專(zhuān)利名稱(chēng)：電容式壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)，特別是涉及一種電容式壓力變送器及使用所述電容式壓力變送器的壓力傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，非物理量的測(cè)量與控制技術(shù)，已越來(lái)越廣地應(yīng)用于航天、航空、交通運(yùn)輸、冶金、機(jī)械制造、石油、輕工、技術(shù)監(jiān)督與測(cè)試等技術(shù)領(lǐng)域。在生產(chǎn)過(guò)程中需要采集生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)變量包括壓力、溫度和流量等，此后通過(guò)將這些數(shù)據(jù)傳回中央控制進(jìn)行處理，進(jìn)而調(diào)節(jié)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)優(yōu)化整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。但是零位偏差和漂移是目前所有檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程的非物理量的傳感器都待解決的技術(shù)難題。尤其是目前常規(guī)的壓力變送器依舊是采用現(xiàn)場(chǎng)手工調(diào)整的方式，但是這種通過(guò)調(diào)零旋鈕等旋鈕進(jìn)行零位或滿(mǎn)度重新標(biāo)定的方式調(diào)節(jié)極不方便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且旋鈕本身也極易損壞。而且由于目前業(yè)界常用的壓力變送器在產(chǎn)品安裝后必須通過(guò)效驗(yàn)設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行效驗(yàn)，而效驗(yàn)時(shí)需要耗費(fèi)大量的人力、時(shí)間以及需要昂貴的效驗(yàn)設(shè)備，因而這種重新標(biāo)定的方式極大的延長(zhǎng)了生產(chǎn)線的調(diào)試時(shí)間，更加不利于提高生產(chǎn)效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)手工調(diào)整壓力變送器的零位和滿(mǎn)度的缺陷，提供一種電容式壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)，通過(guò)通訊模塊和MCU的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定的功能。本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的本實(shí)用新型提供了一種電容式壓力變送器，其特點(diǎn)是，所述電容式壓力變送器包括一電容差壓傳感器、一解調(diào)器、一 MCU (微控制器)和一通信模塊；所述電容差壓傳感器、解調(diào)器、MCU和通信模塊依次電連接；所述解調(diào)器為用于將所述電容差壓傳感器生成的電容差值轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)的解調(diào)器；所述MCU為用于將所述解調(diào)器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)的MCU ;所述MCU還為基于所述通信模塊接收的零壓指令或滿(mǎn)壓指令，記錄所述通信模塊接收到所述零壓指令或滿(mǎn)壓指令時(shí)所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)的MCU。本實(shí)用新型中所述零壓指令是指在電容差壓傳感器所受壓力為零時(shí)，讓所述MCU采集經(jīng)過(guò)解調(diào)器和MCU轉(zhuǎn)換后表征此時(shí)所述電容差壓傳感器的電容差值的數(shù)字電壓信號(hào)。同理，所述滿(mǎn)壓指令是指在電容差壓傳感器所受壓力滿(mǎn)量程時(shí)，讓所述MCU采集經(jīng)過(guò)解調(diào)器和MCU轉(zhuǎn)換后表征此時(shí)所述電容差壓傳感器的電容差值的數(shù)字電壓信號(hào)。本實(shí)用新型的MCU可以是任意型號(hào)的具有上述轉(zhuǎn)化信號(hào)以及接收零壓指令和滿(mǎn)壓指令的MCU。本實(shí)用新型的電容差壓傳感器為現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)電壓的差值來(lái)表征壓力變化的傳感器，所以此處不再詳細(xì)贅述。本實(shí)用新型中利用通信模塊接收外部的零壓指令或滿(mǎn)壓指令，從而控制所述MCU采集所述電容差壓傳感器對(duì)應(yīng)于零點(diǎn)壓力或滿(mǎn)程壓力的數(shù)字電壓信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定和自動(dòng)標(biāo)定。較佳地，所述電容式壓力變送器還包括用于檢測(cè)所述電容差壓傳感器所處環(huán)境的溫度的一溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述MCU電連接；所述MCU還為基于所述溫度校準(zhǔn)補(bǔ)償所述數(shù)字電壓信號(hào)的MCU。本實(shí)用新型中利用現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償技術(shù)，基于電容差壓傳感器所處環(huán)境的溫度對(duì)所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，從而避免MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)的溫度漂移的偏差。較佳地，所述解調(diào)器與一振蕩器電連接，并獲得所述振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)單獨(dú)為所述解調(diào)器提供時(shí)鐘信號(hào)，從而便于控制解調(diào)器將電容差值轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，例如可以提高時(shí)鐘信號(hào)來(lái)提高解調(diào)器轉(zhuǎn)換的精度等。優(yōu)選地，所述振蕩器為時(shí)鐘信號(hào)為30KHz的振蕩器。本實(shí)用新型中所述振蕩器可以是任意的能夠產(chǎn)生30KHz信號(hào)的振蕩器結(jié)構(gòu)。較佳地，所述電容式壓力變送器還包括一將所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的電流轉(zhuǎn)換單元，所述電流轉(zhuǎn)換單元與所述MCU電連接。