CN216717485U - 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器 - Google Patents

具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器 Download PDF

Info

Publication number
CN216717485U
CN216717485U CN202123126030.1U CN202123126030U CN216717485U CN 216717485 U CN216717485 U CN 216717485U CN 202123126030 U CN202123126030 U CN 202123126030U CN 216717485 U CN216717485 U CN 216717485U
Authority
CN
China
Prior art keywords
adg854
membrane
resistor
seat
pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202123126030.1U
Other languages
English (en)
Inventor
刘庆
钟远强
何炳伟
李朝阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHONGQING WECAN PRECISION INSTRUMENTS Co
Original Assignee
CHONGQING WECAN PRECISION INSTRUMENTS Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHONGQING WECAN PRECISION INSTRUMENTS Co filed Critical CHONGQING WECAN PRECISION INSTRUMENTS Co
Priority to CN202123126030.1U priority Critical patent/CN216717485U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN216717485U publication Critical patent/CN216717485U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，包括两个第一膜座，两个第一膜座边缘对焊将二者之间的金属材质膜片固定，每个第一膜座的内侧面分别设有镀膜电极，第一膜座的镀膜电极与膜片的相应侧面组成测量电容，每个第一膜座与膜片之间形成密封的感应腔；每个第一膜座外分别设置有第二膜座，第二膜座与相应的第一膜座外侧边缘密封固定连接，二者之间围成稳压腔，稳压腔与位于膜片同侧的感应腔连通；测量电容经第一信号处理及AD转换电路连接有单片机，单片机还经DA转换电路和HART调制解调电路连接有电压电流转换电路。本实用新型从机械角度提高传感器的测量精度；并将压力转换成电流信号输出。

Description

具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器
技术领域
本实用新型涉及一种压力测量装置，具体涉及一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器。
背景技术
压力变送器广泛应用于流体压力和流量测量装置上。一类压力变送器的核心检测元件是膜片式差压传感器。膜片式差压传感器将流体不同位置的两个压力信号转换为电容信号的变化，接着后端的检测电路对电容信号的变化进行处理，得到外加压力的差压值。
膜片式差压传感器包括两个圆盘状的膜座，两个膜座之间设有测量膜片，两个膜座对焊连接，将测量膜片夹紧。测量膜片与两个膜座之间分别设有用于容纳硅油的感应腔，两个感应腔分别连接有引压管，引压管将外部待测压力引入测量膜片两侧。由于两侧压强不同，测量膜片向压强较小侧变形，变形量的大小反映为电容信号的变化。
在测量高压流体时，感应腔内的压力显著增大，虽然膜座由刚性材料制成，但高压下两个膜座会向外膨胀变形，这种微量的变形也将对测量膜片的形变产生干扰，导致测量精度降低。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器。
其技术方案如下：
一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，包括两个圆盘状的第一膜座，两个所述第一膜座之间夹设有金属材质的膜片，两个所述第一膜座边缘对焊连接以将所述膜片固定，每个所述第一膜座的外侧面为金属面，每个所述第一膜座的内侧面分别设有镀膜电极，两个第一膜座内侧面上的镀膜电极与膜片分别形成了测量电容CH和测量电容CL；每个所述第一膜座的镀膜电极分别连接有第一信号引线，所述第一信号引线分别密封穿出所述第一膜座，每个所述第一膜座与所述膜片之间形成密封的感应腔；
每个所述第一膜座外分别设置有第二膜座，所述第二膜座与相应的所述第一膜座外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座与相应的所述第一膜座之间围成稳压腔，所述稳压腔与位于所述膜片同侧的所述感应腔连通；
测量电容CH和测量电容CL连接有第一信号处理及AD转换电路；第一信号处理及AD转换电路连接有单片机，所述单片机还连接有DA转换电路和HART调制解调电路，DA转换电路和HART调制解调电路连接有电压电流转换电路，单片机获取压力信号后经DA转换电路、HART调制解调电路和电压电流转换电路转换成相应的电流信号输出。
单片机还连接有液晶显示屏。
所述第一信号处理及AD转换电路包括激励电路、第一积分器电路、第二积分器电路、第二ADG854模拟开关U3、第三ADG854模拟开关U4以及AD8277差动放大器U5，激励电路的PWM输入端、第二ADG854模拟开关U3的IN端、第三ADG854模拟开关U4的IN端用于连接单片机的PWM输出端获取PWM控制信号，激励电路的信号输出端组连接测量电容CH和测量电容CL给其施加激励信号，测量电容CH的输出端连接第一积分器电路的输入端，第一积分器电路的输出端VH连接第二ADG854模拟开关U3的信号输入端；测量电容CL的输出端连接第二积分器电路的输入端；第二积分器电路的输出端VL连接第三ADG854模拟开关U4的信号输入端，AD8277差动放大器U5的信号输入端组与第二ADG854模拟开关U3的信号输出端组、第三ADG854模拟开关U4的信号输出端组连接，AD8277差动放大器U5的信号输出端组连接模数转换芯片的信号输入端组。
