CN212931741U - 一种压力变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力变送器。所述压力变送器包括压力模块、温度模块、MCU主芯片模块以及信号输出模块，其中，压力模块、温度模块以及信号输出模块均与MCU主芯片连接。本实用新型实施例的技术方案，通过在MCU主芯片模块上连接压力模块、温度模块以及信号输出模块，在MCU主芯片模块中将采集到的信号通过计算得到相应的压力值和温度值，实现对压力的温度补偿，提高了压力变送器测得的压力值的输出精度和在现场环境工作下的稳定性。另外，在压力变送器上连接信号输出模块，将计算所得的结果传输到计算机上，利于用户获取最终压力值。

Description

一种压力变送器

技术领域

本实用新型实施例涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种压力变送器。

背景技术

压力变送器是工艺实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境。其中，随着油田标准化发展，油田行业中对压力变送器的要求越来越高，需要具备的输出功能越来越全面，输出的精度要求也越来越高。

现有技术中压力变送器由于工作现场环境的不同，在不同温度下测量的压力值不同，压力的温漂问题不能得以解决，导致压力变送器测得的压力等其他参数的输出精度降低，影响压力变送器在现场环境工作下的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种压力变送器，以实现对压力的温度补偿，解决压力的温漂问题，提高压力变送器的输出精度。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种压力变送器，包括：压力模块、温度模块、MCU主芯片模块以及信号输出模块；其中，所述压力模块、所述温度模块以及所述信号输出模块均与所述MCU主芯片连接。

可选的，所述压力变送器还包括液晶显示模块，所述按键模块与所述MCU主芯片模块连接。

可选的，所述压力变送器还包括按键模块，所述按键模块与所述MCU主芯片模块连接。

可选的，所述压力变送器还包括通讯模块，所述通讯模块与所述MCU主芯片模块连接。

可选的，所述压力变送器还包括压力报警模块，所述压力报警模块与所述MCU主芯片模块连接。

可选的，所述压力变送器还包括电源模块，所述电源模块与所述MCU主芯片模块连接。

可选的，所述电源模块包括24VDC供电单元。

可选的，所述电源模块还包括两线制4-20mA电流单元和电池单元中的至少一种。

本实用新型实施例的技术方案，通过在MCU主芯片模块上连接压力模块、温度模块以及信号输出模块，在MCU主芯片模块中将采集到信号通过计算得到相应的压力值和温度值，实现对压力的温度补偿，提高了压力变送器测得的压力值的输出精度和在现场环境工作下的稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种压力变送器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种测量温度时的桥式电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清除、完整地描述。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1为本实用新型实施例提供的一种压力变送器的结构示意图。如图1所示，压力变送器包括压力模块01、温度模块02、MCU主芯片模块03以及信号输出模块04，其中，压力模块01、温度模块02以及信号输出模块04均与MCU主芯片模块03连接。

需要说明的是，MCU主芯片模块03的型号可以为430单片机，其中内嵌3个16为AD，实现电压信号向数字信号的转换。

另外还需要说明的是，本实施例中的信号输出模块04可以是脉冲信号输出模块，可以通过设置压力及其他参数的脉冲当量，输出相应的脉冲值，例如脉冲当量设为0.1MPa/脉冲，当压力为21.2MPa时，则输出的是频率为212的脉冲信号，当计算机接收到输出的脉冲信号时，并匹配相应的脉冲当量，用户配合LCD液晶显示模块可以读出压力值，利用脉冲信号输出模块，可以更准确的获取压力变送器输出的信号，利于操作人员后续工作的完成。

具体的，压力模块01和温度模块02均与MCU主芯片模块03连接，对压力模块01的输出电压值进行采集，并将采集到的信号传输到MCU主芯片模块03对其进行处理，其中，在MCU主芯片模块03中对信号进行处理是由MCU主芯片模块03中的AD将电压信号转换为数字信号，根据不同压力时采集到的AD值，可以得出相应的压力值。利用相同原理可对温度模块02的输出电压进行采集且将采集到的信号在MCU主芯片模块03中进行处理，可以得出相应的温度值，最后根据实验所得的温度补偿公式计算得到最终的压力值，下面将压力模块01和温度模块02获取信号并传输到MCU主芯片模块中对信号的处理以及获得最终压力值和温度值后实现对压力的温度补偿方式做具体说明，为便于说明，记压力测量过程中得到的压力值为P，温度测量过程中得到的温度值为T：

1、压力测量阶段：压力模块01与MCU主芯片模块03连接，其中，压力模块01采用工业上常用的硅压阻式压力传感器。MCU主芯片模块03中对输入数据的处理，通过对压力模块01的输出电压值进行AD采集，电路中的基准电压，用V(REF)表示，一般采用1.25V，关于输出电压的计算公式：V/V(REF)＝AD/65536(65536是MCU主芯片模块中采用的16位AD，满量程是2^16＝65536)。由于压力模块01的输出信号是线性的，在测量压力时通常取两个点进行校准，这两个点分别为：1)将压力检验台上的压力值调到满量程的20％，得到一个AD值，记为AD1。2)将压力检验台上的压力值调到满量程的80％，得到一个AD值，记为AD2。用二元一次方程y＝kx+b表示压力值y与AD值x之间的关系，由两个二元一次方程可以计算出校准后的系数k和零点b，在二元一次方程y＝kx+b中，系数k和零点b已由计算的出，由此根据在不同压力时采集到的AD值x，将k、x、b带入方程中就可以得到相应的压力值y，将得到的压力值记作P。

