一種電容式微差壓智能變送器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，特別是一種電容式微差壓智能變送器。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力測(cè)量工業(yè)中最基本的測(cè)量量之一。隨著工業(yè)水平的發(fā)展，新的制造技術(shù)，材料技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)的壓力傳感器技術(shù)突飛猛進(jìn)，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(yīng)變式、電容式、壓電式、擴(kuò)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(shí)按照不同被測(cè)壓力源，壓力變送器又可分為絕對(duì)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(chǎng)合需要測(cè)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(cè)量上的要求，因此，需要設(shè)計(jì)高精度的微差壓變送器，來滿足微小壓力的測(cè)量。目前國內(nèi)的微差壓變送器相關(guān)設(shè)計(jì)主要采用擴(kuò)散硅壓力變送器。擴(kuò)散硅壓力變送器的原理是將被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的擴(kuò)散硅膜片上，通過電子線路檢測(cè)位移量，通過計(jì)算最終生成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)壓力測(cè)量信號(hào)，通過壓力和膜片位移變化的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。工藝的原因使擴(kuò)散硅傳感器的超差性能差，同時(shí)由于硅膜片的特性，使得擴(kuò)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(shí)不能承受動(dòng)態(tài)壓力并且膜片較易損傷。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)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(shí)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(cè)部件和轉(zhuǎn)換部件，檢測(cè)部分將壓力，差壓信號(hào)通過電容膜盒轉(zhuǎn)換成電容變化量相關(guān)的參數(shù)輸出。而轉(zhuǎn)換部件通過電子電路將電容變化量轉(zhuǎn)換為4一20mA方便檢測(cè)的電流信號(hào)輸出，同時(shí)在轉(zhuǎn)換部件中完成對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償，調(diào)零，量程設(shè)置等功能。其特征在于:差動(dòng)電容，是檢測(cè)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(huì)產(chǎn)生位移，從而改變了中間膜片到兩側(cè)極板的距離。中央膜片在壓力下位置更靠近高壓側(cè)，這一側(cè)電容增加，而另一側(cè)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(jī)界面交互模塊這四部分組成。通信模塊負(fù)責(zé)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(duì)傳感器變量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，溫度補(bǔ)償，線性與非線性補(bǔ)償，零點(diǎn)飄移等對(duì)數(shù)據(jù)量的操作；人機(jī)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(duì)變送器進(jìn)行調(diào)控操作；監(jiān)控模塊調(diào)度這三個(gè)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(yùn)行并初始化端口及寄存器，對(duì)各個(gè)模塊初始化設(shè)置；(2)系統(tǒng)判斷所處模式，實(shí)時(shí)監(jiān)控模式以200m為固定周期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及發(fā)送，實(shí)現(xiàn)壓力值的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)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(shí)系統(tǒng)通過中斷完成與外界進(jìn)行通訊。
[0007]作為本實(shí)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(shí)用新型的另一種優(yōu)選方案，數(shù)模轉(zhuǎn)換部分可以采用AD5421芯片。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0009]圖中標(biāo)記:1_壓力源、2-傳感器、3-信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、4-人機(jī)交互界面、5-中央處理器單元、6-數(shù)模轉(zhuǎn)換器、7-輸出端、8-轉(zhuǎn)換部分、9-通信電路。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種電容式微差壓智能變送器，包括檢測(cè)部件和轉(zhuǎn)換部件，檢測(cè)部分將壓力，差壓信號(hào)通過電容膜盒轉(zhuǎn)換成電容變化量相關(guān)的參數(shù)輸出。而轉(zhuǎn)換部件通過電子電路將電容變化量轉(zhuǎn)換為4一20mA方便檢測(cè)的電流信號(hào)輸出，同時(shí)在轉(zhuǎn)換部件中完成對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償，調(diào)零，量程設(shè)置等功能。其特征在于:差動(dòng)電容，是檢測(cè)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(huì)產(chǎn)生位移，從而改變了中間膜片到兩側(cè)極板的距離。中央膜片在壓力下位置更靠近高壓側(cè)，這一側(cè)電容增加，而另一側(cè)電容也隨之減小。為了提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度，采用了 24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這樣A D的采用數(shù)值可以達(dá)到224個(gè)碼，因此分辨率為1/16777216，可以測(cè)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(duì)精確度、量程范圍調(diào)節(jié)的要求。在本實(shí)用新型采用AD公司的24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7714。它是一款非常適合用在低頻的測(cè)量用途的模擬前端，最高可以實(shí)現(xiàn)24位無丟失碼性能，具有高精度、低價(jià)格、強(qiáng)抗干擾，低功耗的特點(diǎn)，非常適合用在微差壓變送器上。數(shù)模轉(zhuǎn)換也是變送器的精度能否提高的關(guān)鍵，為了達(dá)到這一目標(biāo)，本實(shí)用新型采用了 AD5421芯片。AD5421集成了 16位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)，電流和電壓輸出大小都可以通過編程實(shí)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(dá)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(gè)電壓，分別對(duì)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(gè)串口能夠使外部設(shè)備擴(kuò)展性能得到提高，而不需要通道復(fù)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(gòu)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(jī)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(jī)界面交互模塊這四部分組成。通信模塊負(fù)責(zé)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(yīng)用領(lǐng)域，最廣泛的是使用FF、PR0FIBUS、L0NW0RKS、CAN和HART這些協(xié)議。同時(shí)在這些協(xié)議的基礎(chǔ)上，都有相應(yīng)的無線型協(xié)議正在研宄和發(fā)展中。這種軟硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都能夠很好勝任這些協(xié)議，程序可擴(kuò)展性強(qiáng)。數(shù)據(jù)處理模塊則包括了對(duì)傳感器變量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，溫度補(bǔ)償，線性與非線性補(bǔ)償，零點(diǎn)飄移等對(duì)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(dá)到所需精度的關(guān)鍵，也是整個(gè)微差壓變送器的核心。人機(jī)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(duì)變送器進(jìn)行調(diào)控操作。監(jiān)控模塊是調(diào)度這三個(gè)模塊的關(guān)鍵，它關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行并初始化端口及寄存器，對(duì)各個(gè)模塊初始化設(shè)置；
[0014](2)系統(tǒng)判斷所處模式，實(shí)時(shí)監(jiān)控模式以200m為固定周期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及發(fā)送，實(shí)現(xiàn)壓力值的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)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(shí)系統(tǒng)通過中斷完成與外界進(jìn)行通訊。
[0016]作為本實(shí)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(shí)用新型的另一種優(yōu)選方案，數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用了 AD5421芯片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電容式微差壓智能變送器，包括檢測(cè)部件和轉(zhuǎn)換部件，其特征在于:所述的檢測(cè)部件的差動(dòng)電容設(shè)有膜盒，中間設(shè)有膜片。
2.根據(jù)權(quán)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(jī)界面交互模塊這四部分組成。
【專利摘要】本實(shí)用新型針對(duì)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的微小壓力測(cè)量，采用低功耗硬件技術(shù)，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(diǎn)漂移、溫度漂移、傳感器在量程范圍內(nèi)的線性及非線性補(bǔ)償，提出了一種以電容式壓力傳感器為基礎(chǔ)的微差壓智能變送器。
【IPC分類】G01L9-12, G01L19-02, G01L19-08, G01L19-04
【公開號(hào)】CN204575241
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420766914
【發(fā)明人】楊凌云
【申請(qǐng)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(qǐng)日】2014年12月9日