CN210833945U - 一种微功耗压力变送器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微功耗压力变送器电路，包括输入保护电路、可控电源电路、压力传感电路和信号放大电路，外部电源与所述输入保护电路电连接，所述输入保护电路与可控电源电路电连接，所述可控电源与所述压力传感电路和信号放大电路电连接，所述压力传感电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路对外输出电压信号。本实用新型的微功耗压力变送器电路，通过所述输入保护电路对所述可控电源电路进行浪涌保护，并由可控电源电路将外部电源转换成稳定的直流3V电源给压力传感电路和信号放大电路供电，并输出低电压信号，整个电路功耗低、频率响应快，及时性好，可以采集准确的压力值，电路结构简单，成本低廉、体积小巧、安装方便。

Description

一种微功耗压力变送器电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种微功耗压力变送器电路。

背景技术

压力变送器的设计和开发、已经有很多类型和款式，但是在井下采油、地质勘探时、真正实用的压力变送器就很少了，而且都是进口的，价格昂贵。因为在井下采油时、压力的检测是很不方便的，不方便拉很长的线、也不方便通过DC 24V电源给压力变送器供电，一般都是采用锂电池供电、电压只有3.6V左右、并且常采用间断供电的模式；还要体积小巧，安装方便。目前主要是通过通微处理器，将采集到的压力、温度等数据、通过无线发射到地面设备、为了延长锂电池的使用时间，要求压力变送器必须是微功耗，而且锂电池供电常采用间断供电的模式，即通电一段时间(一般几十毫秒左右)、然后断电一段时间、再通电又断电，不断循环，这就要求压力变送器还必须满足快速响应的，即频响快，设备在很短的时间内能采集到真实的压力值。现有技术中的压力变送器不具备上述特点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种微功耗压力变送器电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种微功耗压力变送器电路，包括输入保护电路、可控电源电路、压力传感电路和信号放大电路，外部电源与所述输入保护电路电连接，所述输入保护电路与可控电源电路电连接，所述可控电源与所述压力传感电路和信号放大电路电连接，所述压力传感电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路对外输出电压信号。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的微功耗压力变送器电路，通过所述输入保护电路对所述可控电源电路进行浪涌保护，并由可控电源电路将外部电源转换成稳定的直流3V电源给压力传感电路和信号放大电路供电，并输出低电压信号，整个电路功耗低、频率响应快，及时性好，可以采集准确的压力值，电路结构简单，成本低廉、体积小巧、安装方便。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述输入保护电路包括瞬态抑制二极管TVS和电容C3，且所述瞬态抑制二极管TVS的负极分别与外部电源和可控电源电路的输入端电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源地电连接，所述电容C3并联在所述瞬态抑制二极管TVS的正负极两端。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述瞬态抑制二极管TVS可以在外部电源输入瞬间避免电压浪涌冲击所述可控电源电路，对所述可控电源电路进行有效保护，延长其使用寿命。

进一步：所述可控电源电路采用可控电源模块芯片U3，外部电源与所述可控电源模块芯片U3的输入端电连接，所述可控电源模块芯片U3的使能端通过开关SW与外部电源电连接，所述可控电源模块芯片U3的接地端与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的调节端通过电容C5与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的输出端通过电容C4与电源地电连接，所述电源模块芯片U3的输出端分别与所述压力传感电路和信号放大电路电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述可控电源模块芯片U3可以将外部电源电压转换为3V电压并稳定输出，通过所述开关SW与外部电源的接通和断开，可以控制所述可控电源模块芯片U3的输出端的通断，非常方便。

进一步：所述压力传感电路包括压力传感器P，所述压力传感器P的一个电源端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述压力传感器P的另一个电源端与电源地电连接，所述压力传感器P的两个输出端分别与所述信号放大电路的两个输入端对应电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过由四个电阻组成的惠斯通电桥作为压力传感器，可以准确将压力转化为电信号，从而输出至信号放大电路。

