CN214426891U - 一种具有保护功能的差压变送器 - Google Patents

Abstract

一种具有保护功能的差压变送器，包括差压变送器本体、减震底座，所述差压变送器本体安装在所述减震底座上；所述差压变送器本体包括壳体、硅电容传感器、测量膜盒、电子线路，所述硅电容传感器设置在测量膜盒内，所述硅电容传感器与所述电子线路连接，所述测量膜盒、电子线路安装在所述壳体内；所述壳体包括外壳、内壳，所述外壳和内壳之间填充有第一保温层，所述内壳内壁贴有第二保温层。本实用新型所述的一种具有保护功能的差压变送器，结构设计合理，具有减振、稳定、抗冻的保护功能，提高了使用寿命，还具有抗干扰功能，提高测量精度，应用前景广泛。

Description

一种具有保护功能的差压变送器

技术领域

本实用新型涉及差压变送器技术领域，具体涉及一种具有保护功能的差压变送器。

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保护性能。因此，需要研发出一种具有保护功能的差压变送器。

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，是通过电子放大电路来提高抗干扰性能，没有对压变送器的整体保护性能进行提高。

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具有保护功能的差压变送器，结构设计合理，具有减振、稳定、抗冻的保护功能，提高了使用寿命，还具有抗干扰功能，提高测量精度，应用前景广泛。

技术方案：一种具有保护功能的差压变送器，包括差压变送器本体、减震底座，所述差压变送器本体安装在所述减震底座上；所述差压变送器本体包括壳体、硅电容传感器、测量膜盒、电子线路，所述硅电容传感器设置在测量膜盒内，所述硅电容传感器与所述电子线路连接，所述测量膜盒、电子线路安装在所述壳体内；所述壳体包括外壳、内壳，所述外壳和内壳之间填充有第一保温层，所述内壳内壁贴有第二保温层。

本实用新型所述的具有保护功能的差压变送器，结构设计合理，具有减振、稳定、抗冻的保护功能，提高了使用寿命，应用前景广泛。

本实用新型所述差压变送器是基于硅电容传感器可选择单晶硅压阻式差压传感器的一种高精度的差压变送器，可以采用MEMS加工工艺，如化学气相沉积、薄膜积淀、扩散、离子注入、光刻、溅射、蒸镀等，在单晶硅材料上制作四个压敏电阻并将此四个电阻连接构成惠斯通电桥，该电桥位于硅杯底部即承压弹性膜上，最后采用湿法腐蚀工艺把硅杯从整个体硅上刻蚀下来;当在硅压力芯片表面施加一定的均布载荷时，芯片会产生相应的应力应变以及变形，从而使刻蚀在硅杯上的压敏电阻受到应力的影响，由于压阻效应，压敏电阻阻值将发生改变，通过测量膜盒测量这些电阻构成的惠斯通电桥桥路电压的变化量，测得的这一失衡电压后通过电子线路，显示在液晶板上，也可以经HART协议、D/A转换后从计算机上位机软件中读取结果。上述硅电容传感器的结构、液晶板、计算机等的设置以及选择，均为本领域的公知常识，不影响本实用新型技术方案的实现。

为了避免环境振动、人为晃动，提高差压变送器本体的固定稳定性，本实用新型将压变送器本体安装在所述减震底座上，通过减震底座阻尼特性来衰减振动能量，并减弱振动的传递，达到稳定、减振、保护的效果。

本实用新型在内壳和外壳之间填充有第一保温层，防止外部冷空气由外壳经过热交换进入内壳内部，同时内壳内壁贴有第二保温层，进一步加强了保温效果，使得差压变送器具有良好的抗冻效果，提高了本装置在寒冷天气下的测量精度。

进一步的，上述的一种具有保护功能的差压变送器，所述第一保温层、第二保温层材质均为岩棉；所述第一保温层的厚度在1~3mm之间，所述第二保温层的厚度在0.5~1mm之间。

岩棉具有质量轻、导热系数小、吸热、不燃的特点，具有良好的保温效果。

进一步的，上述的一种具有保护功能的差压变送器，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恒流源电路与所述硅电容传感器电性连接，所述硅电容传感器与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，导致硅电容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，为了解决上述问题，本实用新型的电子线路是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。