模数转换芯片的信号输出端组连接单片机。单片机还设置有PWM输出端，单片机的PWM输出端输出PWM控制信号给激励电路的PWM输入端、第二ADG854模拟开关U3的IN端、第三ADG854模拟开关U4的IN端。
所述激励电路设置有第一ADG854模拟开关U1；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第七管脚后连接+2.5V电源；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚还经电容C1接地；
第一ADG854模拟开关U1的第三管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第九管脚后接地；
第一ADG854模拟开关U1的第四管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第五管脚后作为激励电路的PWM输入端；
第一ADG854模拟开关U1的第六管脚连接5V直流电源，第一ADG854模拟开关U1的第十管脚接地；第一ADG854模拟开关U1的第六管脚还经电容C15连接第一ADG854模拟开关U1的第十管脚；
第一ADG854模拟开关U1的第二管脚连接膜片；
高压侧的感应腔对应的第一膜座内侧面上的镀膜电极H经电容C2连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚；低压侧的感应腔对应的第一膜座内侧面上的镀膜电极L经电容C3连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚。
所述第一积分器电路包括第一集成运放U2A；镀膜电极H经电阻R1连接第一集成运放U2A的反相输入端，第一集成运放U2A的同相输入端连接有+2.5V电源，第一集成运放U2A的反相输入端经电容C4连接集成运放U2A的输出端VH；电容C4并联有电阻R2；
第二积分器电路与第一积分器电路的电路结构相同；第二积分器电路的输入端连接镀膜电极L。
所述第二膜座的内侧面也设有镀膜电极，该镀膜电极与相应的所述第一膜座外侧的金属面正对以形成补偿电容，所述第二膜座内侧面上的所述镀膜电极连接有第二信号引线，所述第二信号引线密封穿出所述第二膜座。
作为优选技术方案，上述第二膜座的结构与所述第一膜座相同；
所述第一膜座朝向所述膜片一侧开有凹槽，所述第二膜座上的凹槽朝向相应的所述第一膜座外侧面；
所述凹槽内壁上设有所述镀膜电极；
所述第一信号引线或第二信号引线与相应所述镀膜电极的连接点靠近对应所述凹槽的边缘。
作为优选技术方案，上述第一膜座包括玻璃材质的内圆盘和金属材质的外圆盘，所述内圆盘的内侧面上开设有所述凹槽，所述内圆盘与所述外圆盘熔结，所述内圆盘的外侧面和边缘被所述外圆盘覆盖；
两个所述第一膜座的外圆盘的边缘夹持所述膜片并焊接连接；
所述内圆盘局部向外延伸出所述外圆盘的外壁圆周面，从而形成延伸块，所述第一信号引线从所述内圆盘内向外经所述延伸块引出。
作为优选技术方案，每个所述感应腔分别连接有引压管，所述引压管包括直管和弯管；
所述直管穿设在所述第一膜座中心，该直管的两端分别开口于所述内圆盘的凹槽槽底面和外圆盘外侧面，该直管管壁与所述内圆盘和外圆盘密封；
所述第二膜座中心穿设有弯管，该弯管的内端开口于所述第二膜座的凹槽槽底面，该弯管的内端与所述直管的外端正对，该弯管的外端向外穿出所述第二膜座，该弯管的外壁与所述第二膜座密封。
作为优选技术方案，上述弯管为金属管，所述弯管在所述内圆盘内的管体外壁与所述内圆盘直接接触密封，所述弯管在所述外圆盘内的管体外套设有陶瓷绝缘套，该陶瓷绝缘套将所述弯管外壁与所述外圆盘绝缘密封。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：提供了一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器；两个第一膜座和膜片之间组成两个测量电容，其中测量电容输出的信号用于测量差压的直接计算，设置有电压电流转换电路，将差压信号转换成相应的电流信号输出；同时，由于第一膜座两侧的稳压腔与感应腔内液体压力始终一致，因此可以抑制高压状态下第一膜座向外变形，这样从机械角度提高了传感器的测量精度。
附图说明
图1为差压传感器模块的结构示意图；
图2为测量模块的第一个视角的结构示意图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4为测量模块的第二个视角的结构示意图；
图5为图4中B-B剖视图；
图6为本发明电路模块图；
图7为第一信号处理及AD转换电路的电路模块图；
图8为激励电路的电路图；
图9为第一积分器电路的电路图；
图10为AD8277差动放大器U5、第二ADG854模拟开关U3、第三ADG854模拟开关U4的电路图；
图11为单片机和HART调制解调电路的电路图；
图12为存储器的电路图；
图13为DA转换电路的电路图；
图14为电压电流转换电路和DC-DC转换电路的电路图；
图15为LDO稳压电路的电路图；
图16为SN74AHC解码器的电路图；
图17为本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
如图1～17所示，一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，包括两个圆盘状的第一膜座110，两个所述第一膜座110之间夹设有金属材质的膜片120，两个所述第一膜座110边缘对焊连接以将所述膜片120固定，并将膜片120张紧，每个所述第一膜座110与所述膜片120之间形成密封的感应腔130。每个所述感应腔130分别连接有引压管160，每个所述引压管160分别从相应的所述第一膜座110密封穿出，每个所述第一膜座110外分别设置有第二膜座140，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110之间围成稳压腔150，所述稳压腔150与位于所述膜片120同侧的所述感应腔130分居于相应的所述第一膜座110两侧，所述稳压腔150与位于所述膜片120同侧的所述感应腔130或所述引压管160连通。使用时，感应腔130、稳压腔150以及引压管160内充满传压介质，如硅油。
