CN111207860A - 一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器 - Google Patents

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黄学辉
黄学锋
洪刚院
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Xi'an Guoyi Measurement & Control Co ltd
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Abstract

一种‑40～200℃特殊环境下的压力变送器，包括有变送器壳体和设在变送器壳体内的电路板；电路板上设有测温元件；电路板的牛角插座与液晶显示装置相连；电路板上还设有单片机芯片；变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接；压力传感器装在传感器连接装置内部；压力变化的信号通过传感器连接装置传至压力芯体，压力芯体通过内部的数字电桥信号将这种信号转换成电压信号和电流信号，通过传感器连接线路将此信号传输至电路板，信号经过处理，放大、计算，计算出数字信号显示在液晶显示装置上；具有良好的计量稳定性，可靠性，准确性的特点。

Description

一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器
技术领域
本发明属于变送器技术领域，具体涉及一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器。
背景技术
目前，由于压力变送器的发展，普通压力变送器已经不能满足现有特殊场景的使用，环境温度差异大，特殊计量环境温度在-40～200℃之间，在此计量条件下计量 时，温度变量导致压力误差增大，也就是所谓的“温漂”，同时计量仪表显示装置由 于材质和生产工艺的原因，使显示装置无法正常显示，出现花屏，黑屏，乱码，延迟 等现象的出现，在特殊环境现场应用时无法正常直观的查看计量数据。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，能有效的解决上述问题，具有良好的计量稳定性，可靠性，准确性的 特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种-40～200℃特殊环境下的压 力变送器，包括有变送器壳体和设在变送器壳体内的电路板；电路板上设有测温元件； 电路板的牛角插座与液晶显示装置相连；电路板上还设有单片机芯片；变送器壳体与 传感器连接装置采用螺纹连接；压力传感器装在传感器连接装置内部。
所述的传感器连接装置包括有设在304不锈钢腔体内的填充硅油2，传感器连 接装置腔体的上口部设有上接触膜片1，传感器连接器腔体的下口部设有下接触膜片3。
所述的单片机芯片，型号为：STM8L152C8T6，采用嵌入式-微控制器，核心处理 器为STM8。
所述的变送器壳体采用防爆型铝合金，变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接。
所述的压力传感器装在传感器连接装置内部，采用压环端面受力压住压力传感器。
本发明的有益效果是：
本发明通过极端温度下试验发现，这种现象程一定规律性，通过大量试验数据分析，计算机模拟曲线，论证和实际试验结合的方法，得到符合温度变化使压力变化的 曲线，将这种曲线动态的编入压力变送器软件程序，根据测温敏感元件及时的计量出 温度数据，在导入单片机中。由此可以验算出在此温度条件时，由于温度的影响导致 漂移量的大小，在此基础上结合实际计量出的压力数据，进行分析得出最接近真值的 压力数据，大大降低了温度影响量对压力计量带来计量误差。能有效解决长期以来的 温漂问题。
由于温度超过-20℃液晶显示装置受到外界环境的干扰，此时根据电子测温器件的反馈，开启红外线背光，利用红外背光发出的微弱能量让液晶显示装置吸收，可以 充分解决在-40℃时液晶显示装置出现的花屏，黑屏，乱码，延迟。本发明主要用于 压力计量领域，能有效的减少-40～200℃特殊环境下的精确压力计量。
本发明低温时，利用硅油的介质的特殊性，在传感器与介质接触处填充硅油，利用316L膜片对其上下端进行密封，防止介质泄露，及膜片损坏，高温时，也可利用 硅油的传导恒温效应，在使机械件设计加工成散热器装。
1)本发明能使压力变送器在-40～200℃恶劣环境下压力计量时的温度补偿，液晶显示问题。
2)本发明集温度补偿算法为一体，显示单元良好的显示计量数据，传导介质温 度补偿压力漂移，解决了仪表在恶劣环境下的压力计量问题。
3)本发明可解决在特殊-40～200℃下的电路板稳定性问题。
4)本发明可解决在-40～200℃下的传感器连接件损坏的问题。
附图说明
图1为本发明温度补偿及显示装置原理框图。
图2为本发明传感器连接器结构示意图。
图中：1-上接触膜片，2-填充硅油，3-下接触膜片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1-2，一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，包括有变送器壳体和 设在变送器壳体内的电路板；电路板上设有测温元件；电路板的牛角插座与液晶显示 装置相连；电路板上还设有单片机芯片；变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接； 压力传感器装在传感器连接装置内部。
变送器壳体采用防爆型铝合金变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接，连接螺纹为M27*2，压力传感器装在传感器连接装置内部，采用压环端面受力压住压力 传感器，变送器内部安装有电路板，测温元件用焊锡焊接至电路板上，液晶显示装置 采用10P排线与电路板上的牛角插座连接，所有功能的控制均由电路板上的单片机 芯片和程序完成。
