专利名称：直接数字化的压力变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种测量压力和流量的压力变送器。
背景技术：
FR1511压力变送器是工业过程控制应用最多的一种传感器之一。它不仅可以测量压力而且还可以测量流量。对于电容式压力变送器，几十年来一直沿用“敏感测量元件——线性放大器——模拟量输出(4--20mA)”的传统模式。虽然，近两年国内外有一些研究单位对其进行了智能化改造，研制出一种所谓的“智能化压力传感器”，即在原来的基础上增加A/D转换，即如
图1所示的“传感器——模拟放大——A/D转换——微型计算机处理”，但其仍然没有改变传统的压力变送器模式，而且，即使是这种稍有改进的模式，仍然存在着许多缺点由于使用了连接非常复杂的模拟放大电路和价格昂贵的A/D转换器，因而造成了利用这种模式制作压力变送器生产工艺复杂，成本高；且利用采用这种结构制成的压力变送器体积大，不易提高测量精度，可靠性差。
为克服上述现有技术的缺点，本发明提出了一种利用新型的直接数字化测量电路构成的数字化压力变送器。
发明内容
本发明能够解决的技术问题是利用非常简单的振荡电路(如多谐振荡器)，直接把传感器电容的变化转换成频率的变化，然后直接将数字量送入微型计算机进行压力测量或流量测量。
为了达到上述目的，本发明提出一种直接数字化的压力变送器，包括电容式压力传感器、单片机、外部存储器、键盘、显示单元，其特征在于所述电容式压力变送器的电容与压力测量多谐振荡器相连，由所述压力测量多谐振荡器直接将振荡信号送至所述单片机进行计算和处理。
本发明所提供的直接数字化压力变送器及压力测量方法能够直接将压力信号数字化，并送单片机进行测量，与现有技术相比具有如下的积极效果1.无需使用昂贵复杂的A/D转换电路，节约了制造成本；2.用少量功能键实现多功能操作，直观、方便；
3.串行D/A转换，精度高，价格低；4.易于实现与其他类型的压力变送器兼容。
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图2为直接数字化压力变送器的结构图。
图3为压力测量多谐振荡器电路连接图。
图4为温度补偿多谐振荡器电路连接图。
如图3所示，为压力测量多谐振荡器的电路连接图。该压力测量振荡器采用555定时器，这是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能很方便地接成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，波形的产生与变换、测量与控制由于使用灵活、方便，由数字电路分析可知，电容上的电压Vc将在VT+和VT-之间往复振荡。其波形的振荡周期计算公式为T＝T1+T2＝(R1+2R2)Cln2由以上公式可求得振荡频率值，通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。用CB555组成的多谐振荡器最高振荡频率达500kHz，用CB7555组成的多谐振荡器最高振荡频率可达1MHz，在本例中，C是随压力变化而变化的参数，因此，改变其中电阻R2的数值，即可得到一组压力-频率变化曲线。
如图4所示，为温度补偿多谐振荡器电路连接图，对于温度补偿多谐振荡电路，本发明采用一种带输入保护的非对称式多谐振荡器，静态时，应使G1、G2工作在电压传输特性的转折区，以保证有较大的电压放大倍数；G1的输入端与输出端之间跨接了电阻R，G1必将工作在vo1＝vl1的状态；通常VTH＝1/2VDD，G2工作在电压传输特性转折区的中点；由于流过R上的静态电流基本为零，所以对R阻值的选择几乎没有限制，该电路波形的振荡周期计算公式为T＝T1+T2≈2RFCln3＝2.2RFC并且可由该振荡周期得计算出振荡频率，如果改变图4中的电阻R的值，可以调整振荡器的初始振荡频率，从而获得不同的灵敏度。
本系统的软件部分采用模块化结构，根据功能划分为7个模块，分别是主程序模块、压力脉冲自动采集模块、键盘处理模块、显示模块、数据存储模块以及根据实际应用情况采用的量程的自动选择及线性化处理模块和D/A转换模块。
由于考虑到仪表空间不宜过大，仅设置三个功能键K1、K2和K3，采用中断方式接口，操作键盘的设置举例说明如下由于按键数量有限，且为了满足调整功能的需要，把每个键设置为双功能键，用于设定量程等级和进行量程迁移，其具体功能如下加1键K1当首次按下的键是该键时进入等级设置界面，以后每按一下，量程等级画面的等级单元加1，并在下面显示该等级所对应的量程。量程等级加到最大值时，再按下K1键，量程等级将回到最小值，即实现自动循环选择；
当在量程迁移界面中按下该键时，则作为量程迁移加1键，即每按一次K1，在上限单元加1，与之对应的下限也加1，并且据有自动循环功能；减1键K2当首次按下的键是该键时，进入等级设置界面，以后每按一下，量程等级减1，并在下面显示该等级所代表的量程。量程等级减到最小值时，再按下K1键，量程等级将回到最大值，即实现自动循环选择；当在量程迁移画面中按下该键时，则作为量程迁移减1键，即每按一次K1，在上限单元减1，与之对应的下限也减1；确认键K3当第一次按下K3时，进入量程调整界面，对参数进行初始化设置。
当K3不是第一次按下时，则为界面确认键，实现界面间的切换。
权利要求1.一种直接数字化的压力变送器，包括电容式压力传感器、单片机、外部存储器、键盘、显示单元，其特征在于所述电容式压力变送器的电容与压力测量多谐振荡器相连，由所述压力测量多谐振荡器直接将振荡信号送至所述单片机进行计算和处理。
2.如权利要求1所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述电容式压力传感器与温度补偿多谐振荡器通过设置在所述电容式压力传感器上的热敏元件相连。
3.如权利要求2所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述压力测量多谐振荡器与所述温度补偿多谐振荡器通过多路开关连接到所述单片机。
4.如权利要求2或3所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所温度补偿多谐振荡器为带输入保护的非对称式多谐振荡器。
5.如权利要求4所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述温度补偿多谐振荡器中的电阻为可变电阻。
6.如权利要求1所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述压力测量多谐振荡器为555多谐振荡器。
7.如权利要求6所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述555多谐振荡器中的电容为可变电容。
8.如权利要求1所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述单片机的处理结果送至D/A转换器。
9.如权利要求8所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述D/A转换器采用12位串行D/A转换器。
10.如权利要求1所述的直接数字化的压力变送器，其特征是，所述键盘设置有三个按键。
专利摘要本实用新型提出一种直接数字化的压力变送器，包括电容式压力传感器、单片机、外部存储器、键盘、显示单元，其特征在于所述电容式压力变送器的电容与压力测量多谐振荡器相连，由所述压力测量多谐振荡器直接将振荡信号送至所述单片机进行计算和处理。本实用新型无需使用昂贵复杂的A/D转换电路，节约了制造成本；用少量功能键实现多功能操作，直观、方便；串行D/A转换，精度高，价格低；易于实现与其他类型的压力变送器兼容。
文档编号G01L9/12GK2589956SQ02294288
公开日2003年12月3日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者潘新民 申请人:天津师范大学