进一步：所述信号放大电路采用运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述压力传感器P的一个输出端与运算放大器U1的同相输入端之间电连接有所述电阻R1，所述运算放大器U1的同相输入端通过所述电容C1与电源地电连接，所述压力传感器P的另一个输出端与运算放大器 U1的反相输入端之间电连接有所述电阻R2，所述运算放大器U1的反相输入端通过所述电容C2与电源地电连接，所述运算放大器U1的正电源输入端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述算放大器U1的负电源输入端与电源地电连接，运算放大器U1的输出端对外输出电压信号。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2组成的阻容吸收滤波电路可以对所述压力传感电路输出的信号进行滤波，除去电路中的杂波成分，同时，所述运算放大器U1对滤波后的信号进行放大处理，然后对外输出。

进一步：所述的微功耗压力变送器电路还包括基准电压调整电路，所述基准电压调整电路包括电阻R5、电阻R6、电容C6、电位器WZ和运算放大器 U2，所述电阻R5的一端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述电阻R5 的另一端与所述电位器WZ的输入端电连接，所述电位器WZ的接地端通过所述电阻R6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端通过所述电容C6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端还与所述运算放大器U2的同相输入端电连接，所述运算放大器U2的反向输入端和输出端分别与所述运算放大器U1的反馈输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述基准电压调整电路，可以调整所述运算放大器U1输出零点，可以避免所述电位器WS微动一下导致输出变化较大，保证所述运算放大器U1输出的稳定性，同时降低产品功耗。

进一步：所述的微功耗压力变送器电路还包括输出电压调整电路，所述输出电压调整电路包括电阻R3、电阻R4和电位器WS，所述运算放大器U1 的一个增益调节端与另一个增益调节端之间顺次串联有所述电阻R3和电阻 R4，所述电阻R3和电阻R4的公共端分别与所述电位器WS的输入端和调节点电连接，所述电位器WS的接地端与所述运算放大器U1的另一个增益调节端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过在电位器WS的两端并联一个电阻 R4、再串联一个电阻R3的方式、这样电位器WS的调整灵敏度就降低了，输出信号更加稳定、可靠。

进一步：所述的微功耗压力变送器电路还包括输出保护电路，所述信号放大电路与所述输出保护电路电连接，所述输出保护电路对外输出电压信号，所述输出保护电路还与电源地电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述输出保护电路可以对所述信号放大电路的输出进行有效保护，还可以防爆、防射频干扰。

进一步：所述输出保护电路包括限流短路保护电路和阻容吸收保护电路，所述信号放大电路的输出端与所述限流短路保护电路的输入端电连接，所述限流短路保护电路的输出端对外输出电压信号，所述阻容吸收保护电路电连接在电源地与机壳地之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述限流短路保护电路可以防止所述信号放大电路输出短路瞬间输出电流过大导致信号放大电路损坏，对信号放大电路进行有效保护；通过所述阻容吸收保护电路可以将电路中的杂波信号吸收到地，保证输出信号的准确性。

进一步：所述限流短路保护电路包括电阻R7和电容C7，所述电阻R7 和电容C7顺次串联在所述信号放大电路的输出端与电源地之间，且所述电阻R7和电容C7的公共端作为输出端对外输出端电压信号；

所述阻容吸收保护电路包括电阻R8和电容C8，所述电阻R8和电容C8 顺次串联在电源地和机壳地之间。

附图说明

图1为本实用新型的微功耗压力变送器电路的结构示意图；

图2为本实用新型的微功耗压力变送器电路的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种微功耗压力变送器电路，包括输入保护电路、可控电源电路、压力传感电路和信号放大电路，外部电源与所述输入保护电路电连接，所述输入保护电路与可控电源电路电连接，所述可控电源与所述压力传感电路和信号放大电路电连接，所述压力传感电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路对外输出电压信号。