2、温度测量阶段：温度模块02与MCU主芯片模块03连接，其中，温度模块02采用的是工业上常用的PT100铂电阻传感器，电阻用导热胶封在温度模块02中，确保和温度模块02中的温度一致。当温度模块02采集温度信号时，使用精度较高的桥式电路。图2为本实用新型实施例提供的一种测量温度时的桥式电路图。如图2所示，电阻R1和R2是桥式电路中常用的0.1％精密电阻，RT是PT100的电阻值，R1和R2的阻值分别为10K和75Ω，其中，R1是以省点和避免信号过小综合考虑为基础取值，R2是以确保MCU主芯片模块03中的AD能够准确采集为基础取值，当PT100铂电阻在75Ω时，对应的温度值为-30℃左右，AD能够对输出电压进行采集，当PT100铂电阻小于75Ω时，温度模块02的差分输出为负电压，此时MCU主芯片模块03中的AD采集不到输出电压，需要说明的是，PT100是常用的温度电阻，温度越高阻值越大，可以表示为温度在在0℃时，电阻值为100欧姆。

继续参照图2，在上述各个参数表述的基础上，输出电压可以表示为：V＝(RT/(10K+RT)-75/(10K+75))*U，通过AD采集，得到一个AD值，记为AD0,利用公式V/V(REF)＝AD0/65536，结合上述两个公式，可以求得PT100的电阻值RT，由电阻RT的值可以通过查阅PT100电阻值与温度值的对应表，得到对应的温度值T。

3、温度补偿阶段：在上述两个步骤的基础上，根据校准压力时的温度T’以及温度补偿系数K，可以得出最终的压力值：P'＝K*(T-T')*P+P。

具体的，在温度测量过程中，压力校准时的温度就是校准压力时采集到的温度，操作人员在校准压力时，会操作压力变送器上相应的按键，从而给压力检验台发出执行校准命令，在保存校准系数的同时，会保存校准压力时采集到的温度，并将采集到的这个温度值保存在表参数中，此温度可以用T’表示，T’的值是由操作人员在测试温度时为了校准压力决定，在本实施例中不做限定。

在温度测量过程中，温度补偿系数K通过大量实验所得，例如，在实验过程中，随机抽取20个传感器，并且将这20个传感器在环境温度为25℃下放置几个小时，传感器温度也变为25℃，校准并记录MCU主芯片的AD量程范围内5个点的压力值(如满量程的20％、40％、60％、80％、100％)，然后通过高低温箱或者其他升降温设备对传感器进行升降温，每升高或者降低1℃，测量并记录所取的5个点的压力值，其中，高温上限为60℃，低温下限为-30℃。实验所得的数据可由数据表推算出传感器温度每变化1℃时，压力的变化值，也就是本实施例中的温度补偿系数，用K表示。

在上述计算的基础上，可以得出最终的压力值：P'＝K*(T-T')*P+P，其中，P是压力模块01将采集到的信号传输到MCU主芯片模块03中，由MCU主芯片模块03中的AD将电压信号转变为数字信号，计算所得的压力值。对压力进行温度补偿后得到的最终的压力值，可以通过连接在压力变送器上的信号输出模块04传输信号到计算机上，使得用户获取最终压力值。

本实施例提供的技术方案，通过在MCU主芯片模块上连接压力模块、温度模块以及信号输出模块，压力模块及温度模块将采集到的信号传输到MCU主芯片模块，由MCU主芯片模块中的AD将电压信号转换为数字信号，通过计算得到相应的压力值和温度值，利用温度补偿公式计算得到最终的压力值，实现对压力的温度补偿，提高压力变送器测得的最终压力值的输出精度和在现场工作下的稳定性，解决压力的温漂问题。

可选的，继续参照图1，压力变送器还包括液晶显示模块05，液晶显示模块05与MCU主芯片模块03连接。

具体的，本实用新型实施例中的液晶显示模块05可以是LCD液晶显示模块，用于显示压力变送器测得的最终压力值。压力变送器测得的最终压力值由LCD液晶显示模块05提示，使得操作人员可以从视觉上直观地摄取测量所得的数据，进而对数据进行记录、计算等操作。另一方面，LCD液晶显示模块具有功耗小、抗干扰能力强、省电、不产生高温、无辐射等优点，当压力变送器在油田等现场工作时，利用压力变送器上的LCD液晶显示模块的自身优点可以提高压力变送器的工作效率。

