还用于获取模拟温度信号并输出到AD转换电路3，前置放大电路2用于将初始模拟压力信号放大后得到放大模拟压力信号并输出到AD转换电路3，AD转换电路3用于将放大模拟压力信号转换成数字压力信号并输出到接插件电路4，并将模拟温度信号转换成数字温度信号并输出到接插件电路4，本实施例中的数字压力信号和数字温度信号均为SPI信号，接插件电路4用于将数字温度信号和数字压力信号输出到主电路模块5，本实施例中的数据存储电路6为I2C信号，主电路模块5用于根据数字温度信号得到温度补偿数据并根据数字压力信号得到特征化压力信号，主电路模块5还用于将温度补偿数据和特征化压力信号输出到接插件电路4，接插件电路4还用于将温度补偿数据和特征化压力信号存储在数据存储电路6中，接插件电路4还用于从数据存储电路6中读取温度补偿数据和特征化压力信号。
使用本实施例的特征化压变模盒时，模盒电路1获取初始模拟压力信号和模拟温度信号，获取模拟温度信号后，能够根据当前温度对测得的压力进行补偿校准，初始模拟压力信号经过前置放大器放大成放大压力模拟信号，通过将初始模拟压力信号放大，避免初始模拟压力信号中微弱的部分损失，导致最终测得的压力不够精确，相比现有技术中需要通过长距离的模拟电信连接导线将初始模拟信号输出到主电路模块5，通过主电路模块5将初始模拟信号，本方案省去了模拟电信连接导线，初始模拟压力信号直接通过前置放大电路2进行放大，避免了初始压力信号在经过模拟电信连接导线中损失，使得最终测得的压力更加精确。放大模拟压力信号或模拟温度信号经过AD转换电路3转换成数字压力信号或数字温度信号，放大模拟压力信号和模拟温度信号为模拟信号，数字压力信号和数字温度信号为数字信号，数字信号相比模拟信号在传输过程中产生的信噪干扰更小，因此将数字压力信号或数字温度信号通过接插件电路4输出到主电路模块5的信号损失相比直接将放大模拟压力信号或模拟温度信号输出到主电路模块5的产生的信噪干扰更少，使得最终测得的压力或温度更加准确。数字温度信号输出到主电路模块5后得到温度补偿数据，数字压力信号输出到主电路模块5后得到特征化压力信号，特征化压力信号和温度补偿数据存储在数据存储电路6中，本实施例中的SPI信号和I2C信号都是常见的数字信号，相比使用其它类型的数字信号，本实施例中数字信号不需要增加CPU，使得电路更加简洁。
可选的，在一些其它实施例中，结合图2，还可以包括，电源基准电路7，电源基准电路7用于向模盒电路1、前置放大电路2和AD转换电路3供电，主电路模块5用于向数据存储电路6和接插件电路4供电。
通过电源基准电路7为模盒电路1、前置放大电路2和AD转换电路3供电后，即使将主电路模块5拆除，模盒仍能正常工作，将电源基准电路7和数据存储电路6配合使用，相比现有技术中没有设置电源基准电路7和数据存储电路6的方案，本方案中的特征化压力信号通过存储在数据存储电路6中，在需要更换主电路模块5的时候，由于主电路模块5更换会降低模盒的稳定性，需要重新测得温度补偿数据和特征化压力信号，在设置数据存储电路6后，新的主电路模块5只需要读取数据存储电路6中的温度补偿数据和特征化压力信号即可；设置数据存储电路6将特征化压力信号和温度补偿数据进行存储，相比没有设置数据存储电路6的模盒在更换时不需要关闭模盒即可直接更换，本实施例中由于数据存储电路6采用了I2C信号，AD转换电路3采用了SPI信号，因此可以实现主电路模块5和由AD转换电路3、数据存储电路6、模盒电路1、前置放大电路2、接插件电路4和电源基准电路7组成的特征化压变模盒电路的互换。
可选的，在一些其它实施例中，前置放大电路2包括第一高精度电源基准电路和两个与第一高精度电源基准电路并联的电容，模盒电路1、前置放大电路2、AD转换电路3和数据存储电路6与接插件电路4分别与第一高精度电源基准电路并联，本实施例中还设有两个与第一高精度电源基准电路并联的二极管，用于保护第一高精度电源基准电路，两个电容中有一个为有极性电容。
电容用于滤波，减小第一高精度电源基准电路产生的电压的波动，将第一高精度电源基准电路分别与模盒电路1、前置放大电路2、AD转换电路3和数据存储电路6与接插件电路4并联后，第一高精度电源基准电路能为上述电路进行供电，相比现有技术中利用主电路模块5为上述电路供电，本方案能够在拆除主电路模块5的前提下进行，使得用户能够在不停车运行模盒的前提下对主电路模块5进行更换。
可选的，在一些其它实施例中，电源基准电路7还用于向数据存储电路6输出模盒的离散性信息，数据存储电路6还用于存储离散性信息。
通过数据存储电路6将离散型信息进行存储，能够增加模盒的稳定性。
可选的，在一些其它实施例中，模盒电路1包括惠斯登电桥和温度传感器，本实施例中的惠斯登电桥包括四个单晶硅，四个单晶硅两两并联，惠斯登电桥用于获取初始模拟压力信号并输出到前置放大电路2，本实施例中的初始模拟压力信号为差分模拟毫伏信号，温度传感器用于获取模拟温度信号并输出到AD转换电路3。
模盒电路1包括惠斯登电桥和温度传感器，使得模盒电路1能够同时检测压力和温度，测得的压力能够通过测得的温度进行温度补偿，使得特征化压力信息能够更加精确。
