CN210293525U - 一种带有高性能抗干扰的差压变送器 - Google Patents

Abstract

一种带有高性能抗干扰的差压变送器，包括壳体、差压传感器、测量膜盒、电子线路，所述差压传感器设置在所述测量膜盒内部并与所述电子线路连接安装在所述壳体内；所述差压传感器包括隔离膜片、陶瓷刚性绝缘体、测量膜片、固定电极、导线、充灌液、浮动膜片、基座。本实用新型所述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，差压传感器采取隔离式的电容设计来使由外界隔离由接地端进入的干扰，通过在测量电容的公共端设置有隔离膜片，将测量电容与外界隔离开来，从传感器的结构上来提高抗干扰性能，抗干扰效果好。

Description

一种带有高性能抗干扰的差压变送器

技术领域

本实用新型涉及差压变送器技术领域，具体涉及一种带有高性能抗干扰的差压变送器。

背景技术

差压变送器是用来检测生产过程运行中流体的流量、差压、压力、液位、密度等参数的现场仪表,因它直接与被测介质相接触,所以经常在高温、低温、腐蚀、振动、冲击、辐射等恶劣环境中运行,以及由于工艺流程的大型化、复杂化及计算机集散控制的应用,因此对变送器的精确度、长期稳定性、可靠性等均有很高的要求。

从早期精度低、笨重的大位移水银浮子式差压计,到50年代体积大、结构复杂、可靠性差、精度低的力平衡式差压变送器。到了70年代,随着技术的发展,出现了第3代微位移电子式变送器。经过了几十年的发展历程,新一代差压变送器结构简单、体积小、精度高、可靠性好。敏感元件主要有电容式、扩散硅式、电感式等。进入90年代,由于电子技术、计算机技术的高速发展以及微电子机械技术的出现,使差压变送器越做越小，功能也越来越强，正向微型化、高精度、智能化、数字化方向快速发展。

随着工业的快速发展，越来越多的大功率设备被用到了工业现场中。各种大型电动执行机构、电动机的使用使工业生产环境进一步变差，工业现场环境产生噪声污染主要由这些设备产生。这要求差压变送器能具有更高的抗干扰性能。

中国专利申请号为 CN201410398606.5公开了一种智能微差压变送器及其方法，通过电子放大电路来提高抗干扰性能，所述电子放大电路由电荷采样电路、电压放大电路和电压电流转换电路组成，其抗干扰效果还是不够好。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服以上不足，本实用新型的目的是提供一种带有高性能抗干扰的差压变送器，差压传感器采取隔离式的电容设计来使由外界隔离由接地端进入的干扰，通过在测量电容的公共端设置有隔离膜片，将测量电容与外界隔离开来，从传感器的结构上来提高抗干扰性能，还通过滤波及差分放大电路对干扰信号及共模信号进行抑制处理、隔离放大电路实现输入部分和输出部分的物理隔离，抗干扰效果好。

技术方案：一种带有高性能抗干扰的差压变送器，包括壳体、差压传感器、测量膜盒、电子线路，所述差压传感器设置在所述测量膜盒内部并与所述电子线路连接安装在所述壳体内；所述差压传感器包括隔离膜片、陶瓷刚性绝缘体、测量膜片、固定电极、导线、充灌液、浮动膜片、基座；所述隔离膜片设置在所述基座左右两侧，所述陶瓷刚性绝缘体、测量膜片、固定电极、浮动膜片设置在所述基座内部空腔；所述陶瓷刚性绝缘体、测量膜片、浮动膜片分为上下两部分，所述浮动膜片的上下两部分的一端分别于所述基座内部的上下两侧连接并且另一端与所述陶瓷刚性绝缘体上下两部分连接，所述陶瓷刚性绝缘体上下两部分为U型并且上部的内侧设置有固定电极；所述测量膜片穿设于所述陶瓷刚性绝缘体并且上下两端与所述浮动膜片上下两部分连接；所述导线与所述固定电极、浮动膜片上部分连接，所述充灌液设置在所述基座内部空腔中。