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硅电容传感器，硅电容传感器将压力信号转换为电压信号； 2) 硅电容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硅电容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，上述的一种具有保护功能的差压变送器，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；所述低通滤波电路由两个RC低通滤波电路并联组成；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，上述的一种具有保护功能的差压变送器，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；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；所述隔离放大电路通过线性光耦进行隔离传输。

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。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。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3 000V，能够耦合模拟和数字信号，增益稳定性高，带宽大于 200kHz，线性度可达 0.01%。

进一步的，上述的一种具有保护功能的差压变送器，所所述减震底座包括基座、减振器，所述基座为矩形箱体结构，所述基座底部四角处设置有减振器。

进一步的，上述的一种具有保护功能的差压变送器，所述减振器包括支架、质量块、金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二、螺钉、螺母；所述支架、金属丝网橡胶一、质量块、金属丝网橡胶二从下至上依次设置；所述螺钉穿设所述支架、金属丝网橡胶一、质量块、金属丝网橡胶二、基座底板并且所述螺钉上方设置有螺母。

进一步的，上述的一种具有保护功能的差压变送器，所述金属丝网橡胶一上、下端设置有保护壳一；所述金属丝网橡胶二上、下端设置有保护壳二；所述螺钉与支架连接处设置有垫片。

所述减振器由支架、质量块、保护壳、螺栓、螺母和一对金属丝网橡胶等构成。支架用来将减振器其他构件连接并固定，保护壳可以给予金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二支撑和保护作用，将一对金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二有机地组合成一个整体，螺栓贯穿减振机构，通过调节螺栓、螺母可以控制金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二的相对预紧量。所述减振器为对称结构，可以使减振器实现轴向方向上的双向减振，金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二工作时在受到外界振动激励并且减振机构有一定预紧量时，上下层两个金属丝网橡胶一、金属丝网橡胶二均在承受压力，因此减振器可以承受周期性的拉压载荷，提高了所述差压变送器的整体稳定性。

本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型所述的具有保护功能的差压变送器，结构设计合理，具有减振、稳定、抗冻的保护功能，提高了使用寿命；将压变送器本体安装在所述减震底座上，通过减震底座阻尼特性来衰减振动能量，并减弱振动的传递，达到稳定、减振、保护的效果；在内壳和外壳之间填充有第一保温层，防止外部冷空气由外壳经过热交换进入内壳内部，同时内壳内壁贴有第二保温层，进一步加强了保温效果，使得差压变送器具有良好的抗冻效果，提高了本装置在寒冷天气下的测量精度；

（2）本实用新型所述的具有保护功能的差压变送器，电子线路是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，抗干扰效果好，应用前景广泛。

附图说明

图1为本实用新型所述一种具有保护功能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具有保护功能的差压变送器的壳体剖面示意图；

图3为本实用新型所述一种具有保护功能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具有保护功能的差压变送器的滤波及差分放大电路的示意图；

图5为本实用新型所述一种具有保护功能的差压变送器的减振器结构示意图；

图中：差压变送器本体1、壳体11、外壳111、内壳112、第一保温层113、第二保温层114、硅电容传感器12、测量膜盒13、电子线路14、供电电路141、1mA恒流源电路142、滤波及差分放大电路143、低通滤波电路1431、RC低通滤波电路14311、差分放大电路1432、查分放大器14321、电源输入电路1433、RC滤波电路14331、隔离放大电路144、转换电路145、减震底座2、基座21、减振器22、支架221、质量块222、金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224、螺钉225、螺母226、保护壳一227、保护壳二228、垫片229、a 输入差压信号、b输出电流信号。

具体实施方式

下面结合附图1~5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具有保护功能的差压变送器，包括差压变送器本体1、减震底座2，所述差压变送器本体1安装在所述减震底座2上；所述差压变送器本体1包括壳体11、硅电容传感器12、测量膜盒13、电子线路14，所述硅电容传感器12设置在测量膜盒13内，所述硅电容传感器12与所述电子线路14连接，所述测量膜盒13、电子线路14安装在所述壳体1内；所述壳体11包括外壳111、内壳112，所述外壳111和内壳112之间填充有第一保温层113，所述内壳112内壁贴有第二保温层114。