本实用新型的微功耗压力变送器电路，通过所述输入保护电路对所述可控电源电路进行浪涌保护，并由可控电源电路将外部电源转换成稳定的直流 3V电源给压力传感电路和信号放大电路供电，并输出低电压信号，整个电路功耗低、频率响应快，及时性好，可以采集准确的压力值，电路结构简单，成本低廉、体积小巧、安装方便。

如图2所示，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述输入保护电路包括瞬态抑制二极管TVS和电容C3，且所述瞬态抑制二极管TVS的负极分别与外部电源和可控电源电路的输入端电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源地电连接，所述电容C3并联在所述瞬态抑制二极管TVS的正负极两端。通过所述瞬态抑制二极管TVS可以在外部电源输入瞬间避免电压浪涌冲击所述可控电源电路，对所述可控电源电路进行有效保护，延长其使用寿命。这里，所述瞬态抑制二极管TVS采用SMBJ5.0CA，保护电压为5V。

如图2所示，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述可控电源电路采用可控电源模块芯片U3，外部电源与所述可控电源模块芯片U3的输入端电连接，所述可控电源模块芯片U3的使能端通过开关SW与外部电源电连接，所述可控电源模块芯片U3的接地端与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的调节端通过电容C5与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的输出端通过电容C4与电源地电连接，所述电源模块芯片U3的输出端分别与所述压力传感电路和信号放大电路电连接。通过所述可控电源模块芯片U3 可以将外部电源电压转换为3V电压并稳定输出，通过所述开关SW与外部电源的接通和断开，可以控制所述可控电源模块芯片U3的输出端的通断，非常方便。本实用新型中，所述可控电源模块芯片U3采用型号SGM2019可控电源模块，为了保证电路的简洁，采用外部电源同步作为可控电源模块芯片 U3的使能端控制信号，并且当开关SW闭合，所述可控电源模块芯片U3的使能端为高电平，输出端有3V电压输出，当开关SW断开，所述可控电源模块芯片U3的使能端为低电平，输出端无3V电压输出。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述压力传感电路为压力传感器 P，所述压力传感器P的一个电源端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述压力传感器P的另一个电源端与电源地电连接，所述压力传感器P的两个输出端分别与所述信号放大电路的两个输入端对应电连接。通过由四个电阻组成的惠斯通电桥作为压力传感器，可以准确将压力转化为电信号，从而输出至信号放大电路。

如图2所示，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述信号放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述压力传感器P的一个输出端与运算放大器U1的同相输入端之间电连接有所述电阻R1，所述运算放大器U1的同相输入端通过所述电容C1与电源地电连接，所述压力传感器P的另一个输出端与运算放大器U1的反相输入端之间电连接有所述电阻R2，所述运算放大器U1的反相输入端通过所述电容C2与电源地电连接，所述运算放大器U1的正电源输入端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述算放大器U1的负电源输入端与电源地电连接，运算放大器U1的输出端对外输出电压信号。通过所述电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2 组成的阻容吸收滤波电路可以对所述压力传感电路输出的信号进行滤波，除去信号中的杂波成分，保证输出信号的稳定性，同时，所述运算放大器U1 对滤波后的信号进行放大处理，然后对外输出。这里，所述运算放大器U1 采用AD8226的放大器芯片。考虑到电路的频率响应快速要求，电阻R1、R2 采用1206贴片式100欧电阻，电容C1、C2采用1206贴片式0.01uF/63V 电容。

优选地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述的微功耗压力变送器电路还包括基准电压调整电路，所述基准电压调整电路包括电阻R5、电阻 R6、电容C6、电位器WZ和运算放大器U2，所述电阻R5的一端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述电阻R5的另一端与所述电位器WZ的输入端电连接，所述电位器WZ的接地端通过所述电阻R6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端通过所述电容C6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端还与所述运算放大器U2的同相输入端电连接，所述运算放大器U2的反向输入端和输出端分别与所述运算放大器U1的反馈输入端电连接。通过所述基准电压调整电路，可以调整所述运算放大器U1输出零点，可以避免所述电位器WS微动一下导致输出变化较大，保证所述运算放大器U1输出的稳定性，同时降低产品功耗。这里，所述运算放大器U2采用低功耗运算放大器SGM8521、工作电压最低可到2.2V。为了零点调整范围比较小、稳定，电阻 R5取100k、R6取5k、电位器WZ取5k。

