CN216593890U - 一种电阻式压力变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电阻式压力变送器，包括主控制器,与主控制器输入端连接的电源稳压电路、仪表放大器电路和反馈电流检测电路，与主控制器输出端连接的PWM输出电路；电源稳压电路的前端连接有电源电路；仪表放大器电路的前端连接有电阻式压力传感器；反馈电流检测电路将系统电流转换后经过反相放大传入主控制器中；PWM输出电路由主控制器输出的PWM信号同向跟随后作为比较信号传至电源电路；电源电路为整个电路提供电压VCC信号。本实用新型通过检测应变电阻式压力传感器的传感信号，在运放放大后传输到主控器处理采集信号从而得到实时的压力状态信息，再通过PWM控制转化成对应输出信号。降低了生产成本并提升了压力值采集的准确性。

Description

一种电阻式压力变送器

技术领域

本实用新型涉及工业压力测量技术领域，具体涉及一种电阻式压力变送器。

背景技术

压力变送器作为工业生产活动中最常见的变送器之一，而压力传感器种类繁多，如电阻式、半导体式、压阻式、电感式、电容式压力传感器等，其中电阻式压力变送器有着较低的价格和较好的线性度，具有十分突出的优点，应用最为广泛。随着工业现代化的发展，交通运输、石油化工、军事工业等各种工业自动控制的领域中用户和厂商对于变送器的精度和用户体验等方面有着越来越高的要求，目前市面上的压力变送器在用户体验和检测的精确度上仍有提升空间。

实用新型内容

本实用新型提出了一种电阻式压力变送器；其体积小，成本低，工作稳定。相对于传统式电阻式压力变送器，在压力采集上使用专用仪用放大电路并采用多点分段标定设计，提升了压力采集的线性度和精确度，可有效的解决上述技术问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种电阻式压力变送器，包括主控制器；所述主控制器的输入端连接有电源稳压电路、仪表放大器电路和反馈电流检测电路，所述主控制器的输出端连接的PWM输出电路；所述的主控制器完成压力信号接收与处理以及PWM信号输出电路的控制；所述电源稳压电路的前端连接有电源电路，将电源电路的电压稳压成系统使用的3.3V；所述仪表放大器电路的前端连接有电阻式压力传感器，将电阻式压力传感器采集的信号差分放大后传至主控制器中；反馈电流检测电路将系统电流转换后经过反相放大传入主控制器中；所述的PWM输出电路由主控制器输出的PWM信号同向跟随后作为比较信号传至电源电路V1；所述的电源电路V1部分负责为整个电路提供电压VCC信号。

进一步的，所述的主控制器采集两路AD信号，分别为压力传感器信号和系统的反馈电流信号；主控制器的输出引脚作为PWM输出信号的控制，输出相应的电流大小。

进一步的，所述主控制器U1的STC8G2K64S4芯片的第3引脚和第4引脚采集两路AD信号，分别为压力传感器信号和系统的反馈电流信号。第5引脚作为PWM输出信号的控制，输出相应的电流大小。

进一步的，所述PWM输出电路，由主控制器获得AD信号后，对应转换为4-20mA输出的PWM信号同向跟随,作为比较信号传至电源电路。

进一步的，所述PWM输出电路与主控制器U1的第5引脚相连接，除此以外与电源电路之间通过lin接口相连接，作用于VCC的电源电压的调节上。

进一步的，所述的反馈电流检测电路是通过取样电阻R1转换电源0.4-2V为4-20mA，并通过反向放大器送入主控制U1第4引脚进行读取检测。

进一步的，所述反馈电流检测电路U3D,检测采集到取样电阻R1上的取样电流值后，通过反向放大倍数为-1的放大器后，将采集的数据传至主控制器U1中。

进一步的，所述主控制器U1的第4引脚与反馈电流检测电路U3D电路的R13电阻相连接，将反馈电流信号传至主控制器中。

进一步的，所述的主控制器连接有LCD显示电路和按键的控制电路；主控制器U1连接显示板JP1，传输LCD信号和接收按键信号。

进一步的，所述主控制器的第21引脚至第25引脚作为LCD显示的连接，第29引脚至第31引脚为按键的控制连接。

进一步的，所述的电源稳压电路中设置有电源稳压芯片，以及与电源稳压芯片连接的稳压电路；所述的稳压电路包括多个并联的有源电容，以及与有源电容串联的电感。

进一步的，所述的电源稳压电路分别通过有源电容C10、无源电容C11、C12、电感L11以及芯片XC6206构成电源稳压电路，将电源电路V1部分获得的7.5V电源转换成为系统需要的3.3V标准电压。