每个所述第一膜座110的内侧面设有镀膜电极。每个第一膜座110内侧面的镀膜电极以及与其正对的膜片120相应侧面组成一个第一电容，即测量电容。每个所述第一膜座110的镀膜电极分别连接有第一信号引线170，所述第一信号引线170分别密封穿出所述第一膜座110。
两个第一膜座110内侧面上的镀膜电极与膜片120分别形成了测量电容CH和测量电容CL；每个所述第一膜座110的镀膜电极分别连接有第一信号引线170，所述第一信号引线170分别密封穿出所述第一膜座110，每个所述第一膜座110与所述膜片120之间形成密封的感应腔130；
每个所述第一膜座110外分别设置有第二膜座140，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座140与相应的所述第一膜座110之间围成稳压腔150，所述稳压腔150与位于所述膜片120同侧的所述感应腔130连通；
测量电容CH和测量电容CL连接有第一信号处理及AD转换电路；第一信号处理及AD转换电路连接有单片机，单片机连接有液晶显示屏。
测量电容CH和测量电容CL经第一信号处理及AD转换电路转换成相应的电压信号，电压信号经单片机转换成相应的压力数据，通过液晶显示屏显示。
传感器内部膜片120的挠曲导致测量电容CH和测量电容CL发生变化，变化量与压力(差压)的大小呈正相关。通过一系列电路处理后最终可输出标准的4～20mA电流信号。
DC-DC电路和LDO稳压电路从电源回路取电并为各处理电路供电；第一信号处理及AD转换电路将传感器的两个测量电容CH和测量电容CL转换成VH和VL两个电压，然后通过AD模数转换芯片将两个电压转换成数字信号发送给单片机；单片机通过两个电压值按照一定的公式计算得到一个值，这个值是和差压值是相关的，通过标定流程后可以算出其对应的差压；DA转换电路和电压电流转换电路最终可以通过输出一个与实际差压值对应的电流；EEPROM存储器用于存储变送器的所有参数。
所述第一信号处理及AD转换电路包括激励电路、第一积分器电路、第二积分器电路、第二ADG854模拟开关U3、第三ADG854模拟开关U4以及AD8277差动放大器U5，激励电路的PWM输入端、第二ADG854模拟开关U3的IN端、第三ADG854模拟开关U4的IN端用于连接单片机的PWM输出端获取PWM控制信号，激励电路的信号输出端组连接测量电容CH和测量电容CL给其施加激励信号，测量电容CH的输出端连接第一积分器电路的输入端，第一积分器电路的输出端VH连接第二ADG854模拟开关U3的信号输入端；测量电容CL的输出端连接第二积分器电路的输入端；第二积分器电路的输出端VL连接第三ADG854模拟开关U4的信号输入端，AD8277差动放大器U5的信号输入端组与第二ADG854模拟开关U3的信号输出端组、第三ADG854模拟开关U4的信号输出端组连接，AD8277差动放大器U5的信号输出端组连接模数转换芯片的信号输入端组。
模数转换芯片的信号输出端组连接单片机。单片机还设置有PWM输出端，单片机的PWM输出端输出PWM控制信号给激励电路的PWM输入端、第二ADG854模拟开关U3的IN端、第三ADG854模拟开关U4的IN端。
测量电容CH的输出端H的电压信号经第一积分器电路积分运算后输出相应的信号给第二ADG854模拟开关U3；测量电容CL的输出端L的电压信号经第二积分器电路积分运算后输出相应的信号给第二ADG854模拟开关U3；
第二ADG854模拟开关U3和第二ADG854模拟开关U3经AD8277差动放大器U5放大后再经过RC整流电路输出相应的直流信号给模数转换芯片。模数转换芯片采用24位AD转换芯片，其电路图略。
单片机采用PIC24FJ64GA306单片机，单片机通过其模数转换电路或模数转换芯片连接AD8277差动放大器U5输出的电压信号。
所述激励电路设置有第一ADG854模拟开关U1；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第七管脚后连接+2.5V电源；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚还经电容C1接地；
第一ADG854模拟开关U1的第三管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第九管脚后接地；
第一ADG854模拟开关U1的第四管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第五管脚后作为激励电路的PWM输入端；
第一ADG854模拟开关U1的第六管脚连接5V直流电源，第一ADG854模拟开关U1的第十管脚接地；第一ADG854模拟开关U1的第六管脚还经电容C15连接第一ADG854模拟开关U1的第十管脚；
第一ADG854模拟开关U1的第二管脚连接膜片120；
高压侧的感应腔130对应的第一膜座110内侧面上的镀膜电极H经电容C2连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚；低压侧的感应腔130对应的第一膜座110内侧面上的镀膜电极L经电容C3连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚。
激励电路是将单片机产生的频率为30kHz的PWM波输入第一ADG854模拟开关U1。在第一ADG854模拟开关U1的作用下，给测量电容CH和测量电容CL施加激励信号。
所述第一积分器电路的输出端VH连接第二ADG854模拟开关U3的第一管脚，第二ADG854模拟开关U3的第一管脚并接第二ADG854模拟开关U3的第七管脚；第二ADG854模拟开关U3的第三管脚连接+2.5V电源，第二ADG854模拟开关U3的第九管脚连接+2.5V电源，第二ADG854模拟开关U3的第四管脚并接第二ADG854模拟开关U3的第五管脚后作为第二ADG854模拟开关U3的IN端；第二ADG854模拟开关U3的第六管脚连接5V直流电源，第二ADG854模拟开关U3的第十管脚接地；第二ADG854模拟开关U3的第六管脚还经电容C17连接第二ADG854模拟开关U3的第十管脚；
第三ADG854模拟开关U4与第二ADG854模拟开关U3的电路结构相同；
第三ADG854模拟开关U4的第一管脚连接第二积分器电路的输出端VL；
AD8277差动放大器U5的端子INA-与端子INA+分别与第二ADG854模拟开关U3的第二管脚和第八管脚相连接；
AD8277差动放大器U5的端子INB-与端子INB+分别与第三ADG854模拟开关U4的第二管脚和第八管脚相连接；
