专利名称：智能差压变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业自动化仪表，特别是一种能同时测量差压、静压和温度，并通过对静压和温度进行补正来实现高精度、高稳定性和高可靠性的智能差压变送器。
背景技术：
目前，国内现有变送器采用传感器的主要类型是金属电容式和单一功能的硅压阻式。
由于传感器功能单一，不能同时测量静压和温度，故不能对静压和温度进行补正，使得变送器精度低、稳定性与可靠性差。
本实用新型的目的在于通过对静压和温度进行补正使差压测量的线性得到很好的校正，从而实现智能差压变送器的高精度、高稳定性和高可靠性。
实用新型内容智能差压变送器是由传感器做为芯体，并形成检测部件，再辅之转换放大电路而成，转换放大电路包括采样单元、微处理单元、数模转换单元、通讯单元，其特征在于(a)传感器为多功能硅压阻复合传感器，将硅敏感芯片7的背面封接有带孔的双抛玻璃8，其中玻璃孔位于硅敏感芯片7背面的差压敏感膜片4的下方，静压敏感膜片5由带孔的双抛玻璃8上面无孔区域封死，带孔的双抛玻璃8的下方封接有导压管9，其中玻璃孔与导压管的导压孔相配合，除留有硅敏感芯片7正面、导压管入口一端外，所有部件用基座11封装固定，基座上固定有引线10，硅铝丝6将差压敏感电桥1、静压敏感电桥2、温度敏感元件3与引线10相连，形成完整的全固态封装传感器；
(b)形成检测部件以传感器为芯体，在导压管外端套有中心基座14，用本体12将传感器芯体、中心基座14固定成一体，本体有一侧壁孔，可将传感器信号引线10用软带13从本体12的侧壁孔引出，在硅敏感芯片7正面相对于导压管的位置本体12留有导压孔，该导压孔外侧固定中心膜片15，同时在另一端中心基座14导压管外侧也固定有中心膜片15，用本体基座将本体、中心基座、传感器芯体固定在其中，本体基座内侧与本体之间的连接可采用焊接形式，中心膜片15均采用周边固定的方法，固定在本体基座17与本体之间，中心膜片中心部位内外侧均留有间隙，与壁面不相接触，本体基座在相对于本体12上的导压孔、中心基座14导压管的导压孔处的相对位置上也各置有导压孔，在本体基座17的导压孔外侧固定有隔离膜片16，隔离膜片可采用周边焊接固定在本体基座外侧表面上，隔离膜片中心与导压孔相对应，并与本体基座外侧表面有间隙，内部充灌硅油后形成完整的全固态封装的多功能硅压阻复合传感器检测部件。
在本实用新型中硅敏感芯片7是指在双面抛光的N型硅单晶片的正面注入硼形成P型差压敏感电桥1、静压敏感电桥2，并在两电桥联接处置有温度敏感元件3，在硅单晶片的背面与正面两个惠斯登电桥相对应的位置区域形成两个深浅不一的II形凹槽，使得两位置的晶片厚度不等，即形成两个膜片厚度不等的差压敏感膜片4和静压敏感膜片5；将该芯片与双抛玻璃相接、双抛玻璃与导压管相接，再由基座封装固定，可形成本实用新型所述的多功能硅压阻复合传感器。
在本实用新型中，多功能硅压阻复合传感器的封装结构可使硅敏感芯片的差压敏感电桥1感受到传感器芯体两端的压力-差压；而静压敏感电桥2只能感受到传感器正压端的压力-静压。导压管一端与双抛玻璃相接进而连接硅敏感芯片的这一侧为正压侧，外套中心基座的导压管另一端的一侧为负压侧。
这种结构形式封装的传感器，当测量压力超过量程5倍时，中心膜片运动，导致隔离膜片运动，使隔离膜片与本体基座贴死，测量压力无法传导到敏感芯片7上，从而从结构上实现了过压保护。由于差压的作用，使得传感器桥路电阻阻值随之发生变化，使桥路输出电压与差压成正比。
本实用新型中采样转换单元可选用24位高精度可编程A/D转换芯片，小信号采样精度高，在转换信号低至5mV情况下，转换精度可达0.015‰。
本实用新型中微处理单元可选用Motorola公司的微处理器，在该单元设计中外扩了32K的ROM，用作程序存储器。考虑到现场检查和维修及放大器的互换问题，外扩了2K的E2PROM，存放传感器整定参数。A/D和D/A转换接口均采用串行接口技术，数字显示单元采用并行接口技术，能更迅速地反映变送器的实时输出，同时可现场显示26种工程单位。软件补偿采用数学模型优算法和在线修正技术，实现整机宽范围、高精度温度和线性补偿，数字补偿精度可达0.01％。
本实用新型中数模转换单元可采用美国AD公司的D/A转换芯片，该芯片具有16位的转换精度，不仅精度高而且转换速度快，集供电、信号输出和载波通讯于一体。
