硅电容智能压力／差压变送器及其测量方法技术

本发明专利技术属压力／差压变送器领域，尤其涉及一种硅电容智能压力／差压变送器及其测量方法，包括硅电容压力传感器、时间数字转换电路、单片机、存储器、智能显示单元、Ｄ／Ａ转换部分及Ｈａｒｔ协议处理电路；所述时间数字转换电路的输入端与所述硅电容压力传感器的输出端相接；所述单片机的信号输入端接时间数字转换电路的信号输出端；所述单片机的信号输出端分别接存储器、智能显示单元、Ｄ／Ａ转换部分及Ｈａｒｔ协议处理电路的输入端；所述单片机内配有温度传感器，以实时测量硅电容压力传感器的温度；所述单片机与存储器、智能显示单元及时间数字转换电路通过ＳＰＩ总线进行数据交换。本发明专利技术结构简单，成本低廉，测量信号精确，稳定性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属压力/差压变送器领域，尤其涉及一种。
技术介绍
在工业过程控制领域，1151系列压力/差压变送器是压力测量使用最多的变送器 品种。近年来，正在向小型化、高精度和智能化方向发展。国内外的这一产品，绝大多数都 是采用金属电容为传感器的材料。 目前，在压力变送器在前端信号采集上，大多是通过多绕组振荡变压器进行激励 的方式把电容信号转换为电压信号来完成压力信号的采集。这种方式的测量信号稳定性较 差，同时，由于测量结果为模拟电压信号，还需进行A/D转换才能变成数字量，进入单片机 系统。这既提高了成本，又带来了一定的精度损失。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单，成本低廉，测量信号 精确，稳定性高的硅电容智能压力/差压变送器。另外，本专利技术还提供一种与上述硅电容智 能压力/差压变送器相配套的测量方法。 为达到上述目的，本专利技术是这样实现的 —种硅电容智能压力/差压变送器，包括硅电容压力传感器、时间数字转换电路、单片机、存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路； 所述硅电容压力传感器用于将外界压力变化信号转换为电容变化值； 所述时间数字转换电路的输入端与所述硅电容压力传感器的输出端相接，其对硅电容压力传感器进行周期性的充放电并记录充放电时间，然后将所述充放电时间转化为数字信号； 所述单片机的信号输入端接时间数字转换电路的信号输出端；所述单片机的信号 输出端分别接存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路的输入端；所述单 片机接收时间数字转换电路采集的压力信号，并对其进行运算处理； 所述存储器用于存储预设参数； 所述智能显示单元用于显示工作信息； 所述D/A转换部分将测量结果转化为模拟量后控制整个电路部分的电流分配； 所述Hart协议处理电路将输入的Hart协议通信信号进行解调并转换为单片机串 口通信信号，再将单片机的串口输出信号进行相应的调制。 作为一种优选方案，本专利技术所述单片机内配有温度传感器，以实时测量硅电容压 力传感器的温度。 作为另一种优选方案，本专利技术所述单片机与存储器、智能显示单元及时间数字转 换电路通过SPI总线进行数据交换。 本专利技术所述Hart协议处理电路包括Hart协议芯片、输入解调部分及输出调制部分；所述输入解调部分的输出端接Hart协议芯片的输入端；所述Hart协议芯片的输出端接输出调制部分的输入端。 本专利技术所涉及的测量方法，依次按如下步骤实施 (1)从存储器中调取数据； (2)将所采集的数据进行A/D转换； (3)进行电流控制； (4)将步骤(3)得到的测量结果进行D/A转换； (5)将步骤(4)所得结果进行数据输出。 另外，本专利技术所述步骤(3)中的电流控制依次包括电流微调、调整放大倍数及线性化。 再次，本专利技术在所述电流控制后可接续进行温度补偿。 本专利技术采用硅材料为传感器的材料。由于构成传感器的硅材料在外力作用下有比金属电容更好的弹性变形等特性，因此硅电容压力/差压变送器比金属电容变送器具有更好的精度和稳定性。 本专利技术所设计的电路，把代表着压力的电容信号，直接转化为数字信号，输入到单片机中。首先，不同于市场上其它的产品，本专利技术采用了硅电容作为压力传感器的材料；其次，信号采集方式上既不同于传统的通过多绕组振荡变压器进行激励的方式来采集电容信号，也不是用简单的电容/频率转换电路，而是采用了精密的时间数字转换电路；再次，Hart协议通讯功能完备，并在指令系统上增加了附和本产品的功能。 与现有技术相比，本专利技术具有如下特点 1)用硅材料电容作为压力传感器。 2)采用时间数字转换电路，直接把电容信号转换为数字信号，增加了系统的稳定性及测量精度。 3)智能通信(Hart协议)功能完备，并在指令系统上增加了附和本产品的功能。附图说明 下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术系统电路原理框图； 图2为本专利技术SPI总线结构图； 图3为本专利技术时间/数字转换电路图； 图4为本专利技术测量程序流程图； 图5为本专利技术系统具体电路原理图； 图6为本专利技术主程序软件流程图； 图7为本专利技术中断服务程序软件流程图。