一種電容式微差壓智能變送器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及自動化儀表領域，特別是一種電容式微差壓智能變送器。
【背景技術】
[0002]壓力測量工業(yè)中最基本的測量量之一。隨著工業(yè)水平的發(fā)展，新的制造技術，材料技術，微電子技術，信息技術的壓力傳感器技術突飛猛進，壓力傳感器由最原始的彈簧管式、膜片式、隔膜式表發(fā)展到電阻應變式、電容式、壓電式、擴散硅壓阻式等。根據(jù)不同特性的傳感器，發(fā)展成了各種壓力變送器。同時按照不同被測壓力源，壓力變送器又可分為絕對壓力變送器，高靜壓變送器，低、中、高差壓變送器，微差壓變送器等。在化工、石油、冶金、電站等主要以電容式變送器為主。隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的場合需要測量液體、氣體和蒸汽、液位等的微小壓力參數(shù)。傳統(tǒng)的智能壓力變送器不能很好的滿足壓力測量上的要求，因此，需要設計高精度的微差壓變送器，來滿足微小壓力的測量。目前國內的微差壓變送器相關設計主要采用擴散硅壓力變送器。擴散硅壓力變送器的原理是將被測介質的壓力直接作用于傳感器的擴散硅膜片上，通過電子線路檢測位移量，通過計算最終生成標準工業(yè)壓力測量信號，通過壓力和膜片位移變化的關系來實現(xiàn)壓力的測量。工藝的原因使擴散硅傳感器的超差性能差，同時由于硅膜片的特性，使得擴散硅壓力變送器在低于O后，溫度穩(wěn)定性大幅度降低，同時不能承受動態(tài)壓力并且膜片較易損傷。
【實用新型內容】
[0003]針對上述存在的傳感器超差性能差，溫度穩(wěn)定性低，膜片易損的問題，本實用新型提供了一種電容式微差壓智能變送器。
[0004]一種電容式微差壓智能變送器，包括檢測部件和轉換部件，檢測部分將壓力，差壓信號通過電容膜盒轉換成電容變化量相關的參數(shù)輸出。而轉換部件通過電子電路將電容變化量轉換為4一20mA方便檢測的電流信號輸出，同時在轉換部件中完成對傳感器的溫度補償，調零，量程設置等功能。其特征在于:差動電容，是檢測部件的重要組成部分，在壓力的作用下，位于膜盒中間的膜片會產生位移，從而改變了中間膜片到兩側極板的距離。中央膜片在壓力下位置更靠近高壓側，這一側電容增加，而另一側電容也隨之減小。
[0005]一種智能微差壓變送器的軟件由監(jiān)控模塊，通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，人機界面交互模塊這四部分組成。通信模塊負責變送器與外界的數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)處理模塊則包括了對傳感器變量的模數(shù)轉換，數(shù)字濾波，溫度補償，線性與非線性補償，零點飄移等對數(shù)據(jù)量的操作；人機交互界面模塊的作用是通過液晶面板和面板中的按鍵，來直接對變送器進行調控操作；監(jiān)控模塊調度這三個模塊。
[0006]一種智能微差壓變送器的軟件工作方式為:(1)系統(tǒng)開始運行并初始化端口及寄存器，對各個模塊初始化設置；(2)系統(tǒng)判斷所處模式，實時監(jiān)控模式以200m為固定周期進行數(shù)據(jù)處理及發(fā)送，實現(xiàn)壓力值的實時轉換。本地操作模式狀態(tài)下用戶通過鍵盤完成變送器配置；(3)在實時監(jiān)控模式下完成數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出，同時系統(tǒng)通過中斷完成與外界進行通訊。
[0007]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，數(shù)據(jù)處理可采用二維插值曲線擬合的方法。作為本實用新型的另一種優(yōu)選方案，數(shù)模轉換部分可以采用AD5421芯片。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的結構原理圖。
[0009]圖中標記:1_壓力源、2-傳感器、3-信號轉換電路、4-人機交互界面、5-中央處理器單元、6-數(shù)模轉換器、7-輸出端、8-轉換部分、9-通信電路。
【具體實施方式】