AD8277差动放大器U5的端子VS+连接5V直流电源，AD8277差动放大器U5的端子VS+还经电容C19连接AD8277差动放大器U5的端子VS-；AD8277差动放大器U5的端子VS-并接AD8277差动放大器U5的端子REFB后接地；
AD8277差动放大器U5的端子SENSEA并接AD8277差动放大器U5的端子OUTA后连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接单片机；电阻R5的另一端还经电容C6接地，AD8277差动放大器U5的端子REFA接地；电阻R5的另一端作为第一信号处理及AD转换电路的第一输出端VH0；
AD8277差动放大器U5的端子SENSEB并接AD8277差动放大器U5的端子OUTB后连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接单片机；电阻R6的另一端还经电容C7接地；电阻R6的另一端作为第一信号处理及AD转换电路的第二输出端VL0。
第一积分器电路是一种让电荷进行累积的电路，而能够累计电荷的基本电路元件是电容C4。电容C4两端的电压是流经电容C4的电流对时间的积分。作为反馈电容，C4由于输入电压的影响而开始充电，其阻抗Xc与其充电速率成比例地缓慢增加。电容C4以由RC串联网络的RC时间常数(τ)确定的速率充电。电路中R2的作用是引进直流负反馈，有效地抑制失调电压和失调电流造成的积分漂移。积分器输出电压公式为
Figure BDA0003407744180000101
测量电容CH和测量电容CL的输出信号分别经第二ADG854模拟开关U3与第三ADG854模拟开关U4处理后作为AD8277差动放大器U5的输入；差分放大器输出端输出相应的方波信号，通过RC滤波电路后将方波整流成直流信号，图10中电阻R5、电容C6、电阻R6、电容C7即为RC滤波电路。
通过上述的电路实现了将传感器的电容值转换为电压值的功能，之后可以通过以下公式算出一个与差压相关的压差参数值D；
第一信号处理及AD转换电路的第一输出端VH0的输出电压信号为V1；第一信号处理及AD转换电路的第二输出端VL0的输出电压信号为V2；
Figure BDA0003407744180000111
压力变送器的标定过程就是获取各个标定点的差压值与计算值D的一个对应表。实际测量时可以计算出与压差相对应的D，之后通过查表或线性插值的方式计算出真实的差压；这一步与现有技术相同，不再赘述。
所述单片机还连接有DA转换电路和HART调制解调电路，DA转换电路和HART调制解调电路连接有电压电流转换电路，单片机获取压力信号后经DA转换电路、HART调制解调电路和电压电流转换电路转换成相应的4-20mA电流信号输出。
单片机采用PIC24FJ64GA306单片机，所述DA转换电路设置有DAC8551数模转换芯片，DAC8551数模转换芯片的DA DIN端子、DA CLK端子、DA SYNC端子连接单片机获取压力信号；DAC8551数模转换芯片的第三管脚并接第四管脚作为DAC8551数模转换芯片的数据输出端DAC；
单片机的第二十七管脚和第二十八管脚分别连接HART调制解调电路的OCD端子和RST端子；
电压电流转换电路设置有电压跟随器U6A；电压跟随器U6A的输入端经电阻R14连接DAC8551数模转换芯片的数据输出端DAC；电压跟随器U6A的输出端经电阻R15连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地；
电容C11的一端还连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端经电容C13接地，电阻R19的另一端还经电阻R16连接电容C10的一端，电容C10的另一端连接HART调制解调电路的AOUT端子；电阻R19的另一端还连接集成运放U6B的同相输入端，集成运放U6B的反相输入端经电阻R20接地，集成运放U6B的反相输入端还经电容C14连接集成运放U6B的输出端，集成运放U6B的输出端经电阻R21连接NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的集电极经电容C15连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的集电极还连接NPN三极管Q2的集电极；NPN三极管Q1的发射极连接NPN三极管Q2的基极；NPN三极管Q2的发射极经电阻R23接地，NPN三极管Q2的集电极还经电容C16接地，NPN三极管Q2的集电极还连接双向二极管D1的首端，双向二极管D1的公共端作为电压电流转换电路的第一输出端；
双向二极管D1的尾端连接有DC-DC转换电路，DC-DC转换电路设置有RS3007转换芯片，RS3007转换芯片的Vin端经电阻R39连接双向二极管D1的尾端；RS3007转换芯片的Vin端还经电容C31接地，RS3007转换芯片的Vout端连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端输出电压AVCC；RS3007转换芯片的Vout端还经电容C32接地；RS3007转换芯片的GND端接地；
电容C11和电阻R18的公共端连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端作为电压电流转换电路的第二输出端；
电阻R18与电阻R19的公共端连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接电阻R17的另一端；电阻R17的另一端还经电阻R24接地，电压电流转换电路的第一输出端经电容C17连接电压电流转换电路的第二输出端；
电压电流转换电路的第一输出端还连接HART调制解调电路的AIN端子；
单片机的T端和R端分别连接SN74AHC解码器的2A端和1Y端；SN74AHC解码器的1A端和2Y端分别连接HART调制解调电路的DOUT端和DIN端。其中，SN74AHC解码器用于切换hart通信线和串口通讯线，hart通信线在4-20mA的基础上向外通信发送数据；串口用于单片机和上位机软件进行通信。
电阻R41的另一端输出电压AVCC，电压AVCC为5V直流电压，电阻R41的另一端连接有LDO电路，LDO电路设置有ADP150AUJZ转换芯片，5V直流电压经LDO电路转换成3V直流电压VCC为单片机和DAC8551芯片供电；
电阻R41的另一端还连接有MAX6071AAUT25电压转换芯片，MAX6071AAUT25电压转换芯片输出AVREF电压信号给DAC8551芯片。