具体实施例方式如图1 3所示，硅电容智能压力/差压变送器，它包括硅电容压力传感器、时间数字转换电路、单片机、存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路；所述硅电容压力传感器用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；所述时间数字转换电路的输入端与所述硅电容压力传感器的输出端相接，其对硅电容压力传感器进行周期性的充放电并记录充放电时间，然后将所述充放电时间转化为数字信号；所述单片机的信号输入端接时间数字转换电路的信号输出端；所述单片机的信号输出端分别接存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路的输入端；所述单片机接收时间数字转换电路采集的压力信号，并对其进行运算处理；所述存储器用于存储预设参数；所述智能显示单元用于显示工作信息；所述D/A转换部分将测量结果转化为模拟量后控制整个电路部分的电流分配；所述Hart协议处理电路将输入的Hart协议通信信号进行解调并转换为单片机串口通信信号，再将单片机的串口输出信号进行相应的调制；所述单片机内配有温度传感器，以实时测量硅电容压力传感器的温度；所述单片机与存储器、智能显示单元及时间数字转换电路通过SPI总线进行数据交换。本专利技术所述Hart协议处理电路包括Hart协议芯片、输入解调部分及输出调制部分；所述输入解调部分的输出端接Hart协议芯片的输入端；所述Hart协议芯片的输出端接输出调制部分的输入端。 在系统设计上，本专利技术包括硅电容压力传感器，用于将外界压力变化信号转换为电容变化值； 时间数字转换电路，其输入端与所述硅电容压力传感器连接；对电容进行周期性的充放电，同时电路记录硅电容传感器的充放电时间，然后把这一充放电时间转化为数字信号； 单片机接收信号采集电路所采集的压力信号，并对其进行各种运算处理； 存储器用于存储对所述变送器进行标定所设置的各种参数； 智能显示单元用于显示进行过各种处理后的测量数据，以及各种设置信息，并能进行故障提示； 数字/模拟转换部分把测量结果转化为模拟量(4-20mA)，并控制整个电路部分的电流分配。形成二线制的电流测量信号； Hart协议处理电路把输入的Hart协议通信信号进行解调，转换为单片机串口通信信号，又把单片机的串口输出信号调制到变送器的二线制电流信号之上，使变送器具有各种智能功能。 硅电容智能压力/差压变送器包括硅电容传感器、信号采集板、智能通信板、智能显示板和变送器壳体五个部分组成。变送器系统结构见图1。当外界压力发生变化时，硅电容传感器的感压膜片发生机械位移。而感压膜片即硅电容的极板。这样，外界压力的变化，就转化为了硅电容的电容值的变化。硅电容的极板随着压力的增加和减小而变化。如式l P = K(C1-C2)/(C1+C2) 式l 式中P—一压力，K为比例系数，Cl、 C2为硅电容传感器的两个可变电容。 由式1可见，电容传感器极板随压力变化时，当反复加上相同的压力，极板位置的重复性，是决定传感器精度的关键。国内外的这一产品，绝大多数都是采用金属电容为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅电容智能压力／差压变送器，其特征在于，包括：硅电容压力传感器、时间数字转换电路、单片机、存储器、智能显示单元、Ｄ／Ａ转换部分及Ｈａｒｔ协议处理电路；所述硅电容压力传感器用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；所述时间数字转换电路的输入端与所述硅电容压力传感器的输出端相接，其对硅电容压力传感器进行周期性的充放电并记录充放电时间，然后将所述充放电时间转化为数字信号；所述单片机的信号输入端接时间数字转换电路的信号输出端；所述单片机的信号输出端分别接存储器、智能显示单元、Ｄ／Ａ转换部分及Ｈａｒｔ协议处理电路的输入端；所述单片机接收时间数字转换电路采集的压力信号，并对其进行运算处理；所述存储器用于存储预设参数；所述智能显示单元用于显示工作信息；所述Ｄ／Ａ转换部分将测量结果转化为模拟量后控制整个电路部分的电流分配；所述Ｈａｒｔ协议处理电路将输入的Ｈａｒｔ协议通信信号进行解调并转换为单片机串口通信信号，再将单片机的串口输出信号进行相应的调制。

【技术特征摘要】
一种硅电容智能压力/差压变送器，其特征在于，包括硅电容压力传感器、时间数字转换电路、单片机、存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路；所述硅电容压力传感器用于将外界压力变化信号转换为电容变化值；所述时间数字转换电路的输入端与所述硅电容压力传感器的输出端相接，其对硅电容压力传感器进行周期性的充放电并记录充放电时间，然后将所述充放电时间转化为数字信号；所述单片机的信号输入端接时间数字转换电路的信号输出端；所述单片机的信号输出端分别接存储器、智能显示单元、D/A转换部分及Hart协议处理电路的输入端；所述单片机接收时间数字转换电路采集的压力信号，并对其进行运算处理；所述存储器用于存储预设参数；所述智能显示单元用于显示工作信息；所述D/A转换部分将测量结果转化为模拟量后控制整个电路部分的电流分配；所述Hart协议处理电路将输入的Hart协议通信信号进行解调并转换为单片机串口通信信号，再将单片机的串口输出信号进行相应的调制。2. 根据权利要求1所述的硅电容智能压力/差压变送器，其特征在于所述单片机内 配有温度传感器，以实时测...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁峰，何方，王松亭，呼浩，马超，
申请(专利权)人：沈阳仪表科学研究院，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]