本實(shí)用新型中還通過(guò)電壓電流轉(zhuǎn)換來(lái)為特定的應(yīng)用等提供表征電容差值的電流信號(hào)。優(yōu)選地，所述電流轉(zhuǎn)換單元為一 ADI (亞德諾半導(dǎo)體)公司的AD421芯片。AD421芯片是一款完整的環(huán)路供電的4_20mA供電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，專(zhuān)為滿(mǎn)足工業(yè)控制領(lǐng)域智能發(fā)射器制造商的需求而設(shè)計(jì)。它提供一種高精度、全集成、低成本解決方案，采用緊湊型16引腳封裝。AD421芯片特別適合擴(kuò)展4_20mA智能發(fā)射器的分辨率，而且成本極低。AD421芯片內(nèi)置一個(gè)可選調(diào)節(jié)器，用于為自身及發(fā)射器中的其它器件供電。此調(diào)節(jié)器可提供+5V、+3. 3V或+3V調(diào)節(jié)輸出電壓。AD421芯片還內(nèi)置+1. 25V和+2. 5V精密基準(zhǔn)電壓源。因此，AD421芯片不需要分立式調(diào)節(jié)器和基準(zhǔn)電壓源，所以本實(shí)用新型中利用所述AD421芯片可以簡(jiǎn)化整個(gè)電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)。較佳地，所述通信模塊為HART(Highway Addressable RemoteTransducer,可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議)通信模塊。HART協(xié)議采用基于Be 11202標(biāo)準(zhǔn)(貝爾實(shí)驗(yàn)室一種私有的調(diào)制解調(diào)器接口)的FSK(頻移鍵控)信號(hào)，在低頻的模擬信號(hào)上疊加音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。本實(shí)用新型還提供了一種壓力傳感系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述壓力傳感系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)如上所述的電容式壓力變送器和一終端，所述終端與各個(gè)所述電容式壓力變送器電連接，所述終端為用于為各個(gè)電容式壓力變送器提供零壓指令或滿(mǎn)壓指令的終端。本實(shí)用新型的電容式壓力變送器可以通過(guò)終端來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、統(tǒng)一的控制，提高了電容式壓力變送器的量程調(diào)節(jié)、溫度補(bǔ)償?shù)日{(diào)節(jié)效率。本實(shí)用新型的終端可以是任何的具有提供零壓指令或滿(mǎn)壓指令的功能的終端。較佳地，所述終端為計(jì)算機(jī)或PLC (可編程序邏輯控制器)。在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本實(shí)用新型各較佳實(shí)例。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于本實(shí)用新型的電容式壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)通過(guò)通訊模塊和MCU的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定的功能。而且本實(shí)用新型中在HART通信模塊和MCU基礎(chǔ)上集合了溫度補(bǔ)償相關(guān)的軟硬件，就可以完成電容式差壓變送器的零位和滿(mǎn)度的校準(zhǔn)溫度補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定。同時(shí)本實(shí)用新型還可以將表征電容差值變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，便于后續(xù)特定部件或裝置的使用。

圖1為本實(shí)用新型的實(shí)施例1的電容式壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，但并不因此將本實(shí)用新型限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1本實(shí)施例的壓力傳感系統(tǒng)包括一個(gè)電容式壓力變送器和一計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)為所述電容式壓力變送器提供零壓指令或滿(mǎn)壓指令。具體地說(shuō)，如圖1所示，本實(shí)施例的電容式壓力變送器包括一電容差壓傳感器1、一解調(diào)器2、一 MCU3、一 HART通信模塊4、AD421芯片5、一溫度傳感器6和一振蕩器7。其中所述解調(diào)器2用于將所述電容差壓傳感器I生成的電容差值轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)；所述MCU3用于將所述解調(diào)器2輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)。所述MCU3還基于所述HART通信模塊4接收的零壓指令或滿(mǎn)壓指令記錄其接收到所述零壓指令或滿(mǎn)壓指令時(shí)，所述MCU3輸出的數(shù)字電壓信號(hào)。其中所述MCU3只需要接收HART通信模塊4通過(guò)串口傳來(lái)的數(shù)據(jù)和指令，例如采集當(dāng)前零的壓力對(duì)應(yīng)的數(shù)字電壓信號(hào)等，這個(gè)HART協(xié)議接收處理是由所述HART通信模塊4來(lái)完成的，通過(guò)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)于所述AD421芯片5的4-20mA上的FSK信號(hào)，并把包含在FSK信號(hào)里的信息過(guò)濾出來(lái)，并通過(guò)串口發(fā)送給所述MCU3。所述溫度傳感器6用于檢測(cè)所述電容差壓傳感器I所處環(huán)境的溫度。所述MCU3還基于所述溫度校準(zhǔn)補(bǔ)償其輸出的所述數(shù)字電壓信號(hào)。本實(shí)施例中所述解調(diào)器2從所述振蕩器7獲得30KHz的時(shí)鐘信號(hào)。所述AD421芯片5為環(huán)路供電的4-20mA供電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，用于將所述MCU3輸出的數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。