TWI262298B - Pressure transmitter with power cycled hall effect sensor - Google Patents
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Description
(2) 1262298 ' 發明之省電特徵無須被限制在使用一霍爾效應裝置,而是 亦可被亦應用於將其他的結構用來感測移動之實施例。亦 可將該電源電路用於需要有小平均電流的其他應用。 使用一霍爾效應感測器及一磁鐵時,可在實體上隔離 壓力轉換器的機械組件及電氣組件,這是因爲可以該磁鐵 與該霍爾效應感測器間之材料使兩者之間的相互作用發 生。較佳實施例示出以一壁將壓差感測器中之流體以及機 % 械樑及磁鐵與其中包括霍爾效應感測器的電子部分隔離。 許多壓力傳送器的應用使用4至 2 0毫安的電流環 路來操作。在此種情形中,該4至 20毫安的電流環路 同時提供了裝置的電源、以及控制信號的信號路徑。該等 應用所用的大部分之電流環路都被指定在1 0至3 0伏 特之間的供應電壓下運作。由於該供應電壓及電流的限 制,該壓力傳送器應可在等於可用的最低功率或4毫安 X 10伏特 =40毫瓦的一功率位準下作業。換言之,因 % 爲可用功率可能隨著電流信號的變動而變動’且可能隨著 不同的應用而變動’所以可信賴的最大功率量是40毫 瓦。因此,縱使在某些應用中可使用較高的功率量’但是 該裝置必須能在上述的可信賴的最大功率量下工作。 由於目前可取得的大部分之霍爾效應裝置耗用大於 4 〇毫瓦的功率,因而產生了 一問題。例如,Micronas 供應的霍爾效應裝置HAL 8 0 5及HAL810必須在最低 " 45伏特下至少有 10毫安的電流才能供工作。因而爲 了進行作業,最小的功率負載爲耄安X 4.5伏特 = -5- (3) 1262298 ^ 45耄瓦。在此種功率要求下,不只是沒有多餘的功率來 / 運作該傳送器的其餘部分,而且也沒有足夠的功率來運作 霍爾效應感測器本身。
可輪流地將電源供應到霍爾效應感測器,進行一量 測’然後在一延長的時間間隔中移開該電源,而解決該問 題。在此種方式下,要調整霍爾效應感測器的作用週期。 不需要持續地監視該轉換器的膜片或機械樑的位置。在大 ^ 部分的應用中,可在大部分的時間中關閉霍爾效應感測 器,因而節省可觀的功率量。在典型的應用中,可將該感 測器的作用週期設定在1 : 2至1 : 1 〇 〇間之任何位 置’但是在這些數字以外的其他範圍也是可能的。雖然其 他的範圍是可能的,但是仍然必須滿足該感測器的平均電 流汲取及突波電流的限制。在某些實施例中,使用者可選 擇性地改變施加功率的作用週期或期間。此種選擇電路可 包含一多位置開關、或可讓使用者自複數個定時電路中進 I行選擇的其他結構。 在諸如由 Micronas供應的 HAL810等的整合式半 導體感測器之情形中,可在大約4 0毫秒的時間中開啓 該感測器,並進行穩定的讀取。如果每隔 4 0 0毫秒進行 一次讀取,則該感測器的平均功率需求可減少至十分之 . 一。此即意指霍爾效應感測器在4.5伏特下只汲取1毫 安的平均電流,而使該感測器的平均功率汲取減少至 4.5 毫瓦。這是在一電流環路的情形中可被傳送到該感測器的 功率量。其餘大約 3 5毫瓦的可用功率可被用來操作傳 -6 - (4) 1262298 ' 送器的其餘部分。 ^ 同樣地’可根據大部分其他的霍爾效應感測器之功率 汲取以及啓動及穩定時間,而訂出可接受的作用週期。爲 了實現功率降低’霍爾效應感測器需要一種可以平均之方 式自4至20毫安的電流環路汲取能量並以尖峰之方式 將霍爾效應感測器所需的能量傳送到該感測器之適用的電 源供應器。如在替代實施例中所述的,係將一低通濾波器 % 用來自電流環路汲取電力,並在將該電力提供給霍爾效應 感測器之前儲存該電力。熟習此項技術者當可了解,本發 明所述的電源供應器只是可符合前文所述之目的的許多電 源供應器中之一種電源供應器。 【發明內容】 所揭示的本發明是一種將一霍爾效應感測器用來偵測 轉換器的膜片的位移之壓力轉換器。該壓力轉換器包含一 ^ 電源供應器,用以自一 4至 2 0毫安的電流環路汲取電 流,並在4毫安或更小的平均率下將電流傳送到該霍爾效 應感測器。 【實施方式】 請參閱圖1,壓力轉換器(1 〇 )被隔離的室或空間: 在膜片(20)之上的一上壓力室(15)、在膜片(20)之 ^ 下的一下壓力室(16)、以及在上壓力室(15)之上的一 獨立之電子裝置室(17)。該可撓膜片(20)將上壓力室 1262298