可选的，继续参照图1，压力变送器还包括按键模块06，按键模块06与MCU主芯片模块03连接。

具体的，按键模块06可以用来测量参数和对测得的参数进行修改，例如，触碰一下按键模块06，就可以进行测量，再触碰一下按键模块06，进入参数设置界面，方便测量不同的参数。另外，按键模块06也可以复用为开关机键，控制整个压力变送器工作的开启或关闭。

需要说明的是，压力变送器上的LCD液晶显示模块可以配合按键模块06进行操作，例如触碰一下按键模块06，液晶显示模块05根据按键模块06发出的指令显示其他参数，使得压力变送器可以更加灵活使用。

可选的，继续参照图1，压力变送器还包括通讯模块07，通讯模块07与MCU主芯片模块03连接。

具体的，本实施例中的通讯模块07可以是RS485通讯模块，用于把压力变送器测得的压力值和其他参数上传到上位机，利用RS485通讯模块进行通信，其通信速率较快，最大传输速度可以达到10Mb/s。其中，上位机是可以直接发出操控指令的计算机，一般是PC、主机、主计算机等，屏幕上显示各种信号变化，在本实施例中上位机通过RS485通讯连接向压力变送器发送指令。其中，指令可以包括多种，例如执行测压命令，执行测温命令等，然后压力变送器再依据上位机发送的指令把得到的压力值和其他参数上传给上位机，通过RS485通讯模块可以更高速地传输参数。

可选的，继续参照图1，压力变送器还包括压力报警模块08，压力报警模块08与MCU主芯片模块03连接。

具体的，压力报警模块08可以分为高压报警模块和低压报警模块，当压力报警模块08连接MCU主芯片模块03时，输出的电平一般为低电平，当压力值高于设定的高压力报警阈值时，相应高压力报警端口输出高电平，此时压力报警模块08进行高压报警。同样，当压力值低于设定的低压力报警阈值时，相应低压力端口输出高电压，此时压力报警模块08进行低压报警，报警方式可以是警示灯亮或声音提示。

需要说明的是，判断压力值是否高于设定的高压力设定阈值和压力值是否低于设定的低压力报警阈值，是由生产厂家或操作人员根据应用环境或MCU主芯片中AD的满量程所设置，设定的值由情况而定，在此处不做限定。

可选的，继续参照图1，压力变送器还包括电源模块09，电源模块09与MCU主芯片模块03连接。

可选的，电源模块09包括24VDC供电单元11。

具体的，24VDC供电单元是24V的直流电，是仪器仪表、自动化控制等电子行业常用到的供电单元，当MCU主芯片模块03检测到24VDC供电单元供电11时，24VDC供电单元供电11可以支持RS485通讯电路模块07、高低压报警模块08、信号输出模块04等所有模块正常工作。

可选的，电源模块09还包括两线制4-20mA电流单元12和电池单元10中的至少一种。

需要说明的是，两线制4-20mA电流单元12是工业上普遍使用传输模拟量的供电单元，其自身不容易受干扰，电流源内阻无限大，导线电阻串联在回路中不影响精度，上限取20mA是因为防爆的要求，20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯，下限没有取0mA的原因是为了能检测断线，正常工作时不会低于4mA。

具体的，电源模块09包括两线制4-20mA电流单元12和电池单元10中的至少一种，示例性的，MCU主芯片模块时刻监测24VDC供电单元11的供电情况，当MCU主芯片模块03监测到24VDC供电单元11没有供电时，电源模块09选择电池单元10或两线制4-20mA电流单元12中的一种单元供电，此时压力变送器进入低功耗模式，当电源模块09选择电池供电时，压力变送器仅支持按键模块06和LCD液晶显示模块05的使用，其中按键模块06和LCD液晶显示模块05可以同时使用，此时压力变送器不支持任何输出。当电源模块09选择两线制4-20mA电流单元供电12时，压力变送器仅支持按键模块06、LCD液晶显示模块05的使用和电流的输出。

还需要说明的是，当24VDC供电单元不供电时，电源模块09选择两线制4-20mA电流单元12和电池单元10中的一种单元进行供电时，可以保证压力变送器不断电，延长压力变送器的工作寿命。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种压力变送器，其特征在于，包括：

压力模块、温度模块、MCU主芯片模块以及信号输出模块；

其中，所述压力模块、所述温度模块以及所述信号输出模块均与所述MCU主芯片连接。

2.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，还包括液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述MCU主芯片模块连接。

3.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，还包括按键模块，所述按键模块与所述MCU主芯片模块连接。

4.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述MCU主芯片模块连接。

5.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，还包括压力报警模块，所述压力报警模块与所述MCU主芯片模块连接。

6.根据权利要求1所述的压力变送器，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述MCU主芯片模块连接。

7.根据权利要求6所述的压力变送器，其特征在于，所述电源模块包括24VDC供电单元。

8.根据权利要求7所述的压力变送器，其特征在于，所述电源模块还包括两线制4-20mA电流单元和电池单元中的至少一种。

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