CN110017935A - 一种风压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风压传感器，包括壳体、固定座、压力膜和控制板，控制板通过固定座安装固定于所述壳体的外侧；所述壳体设有气腔、正压检测口和负压检测口，所述正压检测口和负压检测口分别与所述气腔连通，所述壳体的一端开设有与气腔连通的第一通孔，所述压力膜的周缘与所述第一通孔的周缘密封贴合，所述压力膜的一面设有凸块；所述控制板设有红外测距电路，所述红外测距电路设有与所述凸块相对设置的红外线发射端及红外线接收端；其能准确输出风压大小，且有效提高信号检测的精度，降低信号检测的故障率。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种风压传感器。
背景技术
目前，市面上的抽油烟机、燃气热水器、燃气壁挂炉等家电产品上均需用到风压开关，用于检测排气装置的风压是否处于正常范围，以确保设备工作状态的正常。但是现有的风压开关通过气体压强使风压开关的压力膜形变，推动微动开关动作以实现信号的通断检测，不能输出准确的风压大小值，导致风机的转速无法准确调节，且微动开关属于机械开关，由于机械结构存在装配误差，导致测量精度低，故障率高。
发明内容
本发明所解决的技术问题是要提供风压传感器，其能准确输出风压大小，且有效提高信号检测的精度，降低信号检测的故障率。
上述技术问题通过以下技术方案进行解决：
一种风压传感器，包括壳体、固定座、压力膜和控制板，控制板通过固定座安装固定于所述壳体的一端；
所述壳体设有气腔、正压检测口和负压检测口，所述正压检测口和负压检测口分别与所述气腔连通，所述壳体的一端开设有与气腔连通的第一通孔，所述压力膜的周缘与所述第一通孔的周缘密封贴合，所述压力膜的一面设有凸块；所述控制板设有红外测距电路，所述红外测距电路设有与所述凸块相对设置的红外线发射端及红外线接收端。
本发明所述的风压传感器，与背景技术相比所产生的有益效果：气腔通过正压检测口和负压检测口与待测空气连通，控制板控制红外测距电路的红外线发射端发射红外线，当风压传感器的压力膜受到压力时，压力膜发生形变，红外线发射端与凸块之间距离发生变化，因红外线发射端与凸块之间距离不同，红外线反射的强度也不同，红外线接收端接收凸块反射回来的红外线，根据接收红外线的强度输出对相应电压的信号至控制板，控制板将模拟的电压信号转换成数字信号输出，即可获取所测的风压信息，该种风压传感器的压力测量过程无需机械结构的微动开关，通过使用红外测距的非接触方式检测凸块的位移量获取所测的风压信息，有效提高了信号检测精度，降低信号检测的故障率。
在其中一个实施例中，所述红外测距电路包括红外发射电路和红外接收电路，所述红外发射电路包括第一VCC电源输入端、限流电阻、稳压二极管和红外发射管，所述第一VCC电源输入端、限流电阻和稳压二极管依次电连接，所述红外发射管的一端与限流电阻的输出端电连接，另一端接地；
所述红外接收电路包括第二VCC电源输入端、红外接收管、下拉电阻和第一信号输出端，所述第二VCC电源输入端、所述红外接收管及下拉电阻依次电连接，所述第一信号输出端通过下拉电阻接地；
所述红外发射管和红外接收管分别与所述凸块相对设置。
在其中一个实施例中，所述风压传感器还包括调节组件，所述调节组件包括调节板、调节弹簧、调节螺钉及密封帽，所述壳体另一端开设有与气腔连通的第二通孔；
所述调节板设于所述气腔内，且一面设有调节凸头，所述调节凸头与所述压力膜接触抵靠；所述调节弹簧一端伸入第二通孔与所述调节板的另一面接触抵靠，另一端与所述调节螺钉接触抵靠，所述调节螺钉设于第二通孔内并与所述壳体的内壁螺纹配合以调整调节弹簧的伸缩量；所述密封帽盖设于第二通孔并安装固定于所述壳体的外侧。
在其中一个实施例中，还包括用于采集所述气腔内温度并输出风压校准值的风压校准电路，所述风压校准电路与所述控制板电性连接。