进一步的，所述主控制器U1的第10引脚接入由有源电容C10与无源电容C11、C12以及电感L11组成的滤波网络分压后的电压值来确保工作时供电电压值不会过压或欠压。

进一步的，所述的仪表放大器电路以MCP6244为主，通过三个运算放大器差分组成专用的仪用放大器；将压力传感器电桥平衡条件下的电压信号输出，在三级信号放大转换后，将采集到的压力信号传输到主控制器U1。

进一步的，所述的仪表放大器电路通过三个普通运放U3A、U3B、U3C组成了专用的仪用放大器，保证的电路前端放大器的共模抑制比，降低了源阻抗的不平衡，使得放大倍数为

。

进一步的，所述主控制器U1的第3引脚与仪表放大器电路U3部分的R26相连。

进一步的，所述的电阻式压力传感器采用应变片式压力传感器，当压力作用于承压面上时，应变片随之变形并改变阻值，测量电路的电桥平衡被破坏，产生输出电压。

进一步的，所述电源电路V1以集成电源电路芯片LM317为主，通过对24V的输入电压经过二极管与电容滤波后，生成VCC供电。

有益效果

本实用新型提出的一种电阻式压力变送器，与传统的现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）本技术方案通过电源稳压电路，稳定电源电压大小为主控制器芯片的工作电压，防止欠压不工作或过压损坏电路

（2）本技术方案通过主控芯片采集到的两路AD信号，一路AD为传感器信号，另一路AD为电流信号。根据两路AD信号控制PWM输出完成压力变送器的变送控制过程。

（3）本技术方案通过电阻式应变片传感器在感受到基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生应变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，采集相应的电信号的值即可转换为相应的压力值。节省的生产成本，提升传感器压力与电压对应关系的线性度，提高了压力变送器的准确性。

（4）本技术方案电源电路V1使用集成电源电路，在滤波网络作用下，将24V工业DC电源转换调节为系统整体使用时所需电源大小。

附图说明

图1为本实用新型的整体电路示意框图。

图2为本实用新型为主控制器U1部分的电路连接示意图。

图3为本实用新型为电源稳压电路的电路连接示意图。

图4为本实用新型为仪表放大器电路的电路连接示意图。

图5为本实用新型为反馈电流检测电路的电路连接示意图。

图6为本实用新型为PWM输出电路的电路连接示意图。

图7为本实用新型为电源电路的电路连接示意图。

图8为本实用新型为显示电路和按键电路的电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例：

如图1所示，一种电阻式压力变送器，包括主控制器U1部分、电源稳压电路U2部分、仪表放大器电路U3部分、反馈电流检测电路U3D部分、PWM输出电路U4部分、电源电路V1部分。

所述的主控制器U1采用STC8G2K64S4,其工作电压为3.3V。与电源稳压电路XC6206相连，提供主控制器工作需要的标准电压；所述的主控制器U1与仪表放大器电路U3相连，仪表放大器电路U3负责将电阻式压力传感器采集的压力信号放大后传输至主控制器U1；主控制器U1与反馈电流检测电路U3D相连，负责接受取值电阻转换后的系统电流大小；主控制器U1与PWM输出电路U4相连，U4采用MCP6242放大器，将采集的压力值输出对应的4-20Ma的PWM值；所述电源电路V1通过电感和电容滤波后，利用电源集成电路LM317提供系统使用的VCC电源；所述的主控制器U1将LCD信号和按键信号，传至显示板JP1的各连接处。本实用新型通过检测应变片电阻传感器上电桥平衡条件下输出的输出电压值大小，转换为实际压力值，从而主控制器控制PWM电流信号的输出，完成工业使用下的压力变送。

具体电路连接如下：

主控制器U1部分：

主控制器U1采用型号为STC8G2K64S4控制芯片；在本实施例中采用的是型号为STC8G2K64S4的控制芯片。

如图2所示，STC8G2K64S4芯片的第1引脚连接COM2口的RXD2端，第2引脚接TXD2端；第3引脚连接仪用放大电路的R26的一端；第4引脚接反馈电流电路的R13的一端；第5引脚接PWM输出电路的R14的一端；第6引脚至第9引脚悬空；第10引脚连接XC6206输出的3.3V标准电压的接口；第11引脚接XC6206输出的AD基准电压接口；第12引脚接地；第13引脚连接调试口DBUG的RXD端，第14引脚接TXD端；第15引脚至第20引脚悬空；第21引脚接液晶屏显示和按键控制接口JP1的LCD的RST端，第22引脚接LCD的CD端，第23引脚接LCD的SCLK端，第24引脚接LCD的SDA端，第25引脚接LCD的CSK端；第26引脚至第28引脚悬空；第29引脚接液晶屏显示和按键控制接口JP1的KEY3端，第30引脚接KEY2端，第31引脚接KEY1端；第32引脚悬空。