[0010]一種電容式微差壓智能變送器，包括檢測部件和轉換部件，檢測部分將壓力，差壓信號通過電容膜盒轉換成電容變化量相關的參數(shù)輸出。而轉換部件通過電子電路將電容變化量轉換為4一20mA方便檢測的電流信號輸出，同時在轉換部件中完成對傳感器的溫度補償，調零，量程設置等功能。其特征在于:差動電容，是檢測部件的重要組成部分，在壓力的作用下，位于膜盒中間的膜片會產生位移，從而改變了中間膜片到兩側極板的距離。中央膜片在壓力下位置更靠近高壓側，這一側電容增加，而另一側電容也隨之減小。為了提高模數(shù)轉換的精度，采用了 24位的模數(shù)轉換器，這樣A D的采用數(shù)值可以達到224個碼，因此分辨率為1/16777216，可以測量的電壓的最小變化范圍為0.00006mV。這樣就能滿足智能壓力變送器對精確度、量程范圍調節(jié)的要求。在本實用新型采用AD公司的24位模/數(shù)轉換芯片AD7714。它是一款非常適合用在低頻的測量用途的模擬前端，最高可以實現(xiàn)24位無丟失碼性能，具有高精度、低價格、強抗干擾，低功耗的特點，非常適合用在微差壓變送器上。數(shù)模轉換也是變送器的精度能否提高的關鍵，為了達到這一目標，本實用新型采用了 AD5421芯片。AD5421集成了 16位數(shù)字/模擬轉換器(DAC)，電流和電壓輸出大小都可以通過編程實現(xiàn)，具有控制4 -20 mA或O ~20 mA的功能。在主控的中央處理單元方面，我們選用了MSP430F5438。相比于其它系列的MCU，MSP430F5438的主頻達到18MHZ，增加了電源管理模塊PMM，即3.3V電源供電后分成VCC和Vcore兩個電壓，分別對CPU和外圍模塊供電，從而保證了功耗更低。而且MSP430F5438具有256K的FLASH空間，16K RAM空間，更方便程序的編寫。MSP430F5438的四個串口能夠使外部設備擴展性能得到提高，而不需要通道復用，使得程序功能得到更好發(fā)揮。除了這些主控電路，顯示模塊，通信模塊以及外圍基本電路，組成了微差壓變送器的基本電路構造。
[0011]一種智能微差壓變送器的軟件，其特征在于:由監(jiān)控模塊，通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，人機界面交互模塊這四部分組成。智能微差壓變送器的軟件主要由監(jiān)控模塊，通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，人機界面交互模塊這四部分組成。通信模塊負責變送器與外界的數(shù)據(jù)交互，通信方式有許多種，目前在工業(yè)應用領域，最廣泛的是使用FF、PR0FIBUS、L0NW0RKS、CAN和HART這些協(xié)議。同時在這些協(xié)議的基礎上，都有相應的無線型協(xié)議正在研宄和發(fā)展中。這種軟硬件設計結構都能夠很好勝任這些協(xié)議，程序可擴展性強。數(shù)據(jù)處理模塊則包括了對傳感器變量的模數(shù)轉換，數(shù)字濾波，溫度補償，線性與非線性補償，零點飄移等對數(shù)據(jù)量的操作，這一數(shù)據(jù)處理部分是微差壓變送器是否能達到所需精度的關鍵，也是整個微差壓變送器的核心。人機交互界面模塊的作用是通過液晶面板和面板中的按鍵，來直接對變送器進行調控操作。監(jiān)控模塊是調度這三個模塊的關鍵，它關系著整個系統(tǒng)的運行的命脈。
[0012]一種智能微差壓變送器的軟件工作方式為:
[0013](I)系統(tǒng)開始運行并初始化端口及寄存器，對各個模塊初始化設置；
[0014](2)系統(tǒng)判斷所處模式，實時監(jiān)控模式以200m為固定周期進行數(shù)據(jù)處理及發(fā)送，實現(xiàn)壓力值的實時轉換。本地操作模式狀態(tài)下用戶通過鍵盤完成變送器配置；
[0015](3)在實時監(jiān)控模式下完成數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出，同時系統(tǒng)通過中斷完成與外界進行通訊。
[0016]作為本實用新型的一種優(yōu)選方案，數(shù)據(jù)處理可采用二維插值曲線擬合的方法。作為本實用新型的另一種優(yōu)選方案，數(shù)模轉換部分采用了 AD5421芯片。
【主權項】
1.一種電容式微差壓智能變送器，包括檢測部件和轉換部件，其特征在于:所述的檢測部件的差動電容設有膜盒，中間設有膜片。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電容式智能微差壓變送器，其特征在于:軟件部分由監(jiān)控模塊，通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，人機界面交互模塊這四部分組成。
【專利摘要】本實用新型針對工業(yè)應用領域中的微小壓力測量，采用低功耗硬件技術，以MSP430F5438為主控芯片，基于HART通信協(xié)議，采用軟件方法解決了傳感器的零點漂移、溫度漂移、傳感器在量程范圍內的線性及非線性補償，提出了一種以電容式壓力傳感器為基礎的微差壓智能變送器。
【IPC分類】G01L9-12, G01L19-02, G01L19-08, G01L19-04
【公開號】CN204575241
【申請?zhí)枴緾N201420766914
【發(fā)明人】楊凌云
【申請人】成都創(chuàng)客之家科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2014年12月9日