CN201364171Y - 一种数字化复合传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称为一种数字化复合传感器。属于温度、湿度、压力传感器技术领域。它主要是提供一种集温度、湿度、压力传感器于一体的数字化复合传感器。它的主要特征是：包括传感器壳体、传感器盖、探头帽、五芯插座、7芯接插件、数据处理电路板组件、气嘴、压力导引管、表压传感器和温湿度传感器；数据处理电路板组件包括温湿度传感器、单片机、μP监控芯片、电压变换电路、通讯芯片、RS485数字网络总线输出电路、对外数字接口和编程电路，温湿度传感器、μP监控芯片、通讯芯片和编程电路分别与单片机连接，对外数字接口与通讯芯片连接。具有测量准确度高、长期稳定性好、结构简单、尺寸小、频率响应特性较好等特点，可广泛应用于各种密封舱体系统。

Description

一种数字化复合传感器

技术领域

本实用新型属于温度、湿度、压力传感器技术领域。具体涉及一种集温度、湿度、压力传感器于一体的数字化复合传感器。

背景技术

现有用于监测密封舱体内温度、湿度与表压的传感器一般采用两个独立的，即温湿度传感器和表压传感器，其不足之处是温湿度传感器和表压传感器均采用模拟式温湿度变送器、表压变送器，并占用空间大。

模拟式温湿度变送器、表压变送器的输出信号为电压型或电流型，PLC、单片机仪表、PC机等设备必须经A/D转换，才能读取识别这些温湿度变送器、表压变送器输出的电压或电流信号，所以电路复杂、测量精度低、抗干扰能力差、成本较高。

模拟式温湿度变送器或表压变送器一般都要设计信号采集、滤波、调理电路，都要进行复杂的校准和标定，难以提高测量精度，线性度、重复性、一致性等方面很难达到较高等级。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供的一种集温度、湿度、压力传感器于一体，具有测量准确度高、长期稳定性好、结构简单、尺寸小、频率响应特性较好等特点，可广泛应用于各种舱体系统的数字化复合传感器。

本实用新型的技术解决方案是：一种数字化复合传感器，包括传感器壳体、传感器盖、探头帽、五芯插座、7芯接插件、数据处理电路板组件和温湿度传感器，其特征是：在传感器盖内设有表压传感器；在传感器壳体上设有穿越壳体的气嘴，该气嘴上接有伸向探头帽的压力导引管；所述的数据处理电路板组件包括温湿度传感器、单片机、μP监控芯片、电压变换电路、通讯芯片、RS485数字网络总线输出电路、对外数字接口和编程电路，其中，温湿度传感器、μP监控芯片、通讯芯片和编程电路分别与单片机连接，电压变换电路由滤波电容、调压电阻、二极管与电源电压变换器构成，对外数字接口与通讯芯片连接，RS485数字网络总线输出电路由瞬态电压抑制器和电阻构成，编程电路由印制板上的焊盘和电阻构成。