接口JP11部分：

接口JP11的第1引脚接U1部分STC8G2K64S4的第25引脚；第2引脚接U1部分的第21引脚；第3引脚接U1部分第22引脚；第4引脚接U1部分第23引脚；第5引脚接U1部分第24引脚；第6引脚接3.3V；第7引脚接地；第8引脚接U1部分STC8G2K64S4的第31引脚；第9引脚接U1部分第30引脚；第10引脚接U1部分第29引脚；第11引脚接LED的正端；第12引脚接LED的负端。

接口JP22部分：

接口JP22的第1引脚接U4部分的第1引脚；第2引脚接U3D部分电阻R11的一端；第3引脚接7.5V电压；第4引脚第5引脚悬空；第6引脚接地；第7引脚接LED的正端；第8引脚接LED的负端。

接口DBUG部分：

接口DBUG的第1引脚接U1部分STC8G2K64S4的第13引脚；第2引脚接U1部分STC8G2K64S4的第14引脚；第3引脚接地。

接口COM2部分：

接口COM2的第1引脚接U1部分STC8G2K64S4的第1引脚；第2引脚接U1部分STC8G2K64S4的第2引脚；第3引脚接地。

电源稳压电路U2部分：

如图3所示，电源稳压芯片XC6206的第1引脚VSS接地；第2引脚VOUT接有源电容C10的正端，电容C11的一端，电感L11的一端；有源电容C10的负端、电容C11的另一端、电感L11的另一端和C12串联后均接地；C11的正端为3.3V电源端；C12的正端为AD基准电压端；第3引脚连接JP2接口提供的7.5V电源电压端。

如图4所示，仪表放大器电路U3部分包括电路U3A部分，电路U3B部分和电路U3C部分。

电路U3A部分：

四运放芯片MCP6244中运算放大器的第1引脚接电阻R23的一端和电阻R25的一端，输出作为U3C的同相输入端；第2引脚接R23的另一端和R21的一端，R21的另一端连接U3B的反向输入端；第3引脚连接传感器接口的V2接口并连接电容C18滤波；正电源端接3.3V工作电压；负电源端接地。

电路U3B部分：

四运放芯片MCP6244中运算放大器的第5引脚连接传感器接口的V1接口并连接电容C17滤波；第6引脚接R21的另一端和R22的一端，R21的另一端连接U3A的反向输入端；第7引脚连接R22的另一端和R24的一端，输出作为U3C的反向输入端。

电路U3C部分：

四运放芯片MCP6244中运算放大器的第8引脚连接主控制器U1芯片STC8G2K64S4的第3引脚和R26的一端；第9引脚接R26的另一端和R24的另一端；第10引脚连接R25的另一端和R27的一端；R27的另一端接地。

反馈电流检测电路U3D部分：

如图5所示，四运放芯片MCP6244中运算放大器的第12引脚连接R12的一端，R12的另一端接地；第13引脚接R11的一端和R13的一端,R11的另一端连接C16的一端和JP2端口的Iin接口，电容C16的另一端接地；第14引脚连接R13的另一端和主控制器U1芯片STC8G2K64S4的第4引脚。

PWM输出电路U4部分：

如图6所示，运算放大器芯片MCP6242的正电源端连接JP2接口上标准7.5V电压端；负电源端接地；第1引脚连接第2引脚反向输入端；第3引脚连接电容C15的一端和R14的一端，C15的另一端接地，R14的另一端连接R15、C14的一端和R29的一端，R15的另一端接地，C14的另一端接地；R29的另一端连接C13和R28的一端，C13的另一端接地，R28的另一端连接主控制器U1芯片STC8G2K64S4的第5引脚。

电源电路V1部分：

如图7所示，芯片LM317的第1引脚系数调整ADJ端连接R2的一端、C3的一端和R3的一端，R2的另一端和C3的另一端接地；第2引脚稳压输出端连接R3的另一端、有源电容C4的正端、电容C5的一端、三极管Q6的集电极端，C4的另一端和C5的另一端接地，三极管Q6的基极端连接电阻R6的一端和R5的一端，R5的另一端接电容C6的一端，C6的另一端接地，R6的另一端连接接口JP2的第1引脚Vo，三极管Q6的发射极端连接R4的一端，R4的另一端接地；LM317的第3引脚电压输入端接稳压二极管ZD1的阳极和R7的一端，ZD1的阳极接R7的另一端、C2的一端和有源电容C1的正极以及IN4148二极管D1的阴极，C2接C7后接地，C1的负极接取样电阻R1的一端后接地，D1的阳极接C02的一端和L1的一端，C02的另一端接地，L01的另一端接24V电源的正极；24V电源的负极连接电感L2的一端，另一端连接C03和二极管D2的阴极；D2的阳极连接R1的一端和C7的一端、二极管D3的阴极以及JP2接口的Jin端；D3的阳极连接D4的阴极后接地。

