CN216386105U

CN216386105U - 一种压力检测电路

Info

Publication number: CN216386105U
Application number: CN202122037525.0U
Authority: CN
Inventors: 黄虹淇; 邢陈炜杰
Original assignee: Shanghai Technical Institute of Electronics and Information
Current assignee: Shanghai Technical Institute of Electronics and Information
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2031-08-27

Abstract

本实用新型涉及一种压力检测电路，包括电容检测电路、主控单元、变送电路、人机交互模块及电源电路，电容检测电路用于检测金属电容传感器的电容变化率；主控单元与电容检测电路之间通过双向隔离光耦连接，用于接收电容检测电路输出的电容变化率信号、进行计算处理将其转化为电压值信号，并将电压值信号转化成对应电流值信号输出至变送电路；变送电路与环路电路电连接，用于接收主控单元输出的电流值信号、并控制环路电路电流值，以供检测设备获取环路电路电流值变化从而得出对应压力值。本实用新型可方便的测量液体压力，能提高检测精度，抗干扰性强，静态功耗低，电源工作效率高，工作电压低，操控方便安全，便于检修。

Description

一种压力检测电路

技术领域

本实用新型涉及压力检测技术领域，特别是一种压力检测电路。

背景技术

压力传感器是工业和日常生活中用途较广的一种传感器，压力检测在日常生活中起到了非常重要的作用，也广泛应用于各种工业自控环境，例如智能交通、智能建筑、航空航天、石化、油井、电力、船舶、工业生产、医学等众多行业。压力检测电路一般均包括主控芯片、检测电路及电源电路。

现有技术中的压力检测电路主要存在以下问题：

1.现有压力检测电路采用的主控芯片，以高功耗51单片机为主，工作频率低、功耗大；

2.现有压力检测电路有的采用桥式电阻应变片作为传感器，只能测量固体压力，无法方便的测量液体压力；有的压力检测电路虽然以金属电容作为传感器，测量方法采用频率法测量，该方案对温度变化抗干扰性差；

3.由于环路电路限制，在两线制和环路通讯4～20mA的限制下，电源转化效率低，一般只有45％左右；

4.输入电压高，由于工业信号通讯要求24V环路电路工作电流要小于3.8mA，所以传统电路设计方案，只能为后面处理电路提供不到3.5mA的电流，因此，一般传感器输入电压低于9V以下，就无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种可方便的测量液体压力，能提高检测精度，抗干扰性强，静态功耗低，电源工作效率高，工作电压低的压力检测电路。

本实用新型采用如下技术方案：

一种压力检测电路，包括有：

电容检测电路，用于连接金属电容传感器、检测金属电容传感器的电容变化率；

主控单元，与电容检测电路通讯连接，且与电容检测电路之间通过双向隔离光耦连接，主控单元用于接收电容检测电路输出的电容变化率信号、进行计算处理将其转化为电压值信号，并将电压值信号转化成对应电流值信号输出；

变送电路，与主控单元通讯连接，并与环路电路电连接，用于接收主控单元输出的电流值信号、并控制环路电路电流值，以供检测设备获取环路电路电流值变化从而得出对应压力值；

人机交互模块，包括显示单元和控制面板，显示单元及控制面板均通讯连接主控单元，显示单元用于显示系统参数，控制面板用于调整系统参数；

以及电源电路，包括输入24V电源，用于为主控单元、人机交互模块及变送电路供电的第一线性稳压电源，用于为电容检测电路供电的第二线性稳压电源，电连接于输入24V电源与第一线性稳压电源之间的稳压电路，以及电连接于第一线性稳压电源与第二线性稳压电源之间用于实现第一线性稳压电源与第二线性稳压电源之间电气隔离的电源隔离稳压电路。

进一步地，所述主控单元采用嵌入式单片机。

进一步地，所述主控单元与电容检测电路及变送电路之间通过SPI通讯。

进一步地，所述控制面板采用控制按键，所述显示单元采用LCD显示屏，所述主控单元与控制面板通过GPIO通讯连接，主控单元与显示单元通过I2C总线通讯连接。

进一步地，所述控制面板采用控制按键，控制按键采用机械按键或光电按钮。

进一步地，所述稳压电路采用开关稳压电路，稳压电路输出电压为Vd3.3V，所述第一线性稳压电源输出电压为Vc3.3V，所述第二线性稳压电源输出电压为Vc3V。

进一步地，所述变送电路控制环路电路电流值的调整范围在4～20mA之间。

进一步地，所述电容检测电路采用电容测量芯片，金属电容传感器接入到电容测量芯片的电容测量引脚上。

进一步地，所述压力检测电路设置于PCB板上，PCB板包括上、中、下三层板体，压力检测电路的各电路模块分设于上、中、下三层板体上。

进一步地，所述上层板体上设置有显示模块和控制面板；所述中层板体上设置有电源电路、环路电路、主控单元及双向隔离光耦，并设置有输入电路接口；所述下层板体上设置有电容检测电路，并设置有金属电容传感器接入口。

