專利名稱：直接數(shù)字化的壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，特別是涉及一種測量壓力和流量的壓力變送器。
背景技術(shù)：
FR1511壓力變送器是工業(yè)過程控制應(yīng)用最多的一種傳感器之一。它不僅可以測量壓力而且還可以測量流量。對(duì)于電容式壓力變送器，幾十年來一直沿用“敏感測量元件——線性放大器——模擬量輸出(4--20mA)”的傳統(tǒng)模式。雖然，近兩年國內(nèi)外有一些研究單位對(duì)其進(jìn)行了智能化改造，研制出一種所謂的“智能化壓力傳感器”，即在原來的基礎(chǔ)上增加A/D轉(zhuǎn)換，即如

圖1所示的“傳感器——模擬放大——A/D轉(zhuǎn)換——微型計(jì)算機(jī)處理”，但其仍然沒有改變傳統(tǒng)的壓力變送器模式，而且，即使是這種稍有改進(jìn)的模式，仍然存在著許多缺點(diǎn)由于使用了連接非常復(fù)雜的模擬放大電路和價(jià)格昂貴的A/D轉(zhuǎn)換器，因而造成了利用這種模式制作壓力變送器生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高；且利用采用這種結(jié)構(gòu)制成的壓力變送器體積大，不易提高測量精度，可靠性差。
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種利用新型的直接數(shù)字化測量電路構(gòu)成的數(shù)字化壓力變送器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠解決的技術(shù)問題是利用非常簡單的振蕩電路(如多諧振蕩器)，直接把傳感器電容的變化轉(zhuǎn)換成頻率的變化，然后直接將數(shù)字量送入微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行壓力測量或流量測量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種直接數(shù)字化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機(jī)、外部存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示單元，其特征在于所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號(hào)送至所述單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理。
本發(fā)明所提供的直接數(shù)字化壓力變送器及壓力測量方法能夠直接將壓力信號(hào)數(shù)字化，并送單片機(jī)進(jìn)行測量，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的積極效果1.無需使用昂貴復(fù)雜的A/D轉(zhuǎn)換電路，節(jié)約了制造成本；2.用少量功能鍵實(shí)現(xiàn)多功能操作，直觀、方便；
3.串行D/A轉(zhuǎn)換，精度高，價(jià)格低；4.易于實(shí)現(xiàn)與其他類型的壓力變送器兼容。
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖2為直接數(shù)字化壓力變送器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為壓力測量多諧振蕩器電路連接圖。
圖4為溫度補(bǔ)償多諧振蕩器電路連接圖。
如圖3所示，為壓力測量多諧振蕩器的電路連接圖。該壓力測量振蕩器采用555定時(shí)器，這是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能很方便地接成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制由于使用靈活、方便，由數(shù)字電路分析可知，電容上的電壓Vc將在VT+和VT-之間往復(fù)振蕩。其波形的振蕩周期計(jì)算公式為T＝T1+T2＝(R1+2R2)Cln2由以上公式可求得振蕩頻率值，通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。用CB555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率達(dá)500kHz，用CB7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率可達(dá)1MHz，在本例中，C是隨壓力變化而變化的參數(shù)，因此，改變其中電阻R2的數(shù)值，即可得到一組壓力-頻率變化曲線。
如圖4所示，為溫度補(bǔ)償多諧振蕩器電路連接圖，對(duì)于溫度補(bǔ)償多諧振蕩電路，本發(fā)明采用一種帶輸入保護(hù)的非對(duì)稱式多諧振蕩器，靜態(tài)時(shí)，應(yīng)使G1、G2工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，以保證有較大的電壓放大倍數(shù)；G1的輸入端與輸出端之間跨接了電阻R，G1必將工作在vo1＝vl1的狀態(tài)；通常VTH＝1/2VDD，G2工作在電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)的中點(diǎn)；由于流過R上的靜態(tài)電流基本為零，所以對(duì)R阻值的選擇幾乎沒有限制，該電路波形的振蕩周期計(jì)算公式為T＝T1+T2≈2RFCln3＝2.2RFC并且可由該振蕩周期得計(jì)算出振蕩頻率，如果改變圖4中的電阻R的值，可以調(diào)整振蕩器的初始振蕩頻率，從而獲得不同的靈敏度。