所述的显示电路和按键的控制电路的具体连接关系如图8所示。

电路LCD部分：

LCD显示屏的第1引脚LCD_CS端通过JP1接口的第一引脚连接主控制芯片U1芯片STC8G2K64S4的第25引脚；第2引脚LCD_RST端连接主控制芯片U1的第21引脚；第3引脚LCD_CD端连接主控制芯片U1的第22引脚；第4引脚LCD_SCLK端连接主控制芯片U1的第23引脚；第5引脚LCD_SDA端连接主控制芯片U1的第24引脚；LCD的第6引脚接3.3V供电电压，3.3V再接C53滤波电容，C53的另一端接地；LCD的第7引脚接地；LCD的第8引脚接C51，C51另一端接第9引脚；CD的第10引脚接C52，C52另一端接第11引脚；CD的第12引脚接C50，C51另一端接地。

电路KEY部分：

按键KEY1引脚通过JP1的第8引脚连接主控制芯片U1芯片STC8G2K64S4的第31引脚，连接R01的一端，R01的另一端连接3.3V的供电电压；按键KEY2引脚通过JP1的第9引脚连接主控制芯片U1的第30引脚，连接R02的一端，R02的另一端连接3.3V的供电电压；按键KEY3引脚通过JP1的第10引脚连接主控制芯片U1的第29引脚，连接R03的一端，R03的另一端连接3.3V的供电电压。

接口JP1部分：

接口JP1的第1引脚接LCD显示的CS端；第2引脚接LCD显示的RST端；第3引脚接LCD显示的CD端；第4引脚接LCD显示的SCLK端；第5引脚接LCD显示的SDA端；第6引脚接LCD显示的3.3V驱动电压；第7引脚接地；第8引脚接KEY1；第9引脚接KEY2；第10引脚接KEY3；第11引脚接LED的正极；第12引脚接LED的负极。

接口JP2部分：

接口JP2的第1引脚接V1部分电阻R6上的一端；第2引脚接取样电阻R1的一端；第3引脚接7.5V电压；第4引脚悬空；第5引脚接地；第6引脚接LED的正极；第7引脚接LED的负极。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电阻式压力变送器，包括主控制器；其特征在于：所述主控制器的输入端连接有电源稳压电路、仪表放大器电路和反馈电流检测电路，所述主控制器的输出端连接的PWM输出电路；所述的主控制器完成压力信号接收与处理以及PWM信号输出电路的控制；所述电源稳压电路的前端连接有电源电路，将电源电路的电压稳压成系统使用的3.3V；所述仪表放大器电路的前端连接有电阻式压力传感器，将电阻式压力传感器采集的信号差分放大后传至主控制器中；反馈电流检测电路将系统电流转换后经过反相放大传入主控制器中；所述的PWM输出电路由主控制器输出的PWM信号同向跟随后作为比较信号传至电源电路V1；所述的电源电路V1部分负责为整个电路提供电压VCC信号。

2.根据权利要求1所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的主控制器采集两路AD信号，分别为压力传感器信号和系统的反馈电流信号；主控制器的输出引脚作为PWM输出信号的控制，输出相应的电流大小。

3.根据权利要求1或2所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述PWM输出电路，由主控制器获得AD信号后，对应转换为4-20mA输出的PWM信号同向跟随,作为比较信号传至电源电路。

4.根据权利要求3所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的反馈电流检测电路是通过取样电阻R1转换电源0.4-2V为4-20mA，并通过反向放大器送入主控制U1第4引脚进行读取检测。

5.根据权利要求1或2所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的主控制器连接有LCD显示电路和按键的控制电路；主控制器U1连接显示板JP1，传输LCD信号和接收按键信号。

6.根据权利要求1所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的电源稳压电路中设置有电源稳压芯片，以及与电源稳压芯片连接的稳压电路；所述的稳压电路包括多个并联的电容，以及与电容串联的电感。

7.根据权利要求1所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的仪表放大器电路通过三个运算放大器差分组成专用的仪用放大器；将压力传感器电桥平衡条件下的电压信号输出，在三级信号放大转换后，将采集到的压力信号传输到主控制器U1。

8.根据权利要求1所述的一种电阻式压力变送器，其特征在于：所述的电阻式压力传感器采用应变片式压力传感器，当压力作用于承压面上时，应变片随之变形并改变阻值，测量电路的电桥平衡被破坏，产生输出电压。

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