本实用新型的技术解决方案中所述的表压传感器和温湿度传感器焊接在PCB板上，再将PCB板和航空插头连接为一体；传感器壳体后部设有与该航空插头配合的航空插座。

本实用新型的技术解决方案中所述的数据处理电路板组件及航空插座尾部用硅橡胶全部灌封。

本实用新型由于采用由传感器壳体、传感器盖、探头帽、五芯插座、7芯接插件、数据处理电路板组件、气嘴、压力导引管、温湿度传感器和表压传感器构成的数字化复合传感器，实现温度、湿度与表压检测的三合一，用于密封舱体内监测时，使占用空间大大减小。由于表压传感器和温湿度传感器焊接在PCB板上，再将PCB板和航空插头连接为一体，因而当压传感器或温湿度传感器损坏时，只需更换由温湿度传感器、航空插头等件组成的传感器头组件。即可，而无需将整个传感器更换，将大大节约使用成本，且更换方便，提高了维护效率。本实用新型由于采用μP监控芯片，因而可为系统提供上电、掉电复位功能，保证了系统的高抗干扰能力。由于采用由滤波电容、二极管与电源电压变换器构成防反接、抗过压、抗过流的电压变换电路，因而可为系统提供了高稳定度的稳压电源VDD和VA+。由于单片机与通讯芯片相连，因而其与瞬态电压抑制器、电阻构成高可靠性的RS485数字网络总线输出电路。采用RS485数字网络总线输出，简化了通讯线路，一条通讯线上最多可接250支数字化温湿度网络变送器，易于实现多点测量，实现温湿度的网络化监测和网络化控制。由于采用对外数字接口，因而可直接与PLC、单片机仪表、PC机等设备进行通讯。由于采用由印制板上的焊盘与电阻构成的编程电路，因而在提高编程效率的同时，也减小了空间占用，降低了成本。由于采用单片机，单片机读取温湿度传感器的测量值信号后，经运算处理，通过通讯芯片输出与温湿度测量值对应的数字信号，具有精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠、信号传输效率高、准确性高、性价比高的特点。

本实用新型具有以下特点：

1、可同时测量温度、湿度、压力数据，集温度测量、湿度测量、压力测量于一体；

2、数字化接口可直接与PLC、单片机仪表、PC机等设备进行通讯，输出的数字信号可直接由PLC、单片机仪表、PC机等设备读取，相对于模拟式温湿度变送器、表压变送器，可以省去信号采集、调理、A/D转换等电路；

3、核心单片机可以直接读取温湿度传感器的测量值，同时采集表压传感器输出的表压值，可长期工作，在线性度、重复性、一致性等方面性能优异；

4、采用RS485数字网络总线输出，简化了通讯线路，一条通讯线上最多可接250支数字化复合传感器，易于实现多点测量，实现温湿度、表压的网络化监测，网络化控制；

5、耐震、耐湿、适合在恶劣的现场环境安装使用，功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠；

6、温湿度传感器及表压传感器部分为一独立组件，可单独更换。

本实用新型具有测量准确度高、长期稳定性好、结构简单、尺寸小、频率响应特性较好等特点，可广泛应用于各种密封舱体系统。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式

如图1所示。FHC-1复合传感器由传感器头组件、数据处理电路板组件10、传感器壳体3、2个航空插座、两条压力导引管8、气嘴9构成。传感器头组件包括表压传感器7、温湿度传感器6、航空插头5、PCB板以及安装附件，表压传感器7和温湿度传感器6焊接在PCB板上，安装附件将PCB板和航空插头5连接为一体。传感器壳体3上设有传感器盖1、探头帽4。航空插座2采用五芯插座Y4P-5ZJBM。压力导引管8采用硅橡胶导压管。由于传感器头组件与数据处理电路板之间必须做到气密隔离，传感器头组件与数据处理电路板通过一个7芯接插件5连接，同时，传感器头组件还通过一根硅橡胶压力导压管8与传感器壳体3后部连通。两个气嘴9设在传感器壳体3上，并穿越壳体固定。一气嘴9一端接有伸向探头帽4的压力导引管8，气嘴9另一端与另一气嘴9之间设有压力导引管8。表压传感器7和温湿度传感器6焊接在PCB板上，再将PCB板和航空插头连接为一体。数据处理电路板组件10安装于传感器壳体3后部，通过2个航空插座分别与传感器头组件和上位机通讯。数据处理电路板组件10组件及2个航空插座尾部用硅橡胶全部灌封以保证与传感器头组件之间的气密隔离。