可了解’不需要將霍爾效應感測器(40 )置於電子裝置室 C 1 7 ),而是可將霍爾效應感測器(40 )置於與樑(3 〇 ) 或磁鐵(35)相同的室。並不一定需要一獨立的電子裝置 室’而是可配合兩室的轉換器而使用霍爾效應感測器 (40)、磁鐵(3 5 )、以及本發明所述之電源供應器。因 此’熟習此項技術者當可了解,亦可將霍爾效應感測器 (40 )置於下壓力室(16 )中。
因爲霍爾效應感測器(40 )並不與樑(30 )或磁鐵 (3 5 )直接接觸,所以可將一室壁(5 0 )置於霍爾效應感 測器(40 )與樑(30 )或磁鐵(35 )之間。如該較佳實施 例所示的,在電子裝置室(17)與上壓力室(15)之間界 定了分隔物的壁(50 )將霍爾效應感測器(40 )與磁鐵 (3 5 )隔離。在此種配置下,該轉換器的電子部分係與被 監視的流體隔離。熟習此項技術者將可自本發明的揭示而
了解:可取消電子裝置室(17),並可將其中包括霍爾效 應感測器(40)的電子部分設於用來界定上壓力室(15) 及下壓力室(16)的外邊界的外殻之外。然而,將電子部 分置於一獨立的室將可使其不受環境因素的影響,且是一 種較佳之方式。 在該較佳實施例中,電子裝置室(17)包含被定位成 在磁性上被耦合到磁鐵(3 5 )之霍爾效應感測器(40 )。 霍爾效應感測器(40 )包含導線或其他電子路徑(47 ), 用以將該霍爾效應感測器連接到適當的電子電路,以便顯 示壓力資訊,或將壓力資訊傳送到控制電子部分。熟習此 1262298
毫安的電流環路汲取的電流平滑的其他供應電源配置也是 … 可行的。 當對霍爾效應感測器(40 )供電時,霍爾效應感測器 (40 )將一信號提供給導線 W3。該信號可以是一電壓響 應,或者,該信號最好是一脈寬調變的電壓信號。該類型 的信號將取決於感測器(4 0 )的輸出。在其他的實施例 中,該信號可以是一電流信號或其他的資料流。在基於電 % 壓的信號之情形中,然後將該信號傳送到一傳送器,以便 將該信號轉換爲可在電流環路中傳輸之一電流信號。 圖3示出本發明中被用來作爲一指標顯示儀器的一 部分。儀器(60 )包含一指標(70 ),該指標(70 )係回 應C形磁鐵(72 )在螺旋狀物(71 )上感應的一力而移 動。C形磁鐵(72 )被安裝到一板片彈簧(75 )的一末 端,而夾具(77 )固定板片彈簧(75 )的另一末端。柱 (79 )將板片彈簧(75 )耦合到膜片(圖中未示出),而 % 可讓板片彈簧(75 )及C形磁鐵(72 )隨著該膜片被施加 在該膜片的壓差位移而移動。當C形磁鐵(72)移動時’ 該 C形磁鐵在磁性上與螺旋狀物(7 1 )相互作用,而使 指標(7 0 )移動。 將一霍爾效應感測器放置成使該霍爾效應感測器在磁 性上被耦合到C形磁鐵(72 ) ’因而產生與該C形磁鐵 的移動對應之一電信號。在替代實施例中’可將一獨立的 磁鐵(80 )放置到指標(70 )上或耦合到板片彈簧 (7 5 )。將霍爾效應感測器(8 5 )放置在接近磁鐵(8 0 ) -12- (10) 1262298 之處,以便在該磁鐵移動時產生一信號。 使用該配置時,相同的樑偏斜同時控制該指標及傳送 器,且係在不會增加該指標或該傳送器輸出的不精確度之 情形下進行對以上兩者的控制。此種方式可在只有最少的 額外零件之情形下,將傳送器的功能加入現有的指標顯示 設計中。因此,可以與本說明書所述的一般觀念一致之方 式,配合多種指示器而使用本說明書所述之本發明。
【圖式簡單說明】 圖1是設有一霍爾效應感測器的一個三室壓力轉換器 之一斷面圖。 圖2是一霍爾效應裝置電源供應器的較佳實施例之一 電氣示意圖。 圖3是示出將一霍爾效應感測器及磁鐵定位在一指標 顯示儀器上之一透視圖。
【主要元件符號說明】 10 壓力轉換器 15 上壓力室 20 膜片 16 下壓力室 17 電子裝置室 25A,25B 進出口 30 樑 -13- (11)1262298
3 1,79 柱 35,80 磁鐵 40,85 霍爾效應感測器 50 室壁 90 電源供應器 100 低通濾波器 110 啓動電流 120 放電電路 60 指標顯示儀器 70 指標 7 1 螺旋狀物 72 C形磁鐵 75 板片彈簧 77 夾具
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Claims (1)
