[发明专利]电容式差压传感器的输出测量电路及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器信号处理方法，特别是涉及一种电容式差压传感器中的输出测量电路及对应的实现方法。

背景技术

用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量(如位移、力、速度等)转换成电容变化的传感器称为电容传感器。电容式传感器广泛应用在位移、压力、流量、液位等的测试中。电容式传感器的精度和稳定性也日益提高。

电容式差压传感器，其核心检测部件把外加的两个不同压力信号转换为各个相应的电容变化，后部检测电路则把两个电容的变化转换为电信号，对该电信号进行处理检测就可以得到外加压力的差压值。

普通电容式差压传感器的工作原理为：传感器有正腔和负腔两个输入压力腔，两个外加压力表示为正腔压力P1和负腔压力P2。其核心检测部件把外加着的两个不同压力信号转换为各个相应的电容C1和C2，后部检测电路则把电容的变化转换为电信号，如电压或者电流类型信号。电容C1和C2随两个输入压力腔的外部压力P1和P2的变化而变化，利用已知的测量检测电路就可获得和差压(ΔP＝P1-P2)成比例的传感器输出量S，这里S＝(C1-C2)/(C1+C2)。

目前常用的电容式差压传感器的输出测量方法有两种，一种是模拟信号转换技术直接实现对传感器输出量S的测量，例如采用变压器直接激励采样的方案，通过多绕组变压器一次性把与差压变化对应的电容变化转化成电压信号输出直接输出。

请参阅图1，其为现有的常见电容式差压传感器的输出测量电路的结构示意图。其中电容Ci1、Ci2为电容式差压传感器两个压力腔室所受外加压力所对应的电容值，整个电路实现的就是要将该两个电容值以S＝(Ci1-Ci2)/(Ci1+Ci2)的数值形式进行输出。大体上可以将上述电路分成3部分：

振荡子电路11：如图虚线所连部分，其为整个测量电路的工作提供交流电源；

配比电阻子电路12：利用电阻R6、R7、R8、R9这4个电阻值的数值配比关系，将电路电流值(i1-i2)配比成与电容值Ci1、Ci2的运算(Ci1-Ci2)/(Ci1+Ci2)成比例的关系；

运算放大器输出子电路13：将电容值转换成电压值U01，即S＝(Ci1-Ci2)/(Ci1+Ci2)进行输出。

上述实现电容-电压转换的测量方法，采用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。因此其实现电路复杂、庞大，并且抗干扰能力较差，使得测量精度不高。

另一种常见的电容式差压传感器的输出测量方法是利用电容测量电路分别测量单个电容C1和C2值，而后再进行所述S＝(C1-C2)/(C1+C2)的运算，从而完成传感器输出。

采用这种传感器输出测量方法，由于单个电容的测量方法易受分布电容、寄生电容等的干扰、其实现电路抗干扰能力差，同样存在传感器输出测量精度低的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电容式差压传感器的输出测量电路，以解决现有技术中传感器输出精度低的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种电容式差压传感器的输出测量方法，以解决现有技术中传感器输出精度低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种电容式差压传感器的输出测量电路，用于测量传感器的输出量，包括开关单元和电容测量子电路，其中，电容测量子电路至少包括电容数字转换器，所述电容数字转换器包含有高频信号输出端和至少两路信号输入端，与传感器负腔压力对应的电容C2的一端串接开关单元后，连接至一路信号输入端，与传感器正腔压力对应的电容C1的一端连接至另一路信号输入端，电容C1和电容C2的另一端相互连接后，连至所述高频信号输出端，电容数字转换器用于在开关单元闭合状态下测量出被测电容C1与C2之间的电容差值ΔC，在开关单元断开状态下测量出单端电容C1的电容值，再计算(2C1-ΔC)得到(C1+C2)的电容值，后计算出ΔC/(C1+C2)，从而得到与差压成比例的传感器输出量。