需要特别指出的是，本实用新型的实施例中，因为是采用低电压设计、在3.6V供电时、正式校准之前、必须简单的检测一下运算放大器U3 5脚输出端输出的电压的稳定性、准确性，确认其是不是在3.0V±0.1V以内。当输出零点要求为0.2V时，准确匹配R5、R6的电阻值，使WZ的中间触头在中间位置时、输出零点正好在0.2V左右，比如电阻R5＝100k、R6＝5k、电位器WZ＝5k；

则U_Z＝(R6+1/2WZ)÷(R5+WZ+R6)×3V＝0.205V

这样微调一下调零电位器，就可以输出0.2V、如果电阻匹配不合适、会出现无法调零的现象。

优选地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述的微功耗压力变送器电路还包括输出电压调整电路，所述输出电压调整电路包括电阻R3、电阻 R4和电位器WS，所述运算放大器U1的一个增益调节端与另一个增益调节端之间顺次串联有所述电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4的公共端分别与所述电位器WS的输入端和调节点电连接，所述电位器WS的接地端与所述运算放大器U1的另一个增益调节端电连接。通过在电位器WS的两端并联一个电阻R4、再串联一个电阻R3的方式、这样电位器WS的调整灵敏度就降低了，输出信号更加稳定、可靠，又能满足要求，避免电位器WS微动一下，输出变化比较大。

为了降低满度电位器WS调整的灵敏度，需要匹配电阻R3、R4、电位器 WS的合适阻值。根据压力传感器额定量程输出信号，如20mV左右，压力变送器输出信号的变化量，如输出0.2-1.0V，输出变化量为800mV，计算仪表信号放大器的放大倍数，如Av＝800÷20＝40倍，根据放大倍数计算阻值，

Rg＝49.4KΩ/(Av－1)＝1.27k

而Rg＝R3+R4//WS；

则可以选取R3＝1k、R4＝510欧、电位器WS＝1k；

经测试、产品供电电压3.6V、最大功耗6mW、即最大工作电流1.8mA、最高频响达到1000Hz。

优选地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述的微功耗压力变送器电路还包括输出保护电路，所述信号放大电路与所述输出保护电路电连接，所述输出保护电路对外输出电压信号，所述输出保护电路还与电源地电连接。通过所述输出保护电路可以对所述信号放大电路的输出进行有效保护，还可以防爆、防射频干扰。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述输出保护电路包括限流短路保护电路和阻容吸收保护电路，所述信号放大电路的输出端与所述限流短路保护电路的输入端电连接，所述限流短路保护电路的输出端对外输出电压信号，所述阻容吸收保护电路电连接在电源地与机壳地之间。通过所述限流短路保护电路可以防止所述信号放大电路输出短路瞬间输出电流过大导致信号放大电路损坏，对信号放大电路进行有效保护；通过所述阻容吸收保护电路可以将电路中的杂波信号吸收到地，保证输出信号的准确性。

具体地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述限流短路保护电路包括电阻R7和电容C7，所述电阻R7和电容C7顺次串联在所述信号放大电路的输出端与电源地之间，且所述电阻R7和电容C7的公共端作为输出端对外输出端电压信号。这里，R7取1206贴片式100欧电阻、C7取1206贴片式0.01uF/63V电容。