在其中一个实施例中，所述风压传感器还包括用于采集所述气腔内温度的温度采样电路和单片机，所述温度采样电路设于所述气腔内并通过所述单片机与所述控制板电性连接。
在其中一个实施例中，所述温度采样电路包括第三VCC电源输入端、采样电阻、热敏电阻、保护电阻、滤波电容和第二信号输出端，所述采样电阻的一端与所述第三VCC电源输入端电连接，所述保护电阻一端与所述采样电阻的另一端电连接，另一端与所述第二信号输出端电连接；所述热敏电阻一端与所述采样电阻的另一端电连接，另一端接地；所述滤波电容一端与所述第二信号输出端电连接，另一端接地。
在其中一个实施例中，所述风压传感器还包括复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述压力膜接触抵靠，另一端固接于所述固定座，。
在其中一个实施例中，所述红外线发射端发射的红外线波长为850-1000nm。
在其中一个实施例中，所述红外线发射端和红外线接收端与所述凸块之间的测量距离为1mm-5mm。
在其中一个实施例中，所述凸块的外表面涂覆有白色涂层。
在其中一个实施例中，所述控制板设有可实现串口、IIC和方波通信方式的输出接口。
附图说明
图1为本发明实施例所述的风压传感器爆炸图；
图2为本发明实施例所述的风压传感器的侧面剖面结构图；
图3为本发明实施例所述的红外测距电路的电路图；
图4为本发明实施例所述的温度采样电路的电路图。
附图标记：
1、壳体；10、气腔；11、正压检测口；12、负压检测口；13、第一通孔；14、第二通孔；2、固定座；3、压力膜；30、凸块；4、控制板；5、红外测距电路；50、红外发射电路；501、第一VCC电源输入端；502、限流电阻；503、稳压二极管；504、红外发射管；51、红外接收电路；510、第二VCC电源输入端；511、红外接收管；512、下拉电阻；513、第一信号输出端；6、调节组件；60、调节板；600、调节凸头；61、调节弹簧；62、调节螺钉；63、密封帽；7、温度采样电路；70、第三VCC电源输入端；71、采样电阻；72、热敏电阻；73、保护电阻；74、滤波电容；75、第二信号输出端；8、复位弹簧。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
请参阅图1-2，一种风压传感器，包括壳体1、固定座2、压力膜3和控制板4，控制板4通过固定座2安装固定于所述壳体1的一端；
所述壳体1设有气腔10、正压检测口11和负压检测口12，所述正压检测口11和负压检测口12分别与所述气腔10连通，所述壳体1的一端开设有与气腔10连通的第一通孔13，所述压力膜3的周缘与所述第一通孔13的周缘密封贴合，所述压力膜的一面设有凸块30；所述控制板4设有红外测距电路5，所述红外测距电路5设有与所述凸块30相对设置的红外线发射端(图中未示出)及红外线接收端(图中未示出)。
上述的风压传感器，气腔通过正压检测口11和负压检测口12与待测空气连通，控制板4控制红外测距电路5的红外线发射端发射红外线，当风压传感器的压力膜3受到压力时，压力膜3发生形变，红外线发射端与凸块30之间距离发生变化，因红外线发射端与凸块30之间距离不同，红外线反射的强度也不同，红外线接收端接收由凸块30反射回来的红外线，根据接收红外线的强度输出对相应电压的信号至控制板4，控制板4将模拟的电压信号转换成数字信号输出，即可获取所测的风压信息，该种风压传感器的压力测量过程无需机械结构的微动开关，通过使用红外测距的非接触方式检测凸块30的位移量获取所测的风压信息，有效提高了信号检测精度，降低信号检测的故障率。
进一步地，如图3所示，在本实施例中，所述红外测距电路5包括红外发射电路50和红外接收电路51，所述红外发射电路50包括第一VCC电源输入端501、限流电阻502、稳压二极管503和红外发射管504，所述第一VCC电源输入端501、限流电阻502和稳压二极管503依次电连接，所述红外发射管504的一端与限流电阻502的输出端电连接，另一端接地；