每个所述第二膜座140的内侧面分别设有镀膜电极，每个所述第一膜座110的外侧面为金属面，第二膜座140的镀膜电极与第一膜座110的外侧面形成第二电容，即补偿电容CA和补偿电容CB。每个所述第二膜座140的镀膜电极连接有第二信号引线180，所述第二信号引线180分别密封穿出所述第二膜座140。补偿电容CA与测量电容CH位于膜片120的同一侧；补偿电容CB与测量电容CL位于膜片120的同一侧。膜片(120)和两个第一膜座110的外侧金属面也通过导线引出作为相应电容的另一端。
补偿电容CA和补偿电容CB连接有第二信号处理及AD转换电路；
第二信号处理及AD转换电路与第一信号处理及AD转换电路的电路结构相同，第二信号处理及AD转换电路也采用相同的方式连接单片机；
第二信号处理及AD转换电路的第一输出端的输出电压信号为V3；第二信号处理及AD转换电路的第二输出端的输出电压信号为V4；V3、V4即为补偿信号；采用公式(3)计算静压S；
Figure BDA0003407744180000131
其中，V30、V40分别为第二信号处理及AD转换电路的第一输出端和第二输出端在大气压下测得的输出电压值，即不外连压力管道时的电压信号，可在设备出厂时检测并存入存储器中；V1、V2、V3、V4均为各个信号输出端对地GND的电压信号；
在压力为零至满量程范围内，S从S0至Sn变化，根据S查询对应的修正系数K；K从K0至Kn变化，K0为传感器在大气压下的修正系数，Kn为满量程时的修正系数；K为一条随S变化的直线，并与S相对应；在一个具体实施例中，K0为1；Kn为1.006。K在设备出厂时检测并存入存储器中。
根据S查询对应的修正系数K；
单片机实际计算压差传感器的修正压差参数D1＝D×K；
计算出与压差相对应的D1，之后通过D1查表或线性插值的方式计算出真实的差压；该差压即为修正之后的差压传感器的压差；为最终输出值。
本实施例中，所述第二膜座140的结构与所述第一膜座110相同。所述第一膜座110包括玻璃材质的内圆盘111和金属材质的外圆盘112，所述内圆盘111的内侧面上开设有凹槽，所述内圆盘111与所述外圆盘112熔结，所述内圆盘111的外侧面和边缘被所述外圆盘112覆盖。两个所述第一膜座110的外圆盘112的边缘夹持所述膜片120并焊接连接。所述第二膜座140上的凹槽朝向相应的所述第一膜座110外侧面。
内圆盘111内侧凹槽的槽底面上加工有镀膜电极。
所述内圆盘111局部向外延伸出所述外圆盘112的外壁圆周面，从而形成延伸块113，所述第一信号引线170从所述内圆盘111内向外经所述延伸块113引出，从而使第一信号引线170以及镀膜电极均与外圆盘112绝缘。这样的结构主要从工艺角度考虑，制造第一膜座110时，第一信号引线170被包埋在内圆盘111内一体成型。第二信号引线180在第二膜座140上的安装结构与第一信号引线170相同。
所述第一信号引线170或第二信号引线180与相应镀膜电极的连接点靠近对应凹槽的边缘，以便于加工。
传感器组装完成后，金属材质的所有外圆盘112与膜片120焊接，形成一个导体，所有外圆盘112与膜片120连接同一电容引线，该电容引线与第一信号引线170形成测量电容的两个引线，该电容引线与第二信号引线180形成补偿电容的两个引线。所有第一信号引线170、第二信号引线180以及电容引线均连接至外部信号处理电路。
在压力差存在的条件下，膜片120向压力较小侧变形，从而引起两个第一电容的电容大小改变，形成的电容变化信号分别从第一信号引线170传导至外部信号处理电路，从而用于计算差压。对于每个第一膜座110，由于其两侧的稳压腔150与感应腔130内液压始终一致，因此可以抑制高压状态下第一膜座110向外变形，从而提高测量精度。这是从机械角度提高测量精度。
由于硅油是第二电容两极板之间的介质，当其温度发生变化时介电常数将发生变化，从而使第二电容的电容大小改变。同时，虽然第一膜座110的向外变形被抑制，但第一膜座110受到的液体压力被传递至膜片120同侧的第二膜座140，于是第二膜座140发生微弱的向外变形，也使得第二电容的电容大小改变。形成的电容变化信号分别从第二信号引线180传导至外部信号处理电路。这一信号可以用于检测硅油温度、静压等参数，也可以代入压力值的计算，用于修正基于第一电容测得的差压值，进一步从电学角度提高传感器的测量精度。
所述引压管160的内端开口于相应的所述感应腔130，所述引压管160向外先后密封穿过位于所述膜片120同侧的所述第一膜座110和第二膜座140，且在对应的所述稳压腔150内开口，以与该稳压腔150连通。
引压管160的一种具体的结构为，引压管160包括直管161和弯管162。第一膜座110中心穿设有直管161，该直管161的两端分别开口于所述凹槽槽底面和外圆盘112外侧面，该直管161管壁与所述内圆盘111和外圆盘112密封；第二膜座140中心穿设有弯管162，该弯管162的内端开口于所述第二膜座140的凹槽槽底面，该弯管162的内端与所述直管161的外端正对，该弯管162的外端向外穿出所述第二膜座140，该弯管162的外壁与所述第二膜座140密封。
弯管162可以采用金属管，弯管162在内圆盘111内的管体外壁与内圆盘111直接接触密封，弯管162在外圆盘112内的管体外套设有陶瓷绝缘套，该陶瓷绝缘套将弯管162外壁与外圆盘112绝缘密封。这样，弯管162与镀膜电极以及外圆盘112均绝缘，防止金属材质的弯管162影响传感器的测量。
如图2～5所示，两个第一膜座110、二者之间的膜片120以及两个第二膜座140形成圆柱状的差压传感器模块100，该差压传感器模块100下方设置有引压座200。所述引压座200上对应两个所述引压管160分别开设有引压通道210，两个所述引压通道210的上端均开口于引压座200上表面，两个所述引压通道210的下端分别开口于引压座200的一对相对侧壁上，所述引压通道210的下端开口为喇叭口，每个喇叭口上密封覆盖有弹性的隔离膜片220。引压通道210内充满硅油。两个所述引压通道210的上端口分别位于两个第二膜座140外，在所述引压座200上对应两个所述引压通道210的上端分别一体成型有引压管插座。引压管160插设在相应的引压管插座内，引压管160管壁与引压管插座钎焊密封。两个隔离膜片220所在的引压座200侧壁上分别安装有取压座300，取压座300上开设有取压区，取压区正对相应的隔离膜片220。这样，组成测量模块。