所述阻容吸收保护电路包括电阻R8和电容C8，所述电阻R8和电容C8 顺次串联在电源地和机壳地之间。这里，所述R8取1206贴片式100欧电阻、C8取1206贴片式0.01uF/500V电容。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微功耗压力变送器电路，其特征在于：包括输入保护电路、可控电源电路、压力传感电路和信号放大电路，外部电源与所述输入保护电路电连接，所述输入保护电路与可控电源电路电连接，所述可控电源与所述压力传感电路和信号放大电路电连接，所述压力传感电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路对外输出电压信号。

2.根据权利要求1所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述输入保护电路包括瞬态抑制二极管TVS和电容C3，且所述瞬态抑制二极管TVS的负极分别与外部电源和可控电源电路的输入端电连接，所述瞬态抑制二极管TVS的正极与电源地电连接，所述电容C3并联在所述瞬态抑制二极管TVS的正负极两端。

3.根据权利要求1所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述可控电源电路采用可控电源模块芯片U3，外部电源与所述可控电源模块芯片U3的输入端电连接，所述可控电源模块芯片U3的使能端通过开关SW与外部电源电连接，所述可控电源模块芯片U3的接地端与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的调节端通过电容C5与电源地电连接，所述可控电源模块芯片U3的输出端通过电容C4与电源地电连接，所述电源模块芯片U3的输出端分别与所述压力传感电路和信号放大电路电连接。

4.根据权利要求1所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述压力传感电路为压力传感器P，所述压力传感器P的一个电源端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述压力传感器P的另一个电源端与电源地电连接，所述压力传感器P的两个输出端分别与所述信号放大电路的两个输入端对应电连接。

5.根据权利要求4所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述信号放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述压力传感器P的一个输出端与运算放大器U1的同相输入端之间电连接有所述电阻R1，所述运算放大器U1的同相输入端通过所述电容C1与电源地电连接，所述压力传感器P的另一个输出端与运算放大器U1的反相输入端之间电连接有所述电阻R2，所述运算放大器U1的反相输入端通过所述电容C2与电源地电连接，所述运算放大器U1的正电源输入端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述算放大器U1的负电源输入端与电源地电连接，运算放大器U1的输出端对外输出电压信号。

6.根据权利要求5所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：还包括基准电压调整电路，所述基准电压调整电路包括电阻R5、电阻R6、电容C6、电位器WZ和运算放大器U2，所述电阻R5的一端与所述可控电源电路的输出端电连接，所述电阻R5的另一端与所述电位器WZ的输入端电连接，所述电位器WZ的接地端通过所述电阻R6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端通过所述电容C6与电源地电连接，所述电位器WZ调节端还与所述运算放大器U2的同相输入端电连接，所述运算放大器U2的反向输入端和输出端分别与所述运算放大器U1的反馈输入端电连接。

7.根据权利要求5所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：还包括输出电压调整电路，所述输出电压调整电路包括电阻R3、电阻R4和电位器WS，所述运算放大器U1的一个增益调节端与另一个增益调节端之间顺次串联有所述电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4的公共端分别与所述电位器WS的输入端和调节点电连接，所述电位器WS的接地端与所述运算放大器U1的另一个增益调节端电连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：还包括输出保护电路，所述信号放大电路与所述输出保护电路电连接，所述输出保护电路对外输出电压信号，所述输出保护电路还与电源地电连接。

9.根据权利要求8所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述输出保护电路包括限流短路保护电路和阻容吸收保护电路，所述信号放大电路的输出端与所述限流短路保护电路的输入端电连接，所述限流短路保护电路的输出端对外输出电压信号，所述阻容吸收保护电路电连接在电源地与机壳地之间。

10.根据权利要求9所述的微功耗压力变送器电路，其特征在于：所述限流短路保护电路包括电阻R7和电容C7，所述电阻R7和电容C7顺次串联在所述信号放大电路的输出端与电源地之间，且所述电阻R7和电容C7的公共端作为输出端对外输出端电压信号；

所述阻容吸收保护电路包括电阻R8和电容C8，所述电阻R8和电容C8顺次串联在电源地和机壳地之间。

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