在影响差压变送器的众多干扰中，差压变送器供电的电源线和接地线之间由公用电源所引起的干扰最为敏感。在本实用新型中，是以电容式差压传感器作为所述差压传感器，传统的电容式传感器的结构中，基座与测量膜片是经焊接连在一起形成了差动电容，然后将该传感器测量电容的公共端与外壳直接连接，也就是说传感器电容直接通过接地端与外界相连。当差压变送器在现场工作时，外界的干扰会通过暴露在外的公共接地端直接进入到了测量电容上，本实用新型采取隔离式的电容设计来使由外界隔离由接地端进入的干扰，通过在测量电容的公共端设置有隔离膜片，将测量电容与外界隔离开来，从传感器的结构上来提高抗干扰性能。

所述差压传感器的工作原理如下：当差压变送器工作时，高压侧电容随着差压的增加而减少,低压侧电容随着差压的增加而增加。而被测差压通过导压管进入变送器的高、低压侧,当高压侧和低压侧的压力不同时，差压便通过所述差压传感器的隔离膜片和充灌液作用到测量膜片和浮动膜片上。在正常差压下,浮动膜片基本是不动的,所以随着外加差压的变化,测量膜片便产生与差压成正比例微小位移。测量膜片的作用,相当于差动电容中的一个极板,它的两侧和固定电极构成两个电容,即高压侧测量电容和低压侧测量电容。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述基座与隔离膜片通过陶瓷板固定连接。

在隔离膜片和底座中通过入不导电的陶瓷板来固定，就可以将测量电容和外壳完全隔离开来，由于所插入的陶瓷材料很薄，这种设计并不会改变原有传感器的安装尺寸。保持了原先传感器的结构稳定的优点。相比于其他的传感器设计，有更强的抗冲击性。由于传感器的本体和壳体完全隔离，外界干扰将不再通过壳体传导入传感器测量膜片上。同时保证了电磁干扰不再通过壳体进入内部。在这样的设计下电容式传感器获得更好的抗干扰性能，使电容式传感器适应微差压测量的环境。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述电子线路包括供电电路、1mA恒流源电路、滤波及差分放大电路、隔离放大电路、转换电路，所述供电电路与所述1mA恒流源电路、滤波及差分放大电路、隔离放大电路、转换电路电性连接，所述1mA恒流源电路与所述差压传感器电性连接，所述差压传感器与所述滤波及差分放大电路、隔离放大电路、转换电路依次电性连接。

工业现场环境通常比较复杂，具有各种干扰源和干扰信号，导致差压传感器送出的模拟信号往往带有很高的共模电压及各种干扰信号， 同时现场的各种执行机构也会产生很高的共模电压与干扰信号， 对差压变送器的性能及测量精度造成很大的影响，为了解决质疑问题，本实用新型采用滤波及差分放大电路对干扰信号及共模信号进行抑制处理、隔离放大电路实现输入部分和输出部分的物理隔离。

本实用新型所述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述电子线路工作流程如下：1)首先通过供电电路及1mA恒流源模块生成高精度的 1mA 恒流源，并在1mA恒流源电路中串联接入差压传感器，差压传感器将压力信号转换为电压信号； 2) 差压传感器将压力信号转换为电压信号后，接下来由所述滤波及差分放大电路完成对差压传感器将压力信号转换为电压信号两端的电压进行滤波及差分放大，以抑制输入端引入的干扰信号以及共模信号，提高所述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器的测量精度及稳定性；3) 接下来由所述隔离放大电路对信号进行线性传输，实现输入部分和输出部分的物理隔离及线性传输；4)最后，由所述转换电路将隔离放大电路的输出电压信号转换为( 4～20) mA 电流信号。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述滤波及差分放大电路包括低通滤波电路、差分放大电路，所述低通滤波电路、差分放大电路串联。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述低通滤波电路由两个RC低通滤波电路并联组成。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述RC低通滤波电路由两个电容一个电阻组成。