[0045]本實(shí)施例的電容式壓力變送器的工作原理是當(dāng)電容差壓傳感器I檢測(cè)到壓力時(shí)，對(duì)應(yīng)的電容差壓傳感器I的電容也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，同時(shí)所述振蕩器7產(chǎn)生的30KHz的供給所述解調(diào)器2，所述解調(diào)器2把電容變化的量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，所述模擬電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)所述MCU3的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字電壓信號(hào)。同時(shí)所述MCU3基于所述溫度傳感器6采集的電容差壓傳感器I的溫度狀態(tài)，對(duì)所述數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，然后輸出到所述AD421芯片5，所述AD421芯片5把數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流范圍在4-20mA之間的電流信號(hào)輸出。本實(shí)施例的壓力傳感系統(tǒng)中對(duì)電容式壓力變送器調(diào)整的工作原理如下首先如上所述，所述電容式壓力變送器處于正常工作狀態(tài)。然后，在保證電容差壓傳感器I上實(shí)際壓力為零時(shí)，所述計(jì)算機(jī)向所述電容式壓力變送器提供零壓指令。此時(shí)所述MCU3實(shí)時(shí)檢測(cè)是否所述HART通信模塊4接收到指令。此后，當(dāng)所述MCU3在確定所述HART通信模塊4接收到零壓指令后，所述MCU3記錄，其在所述HART通信模塊4接收到零壓指令時(shí)輸出的數(shù)字電壓信號(hào)，并將其作為零點(diǎn)電壓信號(hào)，進(jìn)而作為以后壓力檢測(cè)時(shí)的零點(diǎn)校正值。最后，還可以基于溫度傳感器6在此時(shí)檢測(cè)的溫度對(duì)所述零點(diǎn)電壓信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而進(jìn)一步地減少誤差。同理，在保證電容差壓傳感器I上實(shí)際壓力為所述電容差壓傳感器I最大可測(cè)量壓力時(shí)，所述計(jì)算機(jī)向所述電容式壓力變送器提供滿(mǎn)壓指令。此后同樣按照上述的確定零點(diǎn)電壓信號(hào)的流程，確定此時(shí)的滿(mǎn)度電壓信號(hào)，并作為以后壓力檢測(cè)時(shí)的滿(mǎn)度校正值。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電容式壓力變送器,其特征在于,所述電容式壓力變送器包括一電容差壓傳感器、一解調(diào)器、一 MCU和一通信模塊；所述電容差壓傳感器、解調(diào)器、MCU和通信模塊依次電連接； 所述解調(diào)器為用于將所述電容差壓傳感器生成的電容差值轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)的解調(diào)器；所述MCU為用于將所述解調(diào)器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)的MCU ； 所述MCU還為基于所述通信模塊接收的零壓指令或滿(mǎn)壓指令，記錄所述通信模塊接收到所述零壓指令或滿(mǎn)壓指令時(shí)所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)的MCU。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述電容式壓力變送器還包括用于檢測(cè)所述電容差壓傳感器所處環(huán)境的溫度的一溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述MCU電連接；所述MCU還為基于所述溫度校準(zhǔn)補(bǔ)償所述數(shù)字電壓信號(hào)的MCU。
3.如權(quán)利要求1所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述電容式壓力變送器還包括一將所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的電流轉(zhuǎn)換單元，所述電流轉(zhuǎn)換單元與所述MCU電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述電流轉(zhuǎn)換單元為一ADI公司的AD421芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述解調(diào)器與一振蕩器電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述振蕩器為時(shí)鐘信號(hào)為30KHz的振蕩器。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的電容式壓力變送器，其特征在于，所述通信模塊為HART通信模塊。
8.—種壓力傳感系統(tǒng),其特征在于，所述壓力傳感系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的電容式壓 力變送器和一終端，所述終端與各個(gè)所述電容式壓力變送器電連接，所述終端為用于為各個(gè)電容式壓力變送器提供零壓指令或滿(mǎn)壓指令的終端。
9.如權(quán)利要求8所述的壓力傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述終端為計(jì)算機(jī)或PLC。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電容式壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)，所述電容式壓力變送器包括一電容差壓傳感器、一解調(diào)器、一MCU和一通信模塊；所述解調(diào)器用于將所述電容差壓傳感器生成的電容差值轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)；所述MCU用于將所述解調(diào)器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字電壓信號(hào)；所述MCU還基于所述通信模塊接收的零壓指令或滿(mǎn)壓指令，記錄所述通信模塊接收到所述零壓指令或滿(mǎn)壓指令時(shí)所述MCU輸出的數(shù)字電壓信號(hào)。本實(shí)用新型還提供了一種使用所述電容式壓力變送器的壓力傳感系統(tǒng)。本實(shí)用新型的電容式壓力變送器及壓力傳感系統(tǒng)通過(guò)通訊模塊和MCU的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程標(biāo)定的功能。
文檔編號(hào)G01L27/00GK202916037SQ20122061040
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李鳳奎, 伍正輝 申請(qǐng)人:上海朝輝壓力儀器有限公司