取压座300与引压座200侧壁之间采取螺栓可拆卸连接，取压座300正对隔离膜片220一侧设置有凹槽，凹槽与隔离膜片220形成了取压腔，取压座300与引压座200侧壁之间还设置有环形的密封圈，防止取压座300与引压座200侧壁之间泄漏，取压腔连接有取压流道，取压流道贯穿取压座300；取压流道的内端连接取压腔；取压流道的外端设置有螺纹，方便连接压力管道获取压力信号。
其中，差压传感器模块100通过引压管160安装在引压座200上；而不是通过螺栓直接固定在引压座200上，减少了引压座200变形应力或者差压传感器模块100直接装配在引压座200上的装配应力对差压传感器模块100检测压力精度的影响。
取压座300用于与被测压力源连接，将压力传递给相应的隔离膜片220。
测量时，两个取压座300分别连接流体流动路径上的两个位点，两个不同位点的流体进入相应的取压区，流体压力作用于相应的隔离膜片220，并经硅油传导至膜片120，从而测量两处的流体压力差，可用来计算流体流量。
一种具有补偿功能的悬浮式差压变送器的控制方法，包括如下步骤；
步骤A：单片机获取第一信号处理及AD转换电路的第一输出端VH0的输出电压信号V1以及第二输出端VL0的输出电压信号V2；采用公式(2)计算与压差信号相对应的压差参数D；
Figure BDA0003407744180000171
步骤B：单片机获取第二信号处理及AD转换电路的第一输出端的输出电压信号V3以及第二输出端的输出电压信号V4；采用公式(3)计算静压S；
Figure BDA0003407744180000172
其中，V30、V40分别为第二信号处理及AD转换电路的第一输出端和第二输出端在大气压下测得的输出电压值，
在设备出厂时检测并存入存储器中，单片机连接存储器；V1、V2、V3、V4均为各个信号输出端对地GND的电压信号；
步骤C：单片机根据S查询对应的修正系数K；K与S相对应；K在设备出厂时检测并存入存储器中；
步骤D：单片机计算压差传感器的修正压差参数D1，D1＝D×K；
步骤E：单片机通过D1查表或线性插值的方式计算出真实的差压；该差压即为补偿之后的差压传感器的差压；为最终输出值。
其中步骤E与现有技术中压差传感器的查表或线性插值计算方式相同，不再详细叙述。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，包括两个圆盘状的第一膜座(110)，两个所述第一膜座(110)之间夹设有金属材质的膜片(120)，两个所述第一膜座(110)边缘对焊连接以将所述膜片(120)固定，每个所述第一膜座(110)的外侧面为金属面，每个所述第一膜座(110)的内侧面分别设有镀膜电极，两个第一膜座(110)内侧面上的镀膜电极与膜片(120)分别形成了测量电容CH和测量电容CL；每个所述第一膜座(110)的镀膜电极分别连接有第一信号引线(170)，所述第一信号引线(170)分别密封穿出所述第一膜座(110)，每个所述第一膜座(110)与所述膜片(120)之间形成密封的感应腔(130)，其特征在于：
每个所述第一膜座(110)外分别设置有第二膜座(140)，所述第二膜座(140)与相应的所述第一膜座(110)外侧边缘密封固定连接，所述第二膜座(140)与相应的所述第一膜座(110)之间围成稳压腔(150)，所述稳压腔(150)与位于所述膜片(120)同侧的所述感应腔(130)连通；
测量电容CH和测量电容CL连接有第一信号处理及AD转换电路；
第一信号处理及AD转换电路连接有单片机；
所述单片机还连接有DA转换电路和HART调制解调电路，DA转换电路和HART调制解调电路连接有电压电流转换电路，单片机获取压力信号后经DA转换电路、HART调制解调电路和电压电流转换电路转换成相应的电流信号输出。
2.根据权利要求1所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述单片机采用采用PIC24FJ64GA306单片机；
所述DA转换电路设置有DAC8551数模转换芯片，DAC8551数模转换芯片的DA DIN端子、DA CLK端子、DA SYNC端子连接单片机获取压力信号；DAC8551数模转换芯片的第三管脚并接第四管脚作为DAC8551数模转换芯片的数据输出端DAC；
单片机的第二十七管脚和第二十八管脚分别连接HART调制解调电路的OCD端子和RST端子；
电压电流转换电路设置有电压跟随器U6A；电压跟随器U6A的输入端经电阻R14连接DAC8551数模转换芯片的数据输出端DAC；电压跟随器U6A的输出端经电阻R15连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地；
电容C11的一端还连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接电阻R19的一端，电阻R19的另一端经电容C13接地，电阻R19的另一端还经电阻R16连接电容C10的一端，电容C10的另一端连接HART调制解调电路的AOUT端子；电阻R19的另一端还连接集成运放U6B的同相输入端，集成运放U6B的反相输入端经电阻R20接地，集成运放U6B的反相输入端还经电容C14连接集成运放U6B的输出端，集成运放U6B的输出端经电阻R21连接NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的集电极经电容C15连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接NPN三极管Q1的基极，NPN三极管Q1的集电极还连接NPN三极管Q2的集电极；NPN三极管Q1的发射极连接NPN三极管Q2的基极；NPN三极管Q2的发射极经电阻R23接地，NPN三极管Q2的集电极还经电容C16接地，NPN三极管Q2的集电极还连接双向二极管D1的首端，双向二极管D1的公共端作为电压电流转换电路的第一输出端；
双向二极管D1的尾端连接有DC-DC转换电路，DC-DC转换电路设置有RS3007转换芯片，RS3007转换芯片的Vin端经电阻R39连接双向二极管D1的尾端；RS3007转换芯片的Vin端还经电容C31接地，RS3007转换芯片的Vout端连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端输出电压AVCC；RS3007转换芯片的Vout端还经电容C32接地；RS3007转换芯片的GND端接地；
电容C11和电阻R18的公共端连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端作为电压电流转换电路的第二输出端；
电阻R18与电阻R19的公共端连接电容C12的一端，电容C12的另一端连接电阻R17的另一端；电阻R17的另一端还经电阻R24接地，电压电流转换电路的第一输出端经电容C17连接电压电流转换电路的第二输出端；