由两个电容一个电阻组成ＲC 低通滤波电路对电路的干扰信号进行低通滤波处理。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述差分放大电路由三个查分放大器组成，并且所述查分放大器的输入信号之间设置有多个电容。

在电路中使用 3 个差分放大器组成 2 级差分放大电路，提高输入信号处理电路的输入阻抗和共模抑制比，有效抑制输入接口的干扰信号以及共模信号。本实用新型选用的差分放大器的输入阻抗在1000GΩ以上，共模抑制比不小于 90dB。通过2级差分放大后，噪声信号得到了有效的抑制，从而极大提高了电路的干扰信号和共模信号的抑制能力。此外，在差分放大器的输入信号之间使用电容进行滤波，有效去除印刷线引入的高频干扰信号。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述差分放大电路还包括若干个电源输入电路，每个所述电源输入电路的电源输入脚设置有RC滤波电路。

在每个运放的电源输入脚添加ＲC滤波电路，可以有效抑制 DC /DC 引入的高频干扰，同时可以减小供电电压的纹波幅度，保证运放工作性能的稳定性。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述隔离放大电路通过线性光耦进行隔离传输。

隔离放大电路采用线性光耦进行隔离传输，该线性光耦的隔离电压大于3000V，能够耦合模拟和数字信号，增益稳定性高，带宽大于 200kHz，线性度为 0.01%。

进一步的，上述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，所述带有高性能抗干扰的差压变送器还包括盘柜，所述壳体设置在所述盘柜内。

将壳体安装在金属材料的盘柜中，盘柜接地，在盘柜门关闭状态下，能够为本实用新型所述的带有高性能抗干扰的差压变送器提供抗外来静电干扰的屏蔽；在盘柜门开启状态下，静电干扰的主要来源是人体静电，因此，在操作本实用新型所述的带有高性能抗干扰的差压变送器前及过程中，需做好静电消除措施。

本实用新型的有益效果为：

（1）差压传感器采取隔离式的电容设计来使由外界隔离由接地端进入的干扰，通过在测量电容的公共端设置有隔离膜片，将测量电容与外界隔离开来，从传感器的结构上来提高抗干扰性能，抗干扰效果好；

（2）通过滤波及差分放大电路对干扰信号及共模信号进行抑制处理、隔离放大电路实现输入部分和输出部分的物理隔离，抗干扰效果好；

（3）将壳体安装在金属材料的盘柜中，盘柜接地，在盘柜门关闭状态下，能够为本实用新型所述的带有高性能抗干扰的差压变送器提供抗外来静电干扰的屏蔽。

附图说明

图1为本实用新型所述一种带有高性能抗干扰的差压变送器的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述一种带有高性能抗干扰的差压变送器的差压传感器结构示意图；

图3为本实用新型所述一种带有高性能抗干扰的差压变送器的电子线路示意图；

图4为本实用新型所述一种带有高性能抗干扰的差压变送器的滤波及差分放大电路的示意图；

图中：壳体1、差压传感器2、隔离膜片21、陶瓷刚性绝缘体22、测量膜片23、固定电极24、导线25、充灌液26、浮动膜片27、基座28、陶瓷板29、测量膜盒3、电子线路4、供电电路41、1mA恒流源电路42、滤波及差分放大电路43、低通滤波电路431、RC低通滤波电路4311、差分放大电路432、查分放大器4321、电源输入电路433、RC滤波电路4331、隔离放大电路44、转换电路45、盘柜5、a地面、b输入差压信号、c输出电流信号。