进一步的，如图2所示，所述第一保温层113、第二保温层114材质均为岩棉；所述第一保温层113的厚度在1~3mm之间，所述第二保温层114、的厚度在0.5~1mm之间。

并且，如图3所示，所述电子线路14包括供电电路141、1mA恒流源电路142、滤波及差分放大电路143、隔离放大电路144、转换电路145，所述供电电路141与所述1mA恒流源电路142、滤波及差分放大电路143、隔离放大电路144、转换电路145电性连接，所述1mA恒流源电路142与所述硅电容传感器12电性连接，所述硅电容传感器12与滤波及差分放大电路143、隔离放大电路144、转换电路145依次电性连接。

此外，如图4所示，所述滤波及差分放大电路143包括低通滤波电路1431、差分放大电路1432，所述低通滤波电路1431、差分放大电路1432串联。所述低通滤波电路1431由两个RC低通滤波电路14311并联组成。所述RC低通滤波电路14311由两个电容一个电阻组成。所述差分放大电路1432由三个查分放大器14321组成，并且所述查分放大器14321的输入信号之间设置有多个电容。所述差分放大电路1432还包括若干个电源输入电路1433，每个所述电源输入电路1433的电源输入脚设置有RC滤波电路14331。

此外，所述隔离放大电路144通过线性光耦进行隔离传输。

进一步的，如图1、5所示，所述减震底座2包括基座21、减振器22，所述基座21为矩形箱体结构，所述基座21底部四角处设置有减振器22。所述减振器22包括支架221、质量块222、金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224、螺钉225、螺母226；所述支架221、金属丝网橡胶一223、质量块222、金属丝网橡胶二224从下至上依次设置；所述螺钉225穿设所述支架221、金属丝网橡胶一223、质量块222、金属丝网橡胶二224、基座21底板并且所述螺钉225上方设置有螺母226。

进一步的，所述金属丝网橡胶一223上、下端设置有保护壳一227；所述金属丝网橡胶二224上、下端设置有保护壳二228；所述螺钉225与支架221连接处设置有垫片229。

实施例

本实用新型所述的具有保护功能的差压变送器，结构设计合理，具有减振、稳定、抗冻的保护功能，提高了使用寿命，应用前景广泛。

本实用新型所述差压变送器是基于硅电容传感器12可选择单晶硅压阻式差压传感器的一种高精度的差压变送器，可以采用MEMS加工工艺，如化学气相沉积、薄膜积淀、扩散、离子注入、光刻、溅射、蒸镀等，在单晶硅材料上制作四个压敏电阻并将此四个电阻连接构成惠斯通电桥，该电桥位于硅杯底部即承压弹性膜上，最后采用湿法腐蚀工艺把硅杯从整个体硅上刻蚀下来;当在硅压力芯片表面施加一定的均布载荷时，芯片会产生相应的应力应变以及变形，从而使刻蚀在硅杯上的压敏电阻受到应力的影响，由于压阻效应，压敏电阻阻值将发生改变，通过测量膜盒13测量这些电阻构成的惠斯通电桥桥路电压的变化量，测得的这一失衡电压后通过电子线路14，显示在液晶板上，也可以经HART协议、D/A转换后从计算机上位机软件中读取结果。上述硅电容传感器12、测量膜盒13的结构、液晶板、计算机等的设置以及选择，均为本领域的公知常识，不影响本实用新型技术方案的实现。

为了避免环境振动、人为晃动，提高差压变送器本体1的固定稳定性，本实用新型将压变送器本体1安装在所述减震底座2上，通过减震底座2阻尼特性来衰减振动能量，并减弱振动的传递，达到稳定、减振、保护的效果。

本实用新型在内壳112和外壳111之间填充有第一保温层113，防止外部冷空气由外壳111经过热交换进入内壳112内部，同时内壳112内壁贴有第二保温层114，进一步加强了保温效果，使得差压变送器具有良好的抗冻效果，提高了本装置在寒冷天气下的测量精度。