电压电流转换电路的第一输出端还连接HART调制解调电路的AIN端子；
单片机的T端和R端分别连接SN74AHC解码器的2A端和1Y端；SN74AHC解码器的1A端和2Y端分别连接HART调制解调电路的DOUT端和DIN端。
3.根据权利要求1所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述第一信号处理及AD转换电路包括激励电路、第一积分器电路、第二积分器电路、第二ADG854模拟开关U3、第三ADG854模拟开关U4以及AD8277差动放大器U5，激励电路的PWM输入端、第二ADG854模拟开关U3的IN端、第三ADG854模拟开关U4的IN端用于连接单片机的PWM输出端获取PWM控制信号，激励电路的信号输出端组连接测量电容CH和测量电容CL给其施加激励信号，测量电容CH的输出端连接第一积分器电路的输入端，第一积分器电路的输出端VH连接第二ADG854模拟开关U3的信号输入端；测量电容CL的输出端连接第二积分器电路的输入端；第二积分器电路的输出端VL连接第三ADG854模拟开关U4的信号输入端，AD8277差动放大器U5的信号输入端组与第二ADG854模拟开关U3的信号输出端组、第三ADG854模拟开关U4的信号输出端组连接，AD8277差动放大器U5的信号输出端组连接模数转换芯片。
4.根据权利要求3所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述激励电路设置有第一ADG854模拟开关U1；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第七管脚后连接+2.5V电源；第一ADG854模拟开关U1的第一管脚还经电容C1接地；
第一ADG854模拟开关U1的第三管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第九管脚后接地；
第一ADG854模拟开关U1的第四管脚并接第一ADG854模拟开关U1的第五管脚后作为激励电路的PWM输入端；
第一ADG854模拟开关U1的第六管脚连接5V直流电源，第一ADG854模拟开关U1的第十管脚接地；第一ADG854模拟开关U1的第六管脚还经电容C15连接第一ADG854模拟开关U1的第十管脚；
第一ADG854模拟开关U1的第二管脚连接膜片(120)；
高压侧的感应腔(130)对应的第一膜座(110)内侧面上的镀膜电极H经电容C2连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚；低压侧的感应腔(130)对应的第一膜座(110)内侧面上的镀膜电极L经电容C3连接第一ADG854模拟开关U1的第八管脚。
5.根据权利要求4所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述第一积分器电路包括第一集成运放U2A；镀膜电极H经电阻R1连接第一集成运放U2A的反相输入端，第一集成运放U2A的同相输入端连接有+2.5V电源，第一集成运放U2A的反相输入端经电容C4连接集成运放U2A的输出端VH；电容C4并联有电阻R2；
第二积分器电路与第一积分器电路的电路结构相同；第二积分器电路的输入端连接镀膜电极L。
6.根据权利要求3所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述第一积分器电路的输出端VH连接第二ADG854模拟开关U3的第一管脚，第二ADG854模拟开关U3的第一管脚并接第二ADG854模拟开关U3的第七管脚；第二ADG854模拟开关U3的第三管脚连接+2.5V电源，第二ADG854模拟开关U3的第九管脚连接+2.5V电源，第二ADG854模拟开关U3的第四管脚并接第二ADG854模拟开关U3的第五管脚后作为第二ADG854模拟开关U3的IN端；第二ADG854模拟开关U3的第六管脚连接5V直流电源，第二ADG854模拟开关U3的第十管脚接地；第二ADG854模拟开关U3的第六管脚还经电容C17连接第二ADG854模拟开关U3的第十管脚；
第三ADG854模拟开关U4与第二ADG854模拟开关U3的电路结构相同；
第三ADG854模拟开关U4的第一管脚连接第二积分器电路的输出端VL；
AD8277差动放大器U5的端子INA-与端子INA+分别与第二ADG854模拟开关U3的第二管脚和第八管脚相连接；
AD8277差动放大器U5的端子INB-与端子INB+分别与第三ADG854模拟开关U4的第二管脚和第八管脚相连接；
AD8277差动放大器U5的端子VS+连接5V直流电源，AD8277差动放大器U5的端子VS+还经电容C19连接AD8277差动放大器U5的端子VS-；AD8277差动放大器U5的端子VS-并接AD8277差动放大器U5的端子REFB后接地；
AD8277差动放大器U5的端子SENSEA并接AD8277差动放大器U5的端子OUTA后连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接单片机；电阻R5的另一端还经电容C6接地，AD8277差动放大器U5的端子REFA接地；电阻R5的另一端作为第一信号处理及AD转换电路的第一输出端VH0；
AD8277差动放大器U5的端子SENSEB并接AD8277差动放大器U5的端子OUTB后连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接单片机；电阻R6的另一端还经电容C7接地；电阻R6的另一端作为第一信号处理及AD转换电路的第二输出端VL0。
7.根据权利要求1所述的具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：
所述第二膜座(140)的内侧面也设有镀膜电极，该镀膜电极与相应的所述第一膜座(110)外侧的金属面正对以形成补偿电容，所述第二膜座(140)内侧面上的所述镀膜电极连接有第二信号引线(180)，所述第二信号引线(180)密封穿出所述第二膜座(140)。
8.根据权利要求7所述的一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述第二膜座(140)的结构与所述第一膜座(110)相同；
所述第一膜座(110)朝向所述膜片(120)一侧开有凹槽，所述第二膜座(140)上的凹槽朝向相应的所述第一膜座(110)外侧面；