- (1) 1262298 十、申請專利範圍 —· 1 · 一種用來監視流體的壓力之壓力轉換器,包含: 一外殼’該外殼包含一第一空間及第二空間,該等空 間被一膜片隔離,每一空間具有一口,用以使該空間暴露 於一各別的壓力; 被耦合到該膜片的一磁鐵;以及磁性地耦合於該磁鐵的霍爾效應感測器,該霍爾效應 ^ 感測器產生與該膜片的位移相關之一電信號。 2.如申請專利範圍第1項之壓力轉換器,其中該霍爾 效應感測器係位於用來裝入該磁鐵的該空間之外。 3 ·如申請專利範圍第2項之壓力轉換器,包含一第三 空間,該第三空間係位於鄰近該第二空間之處,該第二空 間裝入該磁鐵,且該第三空間裝入該霍爾效應感測器。 4.如申請專利範圍第3項之壓力轉換器,其中該第三 空間裝入用來對該霍爾效應感測器供電的電子部分。5 .如申請專利範圍第4項之壓力轉換器,其中該電子 部分間歇地供電給該霍爾效應感測器。 6 . —種壓力轉換器,包含: 一外殻,該外殼具有一第一室及一第二室; 一膜片,該膜片形成該等室之間的一壁; 被耦合到該膜片的一磁鐵; 一霍爾效應感測器’該霍爾效應感測器被定位在接近 該磁鐵之處,以便回應該磁鐵所產生的磁通而產生一信-15- (2) 1262298 用來供電給該霍爾效應感測器的一電子電路,該電子 電路係在電性上被連接成自一 4至20毫安的電流環路汲 取電力。 7 .如申請專利範圍第6項之壓力轉換器,其中該電子 電路週期性地供電給該霍爾效應感測器。 8 ·如申請專利範圍第6項之壓力轉換器,其中係在 400毫秒的一週期下週期性地供電給該霍爾效應感測器。9.如申請專利範圍第6項之壓力轉換器,其中該電子 電路包含位於該電流環路與該霍爾效應感測器之間的一低 通濾波器。 1 〇 .如申請專利範圔第9項之壓力轉換器,進一步包 含在電性上被連接到該低通濾波器與該電流環路之間的一 穩壓器。1 1 .如申請專利範圍第6項之壓力轉換器,其中該電 子電路包含用來在一啓動値與一工作値之間改變電阻値之 -電路。 1 2 .如申請專利範圍第6項之壓力轉換器,其中該電 子電路選擇性地供電給該霍爾效應感測器,以便自該電流 環路汲取4毫安或更小的平均電流。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之壓力轉換器,其中該電 子電路包含在啓動時的一第一電阻、以及在供電給該霍爾 效應感測器期間的一第二電阻。 14.一種回應一壓差而產生一電信號之方法,包含下 列步驟: -16- (3) 1262298 提供一外殼,該外殻具有用來容納在壓力下的+流體 之兩室,且該等室被一膜片隔離; 提供被耦合到該膜片的一磁鐵; 在接近該磁鐵之處提供一霍爾效應感測器’使該磁鐵 的磁場在該感測器中產生一電壓響應;以及 監視該感測器的電壓響應,以便決定該膜片的位置。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之方法,進一步包含下列提供不小於4毫安的一電流環路,用以供電給該霍爾 效應感測器。 ! 6 .如申請專利範圍第1 5項之方法,進一步包含下列 步驟: 將該霍爾效應感測器的該電壓響應轉換爲一電流 號,並在該電流環路中傳輸該電流信號。 1 7. —種自一程序控制電流環路汲取電力之裝置’ & %含: 一感測器;以及 在電性上被連接到該電流環路的一低通濾波器^ 感測器自該低通濾波器接收電流。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之裝置’進一步包含在謹 性上被連接到該電流環路與該低通濾波器之間的一啓動儀 路,而啓動電流限制了該低通濾波器的電流汲取。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之裝置’其中該感測器參 一霍爾效應感測器,該霍爾效應感測器產生與磁通(不參 -17- (4) 1262298 1 — 一電壓,而是一脈寬調變信號)成正比的一信號,該信號 可以是電流、電壓、脈寬信號、或序列資料流等的信號。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 9項之裝置,進一步包含一傳 送器,用以將該信號轉換爲該電流環路中之一電流信號。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項之裝置,進一步包含一穩 壓器,用以提供一參考電壓。 2 2 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置,其中該低通濾波 器自該電流環路汲取4毫安或更小的電流。 23. 如申請專利範圍第22項之裝置’其中該感測器具 有可在1: 2至1: 100的範圍內選擇之一可選擇的作用週 期。 24. 如申請專利範圍第22項之裝置’其中該感測器具 有1 : 9的作用週期。-18-
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