电源从第一VCC电源输入端501输入，经限流电阻502限流及稳压二极管503的稳压后输出2V电压为红外发射管504供电，
所述红外接收电路51包括第二VCC电源输入端510、红外接收管511、下拉电阻512和第一信号输出端513，所述第二VCC电源输入端510、所述红外接收管511及下拉电阻512依次电连接，所述第一信号输出端513通过下拉电阻512接地；电源从第二VCC电源输入端510输入，为红外接收管511供电，红外接收管511接收由凸块30发射回来的红外线并输出电流信号，通过下拉电阻512将该电流信号转换成电压信号并通过第一信号输出端513输出至控制板4，由控制板4执行该电压信号的转换并输出相应的风压信息。
进一步地，所述风压传感器还包括调节组件6，所述调节组件6包括调节板60、调节弹簧61、调节螺钉62及密封帽63，所述壳体1另一端开设有与气腔10连通的第二通孔14；
所述调节板60设于所述气腔10内，且一面设有调节凸头600，所述调节凸头600与所述压力膜3接触抵靠；所述调节弹簧61一端伸入第二通孔14与所述调节板60的另一面接触抵靠，另一端与所述调节螺钉62接触抵靠，所述调节螺钉61设于第二通孔14内并与所述壳体1的内壁螺纹配合以调整调节弹簧61的伸缩量；所述密封帽63盖设于第二通孔14并安装固定于所述壳体1的外侧避免泄压；这样设计的好处是，压力膜3在反复形变的过程中，其张紧力会发生变化，通过设置调节组件6调节压力膜3的张紧力来修正输出的风压值，进一步提高风压信号的检测精度。
进一步地，如图4所示，所述风压传感器还包括用于采集所述气腔内温度的温度采样电路7和单片机(图中未示出)，所述温度采样电路7设于所述气腔10内并通过所述单片机与所述控制板4电连接，如此设置的原因是，压力膜3为硅胶材质，在相同的测试压力和不同的测试环境温度，其硬度会发生变化，因此压力膜3的形变量会有不同，导致风压传感器输出风压值大小不同，因此需要对输出风压大小进行修正，风压修正需要大量的样本进行测试，并且要在多个温度条件下对测量结果进行归纳整合；具体地，第一步，取100个测试样品进行输出校准，在恒温恒湿实验箱中(温度25℃，湿度60％)，对风压传感器的测压口通入恒定的低压(如50Pa)，通过调节风压传感器调节螺钉52，使红外接收管输出相同的电压值；第二步，测量取平均值，以5Pa为测量间隔(假设风压传感器的测量范围为0-100Pa)，记录0℃-85℃范围内每上升一度红外接收管的输出值，每个传感器一共可得到20*85＝1900组数据，然后将相同测试风压和相同的测试温度下100个风压传感器红外接收管的输出值求和后除以100取平均值；最后便得到了不同测试温度和不同测试风压时红外接收管的输出表，通过该输出表，求出风压值、气腔10内温度及红外接收管输出值三者之间的函数关系，只要获取气腔10内的温度及红外接收管的输出值，便求得此时的风压。
进一步地，所述温度采样电路7包括第三VCC电源输入端70、采样电阻71、热敏电阻72、保护电阻73、滤波电容74和第二信号输出端75，所述采样电阻71的一端与所述第三VCC电源输入端70电连接，所述保护电阻73一端与所述采样电阻71的另一端电连接，另一端与所述第二信号输出端75电连接；所述热敏电阻72一端与所述采样电阻71的另一端电连接，另一端接地；所述滤波电容74一端与所述第二信号输出端75电连接，另一端接地。
进一步地，所述风压传感器还包括复位弹簧8，所述复位弹簧8一端与所述压力膜3接触抵靠，另一端固接于所述固定座2，通过设置复位弹簧8，在压力消失时凸块30能迅速回复到原来的位置，提高风压传感器的灵敏性，避免对下一次风压测量造成测量误差。
进一步地，所述红外线发射端发射的红外线波长为850-1000nm，优选地，红外线发射端发射的红外线波长为940nm时，红外线接收端的灵敏度最高。
