[发明专利]硅电容智能压力/差压变送器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属压力/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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明是这样实现的：

一种硅电容智能压力/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，本发明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，本发明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。

本发明所涉及的测量方法，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，本发明所述步骤(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，本发明在所述电流控制后可接续进行温度补偿。

本发明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。

本发明所设计的电路，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，本发明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，本发明具有如下特点：

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发明作进一步说明。本发明的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明系统电路原理框图；

图2为本发明SPI总线结构图；

图3为本发明时间/数字转换电路图；

图4为本发明测量程序流程图；

图5为本发明系统具体电路原理图；

图6为本发明主程序软件流程图；