由上述对本实用新型的描述可知，与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

第一，本实用新型通过设置电容检测电路、主控单元、变送电路及电源电路，可利用金属压力传感器将液体压力的变化率转化成电容变化率，并通过电容检测电路检测金属电容传感器的电容变化率，通过主控单元的计算处理，最终转化成电流值信号输送至变送电路，变送电路将电流值信号发送至环路电路、控制环路电流变化，远端检测设备获取环路电路电流值变化，即可得出目前设备对应的压力值，可方便的测量液体压力，且可提高检测精度。同时，通过在主控单元和电容检测电路之间设置双向隔离光耦，可隔离主控单元干扰，更好的确保测量精度。

第二，主控单元采用低功耗的嵌入式单片机，在同样工作频率下，比51单片机功耗低20％～30％左右，可有效降低设备功耗，静态功耗明显低于常用同类压力检测电路。

第三，稳压电路可以实现在小于工作3mA情况下，实现80％以上的转化效率，可为后面控制电路提供高达20mA的电流，从而可使输入电压在6V～30V之间正常工作，设备只需要工作在两线制电路中，电源工作效率高，工作电压大于6V以上，就能正常工作，工作电压显著低于同类传感器电路。同时，稳压电路输出的Vd3.3V通过第一线性稳压电路稳压后输出Vc3.3V，为主控单元、人机交互模块及变送电路供电，可提高系统稳定度，减低噪声。另外，通过在主控单元和电容检测电路的电源之间通过电源隔离稳压电路进行电气隔离，可有效降低干扰，提高测量精度，经过线性稳压电路给测量电路和储存电路供电。

第四，控制按键采用无接触的光电按钮，可将压力检测电路密封于透明玻璃外壳内，无需打开外壳即可进行控制操作，在输入电压较高情况下，可有效提高设备的使用安全性，操控方便安全。

第五，压力检测电路的PCB板分层设计，便于各种通讯、显示模块的替换，便于检修，且产品体积小。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的电气原理框图；

图2是本实用新型具体实施方式的PCB板结构示意图。

图中：1.电容检测电路，2.主控单元，3.变送电路，4.人机交互模块，5.双向隔离光耦，6.输入24V电源，7.第一线性稳压电源，8.第二线性稳压电源，9.稳压电路，10.电源隔离稳压电路，11.上层板体，12.中层板体，13.下层板体，14.输入电路接口，15.金属电容传感器接入口。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

实施例1

参照图1和图2，本实用新型的一种压力检测电路，包括有电容检测电路1、主控单元2、变送电路3、人机交互模块4以及电源电路。

电容检测电路1，用于连接金属电容传感器、检测金属电容传感器的电容变化率。电容检测电路1采用Pcap01电容测量芯片，金属电容传感器接入到电容测量芯片的电容测量引脚上。

主控单元2，与电容检测电路1通过SPI通讯连接，且与电容检测电路1之间通过双向隔离光耦5连接，主控单元2用于接收电容检测电路1输出的电容变化率信号、进行计算处理将其转化为电压值信号，并将电压值信号转化成对应电流值信号输出。主控单元2采用嵌入式单片机,具体采用STM32L431CBT6芯片，在同样工作频率下，比51单片机功耗低20％～30％左右。双向隔离光耦5采用ADUM1441ARQZ芯片。

变送电路3，与主控单元2通过SPI通讯连接，并与环路电路电连接，用于接收主控单元2输出的电流值信号、并控制环路电路电流值，以供检测设备获取环路电路电流值变化从而得出对应压力值。变送电路3控制环路电路电流值的调整范围在4～20mA之间。变送电路3采用DAC161S997RGHR芯片。

人机交互模块4，包括显示单元和控制面板。显示单元与主控单元2通过I2C总线通讯连接，控制面板与主控单元2通过GPIO通讯连接。显示单元采用LCD显示屏，控制面板采用控制按键，控制按键采用机械按键。显示单元用于显示电压值等系统参数，控制面板用于调整系统参数。