进一步地，所述红外线发射端和红外线接收端与凸块30之间的测量距离为1mm-5mm，该测量距离范围确保风压测量精度的同时，缩小了风压传感器的体积，降低了风压传感器对安装环境的要求。
进一步地，所述凸块30的外表面涂覆有白色涂层，这样设置的好处是增强凸块30外表面的反射能力，提升红外接收管的接收效果。
进一步地，所述控制板4设有可实现串口、IIC和方波通信方式的输出接口，该设计的好处是提高了该种风压传感器的兼容性，从而提高了该种风压传感器使用便利性，需要说明的是，控制板4设有不局限以上三种通信方式的输出接口，也可以设有SPI通信、单总线通信、IO口通信中的一种或多种通信方式的输出接口。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种风压传感器，其特征在于：包括壳体、固定座、压力膜和控制板，控制板通过固定座安装固定于所述壳体的外侧；
所述壳体设有气腔、正压检测口和负压检测口，所述正压检测口和负压检测口分别与所述气腔连通，所述壳体的一端开设有与气腔连通的第一通孔，所述压力膜的周缘与所述第一通孔的周缘密封贴合，所述压力膜的一面设有凸块；所述控制板设有红外测距电路，所述红外测距电路设有与所述凸块相对设置的红外线发射端及红外线接收端。
2.如权利要求1所述的风压传感器，其特征在于：所述红外测距电路包括红外发射电路和红外接收电路，所述红外发射电路包括第一VCC电源输入端、限流电阻、稳压二极管和红外发射管，所述第一VCC电源输入端、限流电阻和稳压二极管依次电连接，所述红外发射管的一端与限流电阻的输出端电连接，另一端接地；
所述红外接收电路包括第二VCC电源输入端、红外接收管、下拉电阻和第一信号输出端，所述第二VCC电源输入端、所述红外接收管及下拉电阻依次电连接，所述第一信号输出端通过下拉电阻接地并与所述控制板的信号接收端电连接；
所述红外发射管和红外接收管分别与所述凸块相对设置。
3.如权利要求1所述的风压传感器，其特征在于：所述风压传感器还包括调节组件，所述调节组件包括调节板、调节弹簧、调节螺钉及密封帽，所述壳体另一端开设有与气腔连通的第二通孔；
所述调节板设于所述气腔内，且一面设有调节凸头，所述调节凸头与所述压力膜接触抵靠；所述调节弹簧一端伸入第二通孔与所述调节板的另一面接触抵靠，另一端与所述调节螺钉接触抵靠，所述调节螺钉设于第二通孔内并与所述壳体的内壁螺纹配合以调整调节弹簧的伸缩量；所述密封帽盖设于第二通孔并安装固定于所述壳体的外侧。
4.如权利要求1所述的风压传感器，其特征在于：所述风压传感器还包括用于采集所述气腔内温度的温度采样电路和单片机，所述温度采样电路设于所述气腔内并通过所述单片机与所述控制板电性连接。
5.如权利要求4所述的风压传感器，其特征在于：所述温度采样电路包括第三VCC电源输入端、采样电阻、热敏电阻、保护电阻、滤波电容和第二信号输出端，所述采样电阻的一端与所述第三VCC电源输入端电连接，所述保护电阻一端与所述采样电阻的另一端电连接，另一端与所述第二信号输出端电连接；所述热敏电阻一端与所述采样电阻的另一端电连接，另一端接地；所述滤波电容一端与所述第二信号输出端电连接，另一端接地。
6.如权利要求1所述的风压传感器，其特征在于：所述风压传感器还包括复位弹簧，所述复位弹簧一端与所述压力膜接触抵靠，另一端固接于所述固定座。
7.如权利要求1-6任一项所述的风压传感器，其特征在于：所述红外线发射端发射的红外线波长为850-1000nm。
8.如权利要求1-6任一项所述的风压传感器，其特征在于：所述红外线发射端和红外线接收端与所述凸块之间的测量距离为1mm-5mm。
9.如权利要求1-6任一项所述的风压传感器，其特征在于：所述凸块的外表面涂覆有白色涂层。
10.如权利要求1-6任一项所述的风压传感器，其特征在于：所述控制板设有可实现串口、IIC和方波通信方式的输出接口。
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