其中，电子线路14与硅电容传感器12是电性连接的，工作原理是：1)首先通过供电电路141及1mA恒流源模块142生成高精度的 1mA 恒流源，并在1mA恒流源电路142中串联接入硅电容传感器12，硅电容传感器12将压力信号转换为电压信号； 2) 硅电容传感器12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143完成对硅电容传感器12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144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145将隔离放大电路144的输出电压信号转换为( 4～20) mA 电流信号，传入上一级。

所述减振器22由支架221、质量块222、保护壳一227、保护壳二228、螺钉225、螺母226和一对金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224等构成。支架222用来将减振器22其他构件连接并固定，保护壳一227、保护壳二228可以给予金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224支撑和保护作用，将一对金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224有机地组合成一个整体，螺钉225贯穿减振器22，通过调节螺钉225、螺母226可以控制金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224的相对预紧量。

所述减振器22为对称结构，可以使减振器22实现轴向方向上的双向减振，金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224工作时在受到外界振动激励并且减振器22有一定预紧量时，上下层两个金属丝网橡胶一223、金属丝网橡胶二224均在承受压力， 因此减振器可以承受周期性的拉压载荷，提高了所述差压变送器的整体稳定性。

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 (8)

1.一种具有保护功能的差压变送器，其特征在于，包括差压变送器本体（1）、减震底座（2），所述差压变送器本体（1）安装在所述减震底座（2）上；所述差压变送器本体（1）包括壳体（11）、硅电容传感器（12）、测量膜盒（13）、电子线路（14），所述硅电容传感器（12）设置在测量膜盒（13）内，所述硅电容传感器（12）与所述电子线路（14）连接，所述测量膜盒（13）、电子线路（14）安装在所述壳体（11）内；所述壳体（11）包括外壳（111）、内壳（112），所述外壳（111）和内壳（112）之间填充有第一保温层（113），所述内壳（112）内壁贴有第二保温层（114）。

2.根据权利要求1所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述第一保温层（113）、第二保温层（114）材质均为岩棉；所述第一保温层（113）的厚度在1~3mm之间，所述第二保温层（114）的厚度在0.5~1mm之间。

3.根据权利要求1所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述电子线路（14）包括供电电路（141）、1mA恒流源电路（142）、滤波及差分放大电路（143）、隔离放大电路（144）、转换电路（145），所述供电电路（141）与所述1mA恒流源电路（142）、滤波及差分放大电路（143）、隔离放大电路（144）、转换电路（145）电性连接，所述1mA恒流源电路（142）与所述硅电容传感器（12）电性连接，所述硅电容传感器（12）与滤波及差分放大电路（143）、隔离放大电路（144）、转换电路（145）依次电性连接。

4.根据权利要求3所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述滤波及差分放大电路（143）包括低通滤波电路（1431）、差分放大电路（1432），所述低通滤波电路（1431）、差分放大电路（1432）串联；所述低通滤波电路（1431）由两个RC低通滤波电路（14311）并联组成；所述RC低通滤波电路（14311）由两个电容一个电阻组成。

5.根据权利要求4所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述差分放大电路（1432）由三个查分放大器（14321）组成，并且所述查分放大器（14321）的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路（1432）还包括若干个电源输入电路（1433），每个所述电源输入电路（1433）的电源输入脚设置有RC滤波电路（14331）；所述隔离放大电路（144）通过线性光耦进行隔离传输。

6.根据权利要求1所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述减震底座（2）包括基座（21）、减振器（22），所述基座（21）为矩形箱体结构，所述基座（21）底部四角处设置有减振器（22）。

7.根据权利要求6所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述减振器（22）包括支架（221）、质量块（222）、金属丝网橡胶一（223）、金属丝网橡胶二（224）、螺钉（225）、螺母（226）；所述支架（221）、金属丝网橡胶一（223）、质量块（222）、金属丝网橡胶二（224）从下至上依次设置；所述螺钉（225）穿设所述支架（221）、金属丝网橡胶一（223）、质量块（222）、金属丝网橡胶二（224）、基座（21）底板并且所述螺钉（225）上方设置有螺母（226）。

8.根据权利要求7所述的具有保护功能的差压变送器，其特征在于，所述金属丝网橡胶一（223）上、下端设置有保护壳一（227）；所述金属丝网橡胶二（224）上、下端设置有保护壳二（228）；所述螺钉（225）与支架（221）连接处设置有垫片（229）。

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