所述凹槽内壁上设有所述镀膜电极；
所述第一信号引线(170)或第二信号引线(180)与相应所述镀膜电极的连接点靠近对应所述凹槽的边缘。
9.根据权利要求8所述的一种具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器，其特征在于：所述第一膜座(110)包括玻璃材质的内圆盘(111)和金属材质的外圆盘(112)，所述内圆盘(111)的内侧面上开设有所述凹槽，所述内圆盘(111)与所述外圆盘(112)熔结，所述内圆盘(111)的外侧面和边缘被所述外圆盘(112)覆盖；
两个所述第一膜座(110)的外圆盘(112)的边缘夹持所述膜片(120)并焊接连接；
所述内圆盘(111)局部向外延伸出所述外圆盘(112)的外壁圆周面，从而形成延伸块(113)，所述第一信号引线(170)从所述内圆盘(111)内向外经所述延伸块(113)引出；
每个所述感应腔(130)分别连接有引压管(160)，所述引压管(160)包括直管(161)和弯管(162)；
所述直管(161)穿设在所述第一膜座(110)中心，该直管(161)的两端分别开口于所述第一膜座(110)的内圆盘(111)的凹槽槽底面和第一膜座(110)的外圆盘(112)外侧面，该直管(161)管壁与所述第一膜座(110)的内圆盘(111)和第一膜座(110)的外圆盘(112)密封；
所述第二膜座(140)中心穿设有弯管(162)，该弯管(162)的内端开口于所述第二膜座(140)的凹槽槽底面，该弯管(162)的内端与所述直管(161)的外端正对，该弯管(162)的外端向外穿出所述第二膜座(140)，该弯管(162)的外壁与所述第二膜座(140)密封；
两个第一膜座(110)、二者之间的膜片(120)以及两个第二膜座(140)形成圆柱状的差压传感器模块(100)，该差压传感器模块(100)下方设置有引压座(200)；所述引压座(200)上对应两个所述引压管(160)分别开设有引压通道(210)，两个所述引压通道(210)的上端均开口于引压座(200)上表面，两个所述引压通道(210)的下端分别开口于引压座(200)的一对相对侧壁上，所述引压通道(210)的下端开口为喇叭口，每个喇叭口上密封覆盖有弹性的隔离膜片(220)；两个所述引压通道(210)的上端口分别位于两个第二膜座(140)外，在所述引压座(200)上对应两个所述引压通道(210)的上端分别一体成型有引压管插座；引压管(160)插设在相应的引压管插座内。
CN202123126030.1U 2021-12-13 2021-12-13 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器 Active CN216717485U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202123126030.1U CN216717485U (zh) 2021-12-13 2021-12-13 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202123126030.1U CN216717485U (zh) 2021-12-13 2021-12-13 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN216717485U true CN216717485U (zh) 2022-06-10

Family

ID=81882735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202123126030.1U Active CN216717485U (zh) 2021-12-13 2021-12-13 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN216717485U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8234927B2 (en) Differential pressure sensor with line pressure measurement
US7765875B2 (en) High temperature capacitive static/dynamic pressure sensors
US20020178827A1 (en) Sigma-delta analog to digital converter for process transmitter
US4366716A (en) Pressure transducer
CN110553763B (zh) 一种共平面悬浮式全隔离传感器
CN103454036B (zh) 具有模拟通信的过程变量变送器系统
CN216717485U (zh) 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器
CN216925671U (zh) 一种悬浮式差压信号检测装置及仪表
CN216717484U (zh) 具有补偿功能的差压变送器的信号采集装置
US4172387A (en) Pressure responsive apparatus
CN114413977A (zh) 具有电流信号输出功能的悬浮式差压变送器
CN114396980A (zh) 具有补偿功能的悬浮式差压变送器及其控制方法
CN114396979A (zh) 一种悬浮式差压信号检测装置及仪表
CN114413978A (zh) 具有补偿功能的差压变送器的信号采集装置
CN201653635U (zh) 用于气体检测专用微差压压力变送器
CN212082693U (zh) 一种具有压力远传功能的一体式压力传感器
JPS6038634A (ja) 工業プロセス流体用の静圧変動補償付き差圧伝送器
CN112798174A (zh) 高精度核级压力变送器
CN207019831U (zh) 一种智能变送器
CN216717671U (zh) 多电极压力传感器
CN216717670U (zh) 电容直联式压力检测传感器
CN105115565A (zh) 一种液体测量变送器
CN216717667U (zh) 一种螺纹连接式压力传感器
CN217111244U (zh) 核级压力变送器
JPS6236087Y2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant