电容检测电路及电容式压力变送器制造技术

本发明专利技术提供了一种电容检测电路，它包括电容式压力传感器、多路开关和电容频率转换电路。其中，电容式压力传感器：用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；多路开关：用于对两侧电容进行切换；电容频率转换电路：其为一自激振荡电路，用于对多路开关输出的被测电容信号转换成频率信号。本发明专利技术采用多路开关，用同一个方波自激振荡器进行分时采样，充分利用了电容的充放电特性，将电容的变化体现在电路振荡频率的变化上，无需另外设计振荡电路，无需交流电源，只需直流电源，从而简化了测量电路，也避免了交流干扰的引入。本发明专利技术还保护一种采用上述电容检测电路的电容式压力变送器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业控制领域，尤其涉及一种应用于工业过程控制的电容式压力变送器，特别是有关于压力变送器前端测量电路的改进。
技术介绍
电容式压力变送器在工业过程控制中有着广泛的应用。对于电容式压力变送器，其前端电路即为电容检测电路。电容检测的基本电路有两类其一是把电容作为一个阻抗元件，按照电阻-电压转换的方式进行变换，但其中电源必须采用交流电源；其二是充分利用电容的充放电特性进行变换。目前，在电容式压力变送器中大多采用电容-电压转换的方法来设置电容检测电路，因此需要设计振荡电路以提供交流电源。然而，该频率一般为几千赫兹，并且，频率过高会使寄生电容的影响过大，过低则不利于比较各容抗间的差别。因此，采用电容-电压转换原理设计的电容检测电路具有电路复杂、庞大的特点，对电容式压力变送器的小型化十分不利，同时也给电路的温漂补偿、非线性补偿带来了很大的不便。在公告号为CN 1188678C的中国专利中公开了一种直接数字化的压力变送器及其测量方法，它采用电容式压力传感器和CB555多谐振荡器完成将外界压力变化信号转换为电容变化值，并将电容变化值转换为振荡频率信号，以便后续的单片机进行计算和转换。本专利利用了电容充放电特性进行电容测量。但是，由于本专利采用两个CB555多谐振荡器分别对两边电容进行采样，因此造成结构上复杂的后果，从而提高成本。另外，两个CB555多谐振荡器存在个体差异，由此影响了测量精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电容检测电路及电容式压力变送器，以解决现有技术中由于现有的电容式压力变送器中采用两个CB555多谐振荡器来进行前端电容测量，由此造成成本高且测量精度受影响的技术问题。为解决上述问题，本专利技术提供了一种电容检测电路，包括电容式压力传感器、多路开关和电容频率转换电路，其中电容式压力传感器，用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；多路开关其输入端连接电容式压力传感器，其输出端连接电容频率转换电路，用于对电容式压力传感器的两侧电容进行切换；电容频率转换电路其为一自激振荡电路，用于对多路开关输出的被测电容信号转换成频率信号。所述被测电容与滞回比较器相连，以构成自激振荡电路，所述振荡频率的大小体现被测电容的大小。本专利技术还可以通过运放构建自激振荡电路，所述被测电容的变化转换成频率变化输出。本专利技术还提供了一种电容式压力变送器，包括电容检测电路、单片机、存储器、输入设备和显示单元，其中电容检测电路包括电容式压力传感器用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；多路开关其输入端连接电容式压力传感器，其输出端连接电容频率转换电路，用于对电容式压力传感器的两侧电容进行切换；电容频率转换电路其为一自激振荡电路，用于对多路开关输出的被测电容信号转换成频率信号；单片机用于多路开关的控制以及接收电容频率转换电路送出的频率信号，并对其进行计算和转换；存储器用于存储单片机产生的计算结果数据；输入设备用于调整量程和输入测量参数；显示单元用于输出测量结果及所述参数设置的显示。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点采用多路开关，用同一个方波自激振荡器进行分时采样，充分利用了电容的充放电特性，将电容的变化体现在电路振荡频率的变化上，无需另外设计振荡电路，无需交流电源，只需直流电源，从而简化了测量电路，也避免了交流干扰的引入。另外，本专利技术还可以提高比较器部分运放的速度和减小积分环节中电阻的大小都可以进一步提高测量电路的测量精度。该电路的原理也决定了比较容易实现非线性及温漂等的补偿。附图说明图1是本专利技术的电容检测电路的结构示意图；图2是本专利技术电容频率转换电路的一个实施例结构示意图；图3是本专利技术图2电容频率转换电路的一个应用例结构示意图；图4是本专利技术电容式压力变送器的结构示意图。具体实施例方式以下结合附图，具体说明本专利技术。本专利技术的核心在于压力变送器的前端检测电路通过多路开关切换，再利用自激振荡器对两侧电容的分时采样，得到频率值，由此保证两侧的转换使用相同的振荡电路，进而简化了电路，从而避免了因采用两个CB555组成的压力测量多谐振荡电路的个体差异而影响测量精度的问题。请参见图1，为本专利技术电容检测电路的原理框图，包括电容式压力传感器11、多路开关12、及电容频率转换电路13三个部分。其中，电容式压力传感器11包括高压侧测压电容C1和低压侧测压电容C2。利用多路开关12进行切换及以及利用电容频率转换电路13实现分时采样，并将采样值C经过转换成频率信号。其中 电容式压力传感器11，用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；多路开关12其输入端连接电容式压力传感器11，其输出端连接电容频率转换电路13，用于对电容式压力传感器的两侧电容进行切换。其多路开关12的切换可以由单片机控制，也可以由特定的定时装置来控制。电容频率转换电路13其为一自激振荡电路，用于对多路开关输出的被侧电容信号转换成频率信号。电容频率转换电路13可以通过被测电容与滞回比较器相连来构成自激振荡电路，所述振荡频率的大小体现被测电容的大小。本专利技术正是由于电容的大小决定了充放电时间的大小，进而决定了比较器输出波形的频率大小，由此电容检测电路输出波形的频率体现了被测电容的大小，后续电路只需对该频率值进行采样即可获得其频率值。本专利技术还可以通过运放来构建自激振荡电路，所述被测电容的变化转换成频率变化输出。图2是图1中的第三个部分即电容频率转换电路13部分的采用运放来构建自激振荡电路的一个实施例的详细阐述。如图2所示，它包括运放1，被测电容2，积分电阻R，分压电阻R1，电阻R2，反馈电阻R3。运放1输出电压经RC电路(变化电容2、电阻R)积分后送入运放1的反相输入端；运放1输出电压经反馈电阻R3进入同相端，同时VCC经R1也加到同相输入端。运放1的输出Vout高电平为VCC，低电平为0。则运放1翻转时的输入端比较电压为u1=R2R2+R1//R3VCC,]]>u2=R3//R2R3//R2+R1VCC.]]>由电容的充放电规律uc(t)＝uc(∞)+e-t/τ可知 R2R2+R1//R3VCC=VCC+(R3//R2R3//R2+R1VCC-VCC)e-T/2RC]]>由此得到T=2RCln(R3+R2R3)]]>输出的振荡频率f为1/T。在R2、R3、R一定时，频率由电容C决定。图3为图2的电容频率转换电路的一个应用例结构示意图。假设取R1＝R2＝R3。则比较电压为u1=23VCC,u2=13VCC]]>当输出电压为VCC时，V+=23VCC,]]>V-从 至 充电，充电时间τ＝RC；当V-超过 时，输出电压翻转至GND，V+=13VCC,]]>V- 至 放电。由此可知，T＝2RC·ln2所以f=12RCln2.]]>由上可知该测量电路的测量精度由运放的速度和积分电阻大小决定。根据对某种膜盒的测量，其电容变化范围为150pf-400pf，当R＝100k时，假设充电时间与放电时间相等时，经过计算频率输出范围为3.6×10E7～9.6×10E7。如果后面的测量精度可达到1Hz的精度，则可分辨至4.17E-6pf。另外，根据上式可得，该转换频率值仅与R和C有关系，其中R选用100K，是很常见的精密电阻，实现起来成本较低。而C值只与膜盒有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容检测电路，其特征在于，包括电容式压力传感器、多路开关和电容频率转换电路，其中：电容式压力传感器：用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；多路开关：其输入端连接电容式压力传感器，其输出端连接电容频率转换电路，用于对两侧 电容进行切换；电容频率转换电路：其为一自激振荡电路，用于对多路开关输出的被测电容信号转换成频率信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云，吴忠，陈健，
申请(专利权)人：浙江中控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]