本系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能劃分為7個(gè)模塊，分別是主程序模塊、壓力脈沖自動(dòng)采集模塊、鍵盤處理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況采用的量程的自動(dòng)選擇及線性化處理模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。
由于考慮到儀表空間不宜過大，僅設(shè)置三個(gè)功能鍵K1、K2和K3，采用中斷方式接口，操作鍵盤的設(shè)置舉例說明如下由于按鍵數(shù)量有限，且為了滿足調(diào)整功能的需要，把每個(gè)鍵設(shè)置為雙功能鍵，用于設(shè)定量程等級(jí)和進(jìn)行量程遷移，其具體功能如下加1鍵K1當(dāng)首次按下的鍵是該鍵時(shí)進(jìn)入等級(jí)設(shè)置界面，以后每按一下，量程等級(jí)畫面的等級(jí)單元加1，并在下面顯示該等級(jí)所對(duì)應(yīng)的量程。量程等級(jí)加到最大值時(shí)，再按下K1鍵，量程等級(jí)將回到最小值，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)選擇；
當(dāng)在量程遷移界面中按下該鍵時(shí)，則作為量程遷移加1鍵，即每按一次K1，在上限單元加1，與之對(duì)應(yīng)的下限也加1，并且據(jù)有自動(dòng)循環(huán)功能；減1鍵K2當(dāng)首次按下的鍵是該鍵時(shí)，進(jìn)入等級(jí)設(shè)置界面，以后每按一下，量程等級(jí)減1，并在下面顯示該等級(jí)所代表的量程。量程等級(jí)減到最小值時(shí)，再按下K1鍵，量程等級(jí)將回到最大值，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)選擇；當(dāng)在量程遷移畫面中按下該鍵時(shí)，則作為量程遷移減1鍵，即每按一次K1，在上限單元減1，與之對(duì)應(yīng)的下限也減1；確認(rèn)鍵K3當(dāng)?shù)谝淮伟聪翶3時(shí)，進(jìn)入量程調(diào)整界面，對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置。
當(dāng)K3不是第一次按下時(shí)，則為界面確認(rèn)鍵，實(shí)現(xiàn)界面間的切換。
權(quán)利要求1.一種直接數(shù)字化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機(jī)、外部存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示單元，其特征在于所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號(hào)送至所述單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理。
2.如權(quán)利要求1所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述電容式壓力傳感器與溫度補(bǔ)償多諧振蕩器通過設(shè)置在所述電容式壓力傳感器上的熱敏元件相連。
3.如權(quán)利要求2所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述壓力測量多諧振蕩器與所述溫度補(bǔ)償多諧振蕩器通過多路開關(guān)連接到所述單片機(jī)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所溫度補(bǔ)償多諧振蕩器為帶輸入保護(hù)的非對(duì)稱式多諧振蕩器。
5.如權(quán)利要求4所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述溫度補(bǔ)償多諧振蕩器中的電阻為可變電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述壓力測量多諧振蕩器為555多諧振蕩器。
7.如權(quán)利要求6所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述555多諧振蕩器中的電容為可變電容。
8.如權(quán)利要求1所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述單片機(jī)的處理結(jié)果送至D/A轉(zhuǎn)換器。
9.如權(quán)利要求8所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述D/A轉(zhuǎn)換器采用12位串行D/A轉(zhuǎn)換器。
10.如權(quán)利要求1所述的直接數(shù)字化的壓力變送器，其特征是，所述鍵盤設(shè)置有三個(gè)按鍵。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種直接數(shù)字化的壓力變送器，包括電容式壓力傳感器、單片機(jī)、外部存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示單元，其特征在于所述電容式壓力變送器的電容與壓力測量多諧振蕩器相連，由所述壓力測量多諧振蕩器直接將振蕩信號(hào)送至所述單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算和處理。本實(shí)用新型無需使用昂貴復(fù)雜的A/D轉(zhuǎn)換電路，節(jié)約了制造成本；用少量功能鍵實(shí)現(xiàn)多功能操作，直觀、方便；串行D/A轉(zhuǎn)換，精度高，價(jià)格低；易于實(shí)現(xiàn)與其他類型的壓力變送器兼容。
文檔編號(hào)G01L9/12GK2589956SQ02294288
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者潘新民 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)