可选的，在一些其它实施例中，AD转换电路3包括第二高精度电源基准电路和AD转换子电路，第二高精度基准电路8用于提供稳定输出到AD转换子电路的电压，本实施例中的电源基准电路7用于向第二高精度基准电路8供电，然后第二高精度基准电路8向AD转换电路3供电，达到稳定输出到AD转换子电路电压的效果，AD转换子电路用于将放大模拟压力信号转换为数字压力信号，并将模拟温度信号转换为数字温度信号，第二高精度电源基准电路与AD转换子电路并联，模盒电路1和前置放大电路2分别与AD转换子电路并联。
设置第二高精度电源基准电路后，能够稳定通过第一高精度电源基准电路输出到转换子电路的电压，从而保护AD转换子电路，通过AD转换电路3将放大模拟压力信号和模拟温度信号转换为数字信号的数字压力信号和数字温度信号，从而避免了信号传递过程中产生的信噪干扰问题。
可选的，在一些其它实施例中，还可以包括，模盒外壳，模盒电路1、接插件电路4、前置放大电路2、AD转换电路3、数据存储电路6和电源基准电路7设置在模盒外壳内。
这样设置后，缩短每个电路之间的距离，避免了信号传输过程中产生损失，导致降低压变模盒的精确性的技术问题。
可选的，在一些其它实施例中，电源基准电路7还分别为数据存储电路6和接插件电路4供电。
在没有主电路模块5对上述电路进行供电时，上述电路还能正常工作。
本实施例中的各个电路之间的连接方式结合图3可知，模盒电路1包括惠斯登电桥及温度传感器RC1；电源基准电路7包括电容C4和C5，二极管D1和D2，第一高精度电源基准电路U6；前置放大电路2包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8和R9，电容C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14和C15，两个精密运算放大器电路U7；数据存储电路6包括电容C1、C2和C3，存储电路U5；AD转换电路3包括电阻R10、R11和R12，电容C16、C17、C18、C19和C20，第二高精度电源基准电路U9，AD转换电路U8；接插件电路4包括接插件电路J2。
具体连接关系可以参照图3，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)

1.一种特征化压变模盒，其特征在于，包括主电路模块、模盒电路、接插件电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路，所述模盒电路用于获取初始模拟压力信号并输出到所述前置放大电路，所述模盒电路还用于获取模拟温度信号并输出到所述AD转换电路，所述前置放大电路用于将所述初始模拟压力信号放大后得到放大模拟压力信号并输出到所述AD转换电路，所述AD转换电路用于将所述放大模拟压力信号转换成数字压力信号并输出到所述接插件电路，并将所述模拟温度信号转换成数字温度信号并输出到所述接插件电路，所述接插件电路用于将所述数字温度信号和所述数字压力信号输出到所述主电路模块，所述主电路模块用于根据所述数字温度信号得到温度补偿数据并根据所述数字压力信号得到特征化压力信号，所述主电路模块还用于将所述温度补偿数据和所述特征化压力信号输出到所述接插件电路，所述接插件电路还用于将所述温度补偿数据和所述特征化压力信号存储在所述数据存储电路中，所述接插件电路还用于从所述数据存储电路中读取温度补偿数据和特征化压力信号。
2.根据权利要求1所述的特征化压变模盒，其特征在于：还包括电源基准电路，所述电源基准电路用于向所述模盒电路、所述前置放大电路和所述AD转换电路供电，所述主电路模块用于向所述数据存储电路和所述接插件电路供电。
3.根据权利要求2所述的特征化压变模盒，其特征在于：所述前置放大电路包括第一高精度电源基准电路和两个与所述第一高精度电源基准电路并联的电容，所述模盒电路、前置放大电路、AD转换电路和数据存储电路与接插件电路分别与所述第一高精度电源基准电路并联。
4.根据权利要求2所述的特征化压变模盒，其特征在于：所述电源基准电路还用于向所述数据存储电路输出模盒的离散性信息，所述数据存储电路还用于存储所述离散性信息。
5.根据权利要求1所述的特征化压变模盒，其特征在于：所述模盒电路包括惠斯登电桥和温度传感器，所述惠斯登电桥用于获取所述初始模拟压力信号并输出到所述前置放大电路，所述温度传感器用于获取模拟温度信号并输出到所述AD转换电路。
6.根据权利要求1所述的特征化压变模盒，其特征在于：所述AD转换电路包括第二高精度电源基准电路和AD转换子电路，所述第二高精度基准电路用于提供稳定输出到所述AD转换子电路的电压，所述AD转换子电路用于将所述放大模拟压力信号转换为所述数字压力信号，并将所述模拟温度信号转换为所述数字温度信号，所述第二高精度电源基准电路与所述AD转换子电路并联，所述模盒电路和所述前置放大电路分别与所述AD转换子电路并联。
7.根据权利要求2所述的特征化压变模盒，其特征在于，还包括模盒外壳，所述模盒电路、所述接插件电路、所述前置放大电路、所述AD转换电路、所述数据存储电路和所述电源基准电路设置在所述模盒外壳内。
8.根据权利要求2所述的特征化压变模盒，其特征在于，所述电源基准电路还分别为数据存储电路和所述接插件电路供电。
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