如图2所示。数据处理电路板组件10包括温湿度传感器IC3、表压传感器S1、单片机IC2、μP监控芯片IC4、电压变换电路、通讯芯片IC5、RS485数字网络总线输出电路和编程电路。温湿度传感器IC3、表压传感器S1与单片机IC2相接，μP监控芯片IC4为系统提供上电、掉电复位功能，保证了系统的高抗干扰能力；滤波电容C1、C2、C3、C4，调压电阻R1、R2，二极管D1、D4与电源电压变换器IC1构成防反接、抗过压、抗过流的电压变换电路，为系统提供了高稳定度的稳压电源VDD；滤波电容C12、C13、C14与电源稳压变换器IC6构成抗干扰的电压变换电路，为表压传感器S1提供了高稳定度的稳压电源VA+；电源VA+通过电阻R7、R8与单片机IC2相连，为单片机IC2提供基准电压；单片机IC2与通讯芯片IC5相连，其与瞬态电压抑制器D2、D3、电阻R6构成高可靠性的RS485数字网络总线输出电路，1X2为对外数字接口；1X1为印制板上的焊盘，与电阻R3、R4构成编程电路；C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11为滤波电容，R5为上拉电阻。

本实用新型的工作原理如下：

单片机IC2通过I2C数字接口连续读取温湿度传感器IC3的测量数据，同时采集表压传感器S1输出的表压值，经运算处理，将温度、湿度、压力数据保存在缓冲区，当收到上位机的读取数据命令时，直接从缓冲区读取最新数据，经CRC校验打包后，通过通讯芯片IC5发送至上位机。

FHC-1复合传感器是专用于监测密封舱体内温度、湿度与表压的三合一传感器。具有测量准确度高、长期稳定性好、结构简单、尺寸小、频率响应特性较好等特点，可广泛应用于各种密封舱体系统。

一、技术指标

1、测量范围：

温度                   -40～+85℃

湿度                   0.1％～100％RH(非凝露状态)

压力                   -20KPa～+30KPa

2、准确度：

温度                   ±1℃

湿度                   ±4％RH(在0～+60℃、湿度为20％～80％RH时)

压力                   ±1％FS

3、内部数据刷新时间：  1s

4、工作温度范围：      -40～+85℃

5、储存温度：          -40～+85℃

6、通讯接口：          硬件RS-485、软件协议Modbus RTU

7、供电电压：          24±6VDC

二、功能

1、能实时准确地监测舱体内的温度、湿度与表压；

2、RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力，控制方便；复合传感器能通过RS-485接口，实时将所测数据传送给上位机；

3、温湿度传感器6及表压传感器7部分为一独立组件，可单独更换。

Claims (3)

1、一种数字化复合传感器，包括传感器壳体(3)、传感器盖(1)、探头帽(4)、五芯插座(2)、7芯接插件(5)、数据处理电路板组件(10)和温湿度传感器(6)，其特征是：在传感器盖(1)内设有表压传感器(7)；在传感器壳体(3)上设有穿越壳体的气嘴(9)，该气嘴(9)上接有伸向探头帽(4)的压力导引管(8)；所述的数据处理电路板组件(10)包括温湿度传感器(IC3)、表压传感器(S1)、单片机(IC2)、μP监控芯片(IC4)、电压变换电路、通讯芯片(IC5)、RS485数字网络总线输出电路、对外数字接口(JP1)和编程电路，其中，温湿度传感器(IC3)、μP监控芯片(IC4)、通讯芯片(IC3)和编程电路分别与单片机(IC2)连接，电压变换电路由滤波电容(C1、C2、C3、C4)、调压电阻(R1、R2)、二极管(D1、D4)与电源电压变换器(IC1)构成，对外数字接口(1X2)与通讯芯片(IC3)连接，RS485数字网络总线输出电路由瞬态电压抑制器(D2、D3)和电阻(R6)构成，编程电路由印制板上的焊盘(1X1)和电阻(R3、R4)构成。

2、根据权利要求1所述的一种数字化复合传感器，其特征是：所述的表压传感器(7)和温湿度传感器(6)焊接在PCB板上，再将PCB板和航空插头连接为一体；传感器壳体(3)后部设有与该航空插头配合的航空插座。

3、根据权利要求1或2所述的一种数字化复合传感器，其特征是：所述的数据处理电路板组件(10)及航空插座尾部用硅橡胶全部灌封。

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