电源电路，包括输入24V电源6，用于为主控单元2、人机交互模块4及变送电路3供电的第一线性稳压电源7，用于为电容检测电路1供电的第二线性稳压电源8，电连接于输入24V电源6与第一线性稳压电源7之间的稳压电路9，以及电连接于第一线性稳压电源7与第二线性稳压电源8之间用于实现第一线性稳压电源7与第二线性稳压电源8之间电气隔离的电源隔离稳压电路10。稳压电路9采用TI公司的PLMR36506RRPET开关稳压电路，稳压电路9输出电压为Vd3.3V，稳压电路9可以实现在小于工作3mA情况下，实现80％以上的转化效率。第一线性稳压电源7、第二线性稳压电源8采用SGM2019-3.3YN5G/TR芯片。第一线性稳压电源7输出电压为Vc3.3V。第二线性稳压电源8输出电压为Vc3V。电源隔离稳压电路10采用SN6501DBVR芯片。

本实用新型的压力检测电路设置于PCB板上，PCB板包括上层板体11、中层板体12、下层板体13，压力检测电路的各电路模块分设于上层板体11、中层板体12、下层板体13上。上层板体11上设置有显示模块和控制面板；中层板体12上设置有电源电路、环路电路、主控单元2及双向隔离光耦5，并设置有输入电路接口14；下层板体13上设置有电容检测电路1，并设置有金属电容传感器接入口15。

参照图1和图2，本实用新型的压力检测电路的工作原理为：

输入24V电压经稳压电路9稳压后，输出Vd3.3V电压，稳压电路9输出的Vd3.3V通过第一线性稳压电源7稳压后，输出Vc3.3V电压，用于为主控单元2、人机交互模块4及变送电路3供电。第一线性稳压电源7输出的Vc3.3V电压通过第二线性稳压电源8稳压后，输出Vc3V电压，用于为电容检测电路1供电。电源隔离稳压电路10实现第一线性稳压电源7与第二线性稳压电源8之间的电气隔离。

电容检测电路1通过测量充放电时间，与其参考电容充放电时间进行比较，从而计算出金属电容传感器的电容变化率，检测的电容变化率信号通过SPI通讯协议传输到主控单元2。主控单元2接收电容检测电路1输出的电容变化率信号，经过线性化处理和计算，将电容变化率信号转化成为电压值信号，通过I2C协议传输至显示单元上显示，同时将电压值信号转变成对应在4～20mA之间的电流值信号，通过SPI通讯协议将对应电流值信号传输至变送电路3。变送电路3接收主控单元2输出的电流值信号、并对应控制环路电路电流值变化，以供远端检测设备获取环路电路电流值变化，从而得出目前设备对应的压力值。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：控制按键采用无接触的光电按钮，当输入电压高于18V以上时，可将压力检测电路密封于透明玻璃外壳内，无需打开外壳即可进行控制操作，在输入电压较高情况下，可有效提高设备的使用安全性。

上述仅为本实用新型的两个具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims

1.一种压力检测电路，其特征在于，包括有：

2.如权利要求1所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述主控单元采用嵌入式单片机。

3.如权利要求1或2所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述主控单元与电容检测电路及变送电路之间通过SPI通讯。

4.如权利要求1或2所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述控制面板采用控制按键，所述显示单元采用LCD显示屏，所述主控单元与控制面板通过GPIO通讯连接，主控单元与显示单元通过I2C总线通讯连接。

5.如权利要求4所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述控制面板采用控制按键，控制按键采用机械按键或光电按钮。

6.如权利要求1所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述稳压电路采用开关稳压电路，稳压电路输出电压为Vd3.3V，所述第一线性稳压电源输出电压为Vc3.3V，所述第二线性稳压电源输出电压为Vc3V。

7.如权利要求1所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述变送电路控制环路电路电流值的调整范围在4～20mA之间。

8.如权利要求1所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述电容检测电路采用电容测量芯片，金属电容传感器接入到电容测量芯片的电容测量引脚上。

9.如权利要求1所述的一种压力检测电路，其特征在于，设置于PCB板上，PCB板包括上、中、下三层板体，压力检测电路的各电路模块分设于上、中、下三层板体上。

10.如权利要求9所述的一种压力检测电路，其特征在于，所述上层板体上设置有显示模块和控制面板；所述中层板体上设置有电源电路、环路电路、主控单元及双向隔离光耦，并设置有输入电路接口；所述下层板体上设置有电容检测电路，并设置有金属电容传感器接入口。