具体实施方式

下面结合附图1~4和实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1、2所示的上述结构的一种带有高性能抗干扰的差压变送器，包括壳体1、差压传感器2、测量膜盒3、电子线路4，所述差压传感器2设置在所述测量膜盒3内部并与所述电子线路4连接安装在所述壳体1内；所述差压传感器2包括隔离膜片21、陶瓷刚性绝缘体22、测量膜片23、固定电极24、导线25、充灌液26、浮动膜片27、基座28；所述隔离膜片21设置在所述基座28左右两侧，所述陶瓷刚性绝缘体22、测量膜片23、固定电极24、浮动膜片27设置在所述基座28内部空腔；所述陶瓷刚性绝缘体22、测量膜片23、浮动膜片27分为上下两部分，所述浮动膜片27的上下两部分的一端分别于所述基座28内部的上下两侧连接并且另一端与所述陶瓷刚性绝缘体22上下两部分连接，所述陶瓷刚性绝缘体22上下两部分为U型并且上部的内侧设置有固定电极24；所述测量膜片23穿设于所述陶瓷刚性绝缘体22并且上下两端与所述浮动膜片27上下两部分连接；所述导线25与所述固定电极24、浮动膜片27上部分连接，所述充灌液26设置在所述基座28内部空腔中。

进一步的，如图1、2所示，所述基座28与隔离膜片21通过陶瓷板29固定连接。

并且，如图3所示，所述电子线路4包括供电电路41、1mA恒流源电路42、滤波及差分放大电路43、隔离放大电路44、转换电路45，所述供电电路41与所述1mA恒流源电路42、滤波及差分放大电路43、隔离放大电路44、转换电路45电性连接，所述1mA恒流源电路42与所述差压传感器2电性连接，所述差压传感器2与所述滤波及差分放大电路43、隔离放大电路44、转换电路45依次电性连接。

此外，如图4所示，所述滤波及差分放大电路43包括低通滤波电路431、差分放大电路432，所述低通滤波电路431、差分放大电路432串联。所述低通滤波电路431由两个RC低通滤波电路4311并联组成。所述RC低通滤波电路4311由两个电容一个电阻组成。所述差分放大电路432由三个查分放大器4321组成，并且所述查分放大器4321的输入信号之间设置有多个电容。所述差分放大电路432还包括若干个电源输入电路433，每个所述电源输入电路433的电源输入脚设置有RC滤波电路4331。

此外，所述隔离放大电路44通过线性光耦进行隔离传输。

进一步的，如图1所示，所述带有高性能抗干扰的差压变送器还包括盘柜5，所述壳体1设置在所述盘柜5内。

实施例

当本实用新型所述的带有高性能抗干扰的差压变送器工作时，高压侧电容随着差压的增加而减少，低压侧电容随着差压的增加而增加。而被测差压进入差压变送器的高、低压侧,当高压侧和低压侧的压力不同时，差压便通过所述差压传感器2的隔离膜片21和充灌液26作用到测量膜片23和浮动膜片27上。在正常差压下，浮动膜,27基本是不动的,所以随着外加差压的变化,测量膜片23便产生与差压成正比例微小位移。测量膜片23的作用，相当于差动电容中的一个极板，它的两侧和固定电极构成两个电容，即高压侧测量电容和低压侧测量电容。

其中，电子线路4与差压传感器2是电性连接的，工作原理是：1)首先通过供电电路41及1mA恒流源模块42生成高精度的 1mA 恒流源，并在1mA恒流源电路42中串联接入差压传感器2，差压传感器2将压力信号转换为电压信号； 2) 差压传感器2将压力信号转换为电压信号后，接下来由所述滤波及差分放大电路43完成对差压传感器2将压力信号转换为电压信号两端的电压进行滤波及差分放大，以抑制输入端引入的干扰信号以及共模信号，提高所述的一种带有高性能抗干扰的差压变送器的测量精度及稳定性；3) 接下来由所述隔离放大电路44对信号进行线性传输，实现输入部分和输出部分的物理隔离及线性传输；4)最后，由所述转换电路45将隔离放大电路44的输出电压信号转换为( 4～20) mA 电流信号，传入上一级。