参见图1，液晶显示装置，包括有显示单元，显示单元的10P排线与单片机芯片 相连；单片机芯片的电信号处理端口与测温元件相连；单片机芯片的计算单元的压力 电流信号采集端与压力芯体相连。以上连接后，信号传至单片机芯片中，通过单片机 芯片处理将电信号统一处理成数字信号。温度补偿在-40～200℃全温区补偿。
所述的单片机芯片，型号为：STM8L152C8T6，采用嵌入式-微控制器，核心处理 器为STM8，核心尺寸：8-位，速度：16MHz，连接性I2 C，IrDA，SPI，UART/USART。 外设高级欠压探测/复位，DMA，IR，LCD，POR，PWM，WDT，I/O数：41程序存储容 量64KB(64Kx8)，程序存储器类型闪存，EEPROM容量2Kx8 RAM容量4Kx8，电压- 电源(Vcc/Vdd)1.8V～3.6V，数据转换器A/D25x12b，D/A1x12振荡器类型内部。
参见图2，传感器连接装置包括有设在304不锈钢腔体内的填充硅油2，传感 器连接装置腔体的上口部设有上接触膜片1，传感器连接装置腔体的下口部设有下接 触膜片3。
本发明的工作原理是：
当被测介质发生压力变化后通过传感器连接装置将这种物理信号传至压力传感器的压力芯体，压力芯体接收到物理信号后使本身自带的膜片产生微小的形变，通过 内部的数字电桥信号将这种物理信号转换成电压信号和电流信号，此时通过传感器连 接线路将此信号传输至电路板，经过电路板内将信号处理，放大，计算，最终计算出 数字信号显示在液晶显示装置上，如在此过程中环境温度或介质温度发生较大变化 时，此时的传感器连接装置，敏感测温元件，液晶显示装置的电子空调系统均会将测 量到的信号传送至单片机芯片，经过单片机芯片预设的数据和自身的判断功能，将会 根据实际情况自动进行处理。
在极端环境温度或介质温度在(-40～200)℃时，由于扩散硅压力传感器应用 的温度局限性，本身受温度变量影响较大，使材料的基本特性因温度的影响发生规律 性的变化，通过极端温度下试验发现，这种现象程一定规律性，通过大量试验数据分 析，计算机自动模拟曲线，论证和实际试验结合的方法，得到符合温度变化使压力变 化的曲线，将这种曲线动态的编入压力变送器软件程序，根据测温敏感元件及时的计 量出温度数据，在导入单片机芯片中。由此可以验算出在此温度条件时，由于温度的 影响导致漂移量的大小，在此基础上结合实际计量出的压力数据，进行分析得出最接 近真值的压力数据，大大降低了温度影响量对压力计量带来计量误差。
2)由上述得出的变化曲线导出的算法，可以应用到任何一款以压力计量为基础的仪表，此方法多次验证，多次试验，能有效解决长期以来的温漂问题。见公式(1) 公式(2)，公式(3)，公式(4)，下述公式为解决温漂的算法：
Figure BDA0002347091880000051
a：测量点系数，t：偏移量的时间，b：偏移量，M:采集频率(一般取值3.0)；
Figure BDA0002347091880000052
y：零点漂移量，a：采样值，x：斜率，N:采集频率(一般取值1.5)；
Figure BDA0002347091880000053
y：零点漂移量，a：采样值，x：斜率，N:采样频率(一般取值1.5)；
Figure BDA0002347091880000061
A:累计偏差，b：比例常数，T:温度斜率，B：灵敏度漂移量，X：量程；
3)在(-40～200)℃条件下的仪表，显示装置不能正常工作，由于温度超过-20℃液晶显示装置受到外界环境的干扰，此时我们根据电子测温器件的反馈，开启红外线 背光，利用红外背光发出的微弱能量让液晶显示装置吸收，可以充分解决在-40℃时 液晶显示装置出现的花屏，黑屏，乱码，延迟。
4)电路系统在特殊条件下的会使个别器件的性能发生变化，即对仪表计量或者显示都能产生不同程度的影响。低温下，会使空气凝露，致使电路短路烧毁，高温会 使器件受损，此时我们通过设计电子空调的在定义的条件会自主通过单片机程序的控 制，控制腔体内部的温度，确保电子器件性能稳定，在-20℃或150℃时，测温器件 传递温度信号到单片机，单片机通过控制电子空调，能及时调节腔体内部温度，不会 使个别器件收到温度的影响。
5)传感器连接器因介质温度(-40～200)℃会受到不同程度的损坏，因此低 温时，利用硅油的介质的特殊性，在传感器与介质接触处填充硅油，利用316L膜片 对其上下端进行密封，防止介质泄露，及膜片损坏，高温时，也可利用硅油的传导恒 温效应，在使机械件设计加工成散热器装。

Claims (5)

1.一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，包括有变送器壳体和设在变送器壳体内的电路板；其特征在于，电路板上设有测温元件；电路板的牛角插座与液晶显示装置相连；电路板上还设有单片机芯片；变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接；压力传感器装在传感器连接装置内部。
2.根据权利要求1所述的一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，其特征在于，所述的传感器连接装置包括有设在304不锈钢腔体内的填充硅油(2)，传感器连接装置腔体的上口部设有上接触膜片(1)，传感器连接器腔体的下口部设有下接触膜片(3)。
3.根据权利要求1所述的一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，其特征在于，所述的单片机芯片，型号为：STM8L152C8T6，采用嵌入式-微控制器，核心处理器为STM8。
4.根据权利要求1所述的一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，其特征在于，所述的变送器壳体采用防爆型铝合金，变送器壳体与传感器连接装置采用螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种-40～200℃特殊环境下的压力变送器，其特征在于，所述的压力传感器装在传感器连接装置内部，采用压环端面受力压住压力传感器。
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