其中，当差压变送器在现场工作时，外界的干扰会通过暴露在外的公共接地端直接进入到了测量电容上，本实用新型采取隔离式的电容设计来使由外界隔离由接地端进入的干扰，通过在测量电容的公共端设置有隔离膜片21以及在隔离膜片21和底座中28通过入不导电的陶瓷板29来固定，相比于其他的传感器设计，有更强的抗冲击性，并且差压传感器2的本体和壳体完全隔离，外界干扰将不再通过壳体传导入传感器测量膜片23上。同时保证了电磁干扰不再通过壳体1进入内部。在这样的设计下电容式传感器获得更好的抗干扰性能，使电容式传感器适应微差压测量的环境。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的实施方式之间可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，包括壳体（1）、差压传感器（2）、测量膜盒（3）、电子线路（4），所述差压传感器（2）设置在所述测量膜盒（3）内部并与所述电子线路（4）连接安装在所述壳体（1）内；所述差压传感器（2）包括隔离膜片（21）、陶瓷刚性绝缘体（22）、测量膜片（23）、固定电极（24）、导线（25）、充灌液（26）、浮动膜片（27）、基座（28）；所述隔离膜片（21）设置在所述基座（28）左右两侧，所述陶瓷刚性绝缘体（22）、测量膜片（23）、固定电极（24）、浮动膜片（27）设置在所述基座（28）内部空腔；所述陶瓷刚性绝缘体（22）、测量膜片（23）、浮动膜片（27）分为上下两部分，所述浮动膜片（27）的上下两部分的一端分别于所述基座（28）内部的上下两侧连接并且另一端与所述陶瓷刚性绝缘体（22）上下两部分连接，所述陶瓷刚性绝缘体（22）上下两部分为U型并且上部的内侧设置有固定电极（24）；所述测量膜片（23）穿设于所述陶瓷刚性绝缘体（22）并且上下两端与所述浮动膜片（27）上下两部分连接；所述导线（25）与所述固定电极（24）、浮动膜片（27）上部分连接，所述充灌液（26）设置在所述基座（28）内部空腔中。

2.根据权利要求1所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述基座（28）与隔离膜片（21）通过陶瓷板（29）固定连接。

3.根据权利要求1所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述电子线路（4）包括供电电路（41）、1mA恒流源电路（42）、滤波及差分放大电路（43）、隔离放大电路（44）、转换电路（45），所述供电电路（41）与所述1mA恒流源电路（42）、滤波及差分放大电路（43）、隔离放大电路（44）、转换电路（45）电性连接，所述1mA恒流源电路（42）与所述差压传感器（2）电性连接，所述差压传感器（2）与所述滤波及差分放大电路（43）、隔离放大电路（44）、转换电路（45）依次电性连接。

4.根据权利要求3所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述滤波及差分放大电路（43）包括低通滤波电路（431）、差分放大电路（432），所述低通滤波电路（431）、差分放大电路（432）串联。

5.根据权利要求4所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述低通滤波电路（431）由两个RC低通滤波电路（4311）并联组成。

6.根据权利要求5所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述RC低通滤波电路（4311）由两个电容一个电阻组成。

7.根据权利要求4所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述差分放大电路（432）由三个查分放大器（4321）组成，并且所述查分放大器（4321）的输入信号之间设置有多个电容。

8.根据权利要求4所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述差分放大电路（432）还包括若干个电源输入电路（433），每个所述电源输入电路（433）的电源输入脚设置有RC滤波电路（4331）。

9.根据权利要求3所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述隔离放大电路（44）通过线性光耦进行隔离传输。

10.根据权利要求1所述的带有高性能抗干扰的差压变送器，其特征在于，所述带有高性能抗干扰的差压变送器还包括盘柜（5），所述壳体（1）设置在所述盘柜（5）内。

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