本实用新型中通讯单元主要由输入带通滤波电路、输出整形滤波电路、调制解调器等组成，当变送器接收HART通讯信号时，输入带通滤波器将HART的正弦波变成方波后送到调制解调器，经调制解调器解调成数字信号送CPU处理，CPU返回的数字信号经调制解调器调制成HART频率，经波形整定电路变成标准的HART正弦波。
利用实用新型得到的差压型智能变送器样机性能稳定、可靠，具有高精度(±0.1％以上)。性能全部达到了智能变送器技术指标要求。
图1为硅敏感复芯片7的示意图，图中1、差压敏感电桥2、静压敏感电桥3、温度敏感元件
4、差压敏感膜片5、静压敏感膜片图2为多功能硅压阻复合压力传感器的示意图，图中1、差压敏感电桥2、静压敏感电桥4、差压敏感膜片5、静压敏感膜片6、硅铝丝 7、硅敏感芯片8、双抛玻璃9、导压管 10、引线11、基座图3为本实用新型的一种智能压力变送器结构示意图，图中12、本体 13、软带 14、中心基座15、中心膜片 16、隔离膜片 17、本体基座图4为本实用新型的智能压力变送器转换放大电路功能示意方框图在本实用新型的智能压力变送器中采用了差压、静压、温度三个传感器复合在一个单晶硅片上的多功能传感器，使得能够通过变送器中的微处理器对静压和温度影响进行补偿。从而实现了整机的高精度、高稳定性和高可靠性；其次是智能变送器在信号转换放大电路中采用了可编程A/D、D/A转换、微处理器、HART通讯等高性能硬件和软件，实现了整机的数字化和智能化。
具体实施方式
采用图3所示的结构的智能压力变送器，当被测量的差压作用于检测部件正压侧时，由于正压侧感受的压力大于负压侧的压力，致使正压侧隔离膜片16向本体基座17移动，内充液体将该压力传递给正压侧中心膜片15，引起中心膜片15移动，在内充液作用下将该压力又传递到传感器芯体正压侧，差压敏感膜片4和静压敏感膜片5同时感受到该压力，引起敏感膜片电阻阻值发生变化；与此同时，复合传感器中的温度敏感元件3也通过内封液的热传导感受到被测流体的温度，引起温度敏感元件3电阻阻值的变化，此时，差压、静压和温度引起复合传感器芯片三种参数的变化均通过信号引线10和软带13被送到转换放大电路采样单元的可编程模—数转换器中，该信号被放大后经模—数转换器转换成数字信号再送到微处理器单元，微处理器对差压信号经过静压和温度补偿运算后进行线性校正，再经数—模转换器转换成与被测量的差压成正比的直流4-20毫安输出信号。与检测部件相关的差压、静压、温度参数和变送器的功能参数被储存在两个存储器中。
权利要求1.一种智能差压变送器是由传感器做为芯体，并形成检测部件，再辅之转换放大电路而成，转换放大电路包括采样单元、微处理单元、数模转换单元、通讯单元，其特征在于(a)传感器为多功能硅压阻复合传感器，将硅敏感芯片(7)的背面封接有带孔的双抛玻璃(8)，其中玻璃孔位于硅敏感芯片(7)背面的差压敏感膜片(4)的下方，静压敏感膜片(5)由带孔的双抛玻璃(8)上面无孔区域封死，带孔的双抛玻璃(8)的下方封接有导压管(9)，其中玻璃孔与导压管的导压孔相配合，除留有硅敏感芯片(7)正面、导压管入口一端外，所有部件用基座(11)封装固定，基座上固定有引线(10)，硅铝丝(6)将差压敏感电桥(1)、静压敏感电桥(2)、温度敏感元件(3)与引线(10)相连，形成完整的全固态封装传感器；(b)形成检测部件以传感器为芯体，在导压管外端套有中心基座(14)，用本体(12)将传感器芯体、中心基座(14)固定成一体，本体有一侧壁孔，可将传感器信号引线(10)用软带(13)从本体(12)的侧壁孔引出，在硅敏感芯片(7)正面相对于导压管的位置本体(12)留有导压孔，该导压孔外侧固定中心膜片(15)，同时在另一端中心基座(14)导压管外侧也固定有中心膜片(15)，用本体基座将本体、中心基座、传感器芯体固定在其中，本体基座内侧与本体之间的连接可采用焊接形式，中心膜片(15)均采用周边固定的方法，固定在本体基座(17)与本体之间，中心膜片中心部位内外侧均留有间隙，与壁面不相接触，本体基座在相对于本体(12)上的导压孔、中心基座(14)导压管的导压孔处的相对位置上也各置有导压孔，在本体基座(17)的导压孔外侧固定有隔离膜片(16)，隔离膜片可采用周边焊接固定在本体基座外侧表面上，隔离膜片中心与导压孔相对应，并与本体基座外侧表面有间隙，内部充灌硅油后形成完整的全固态封装的多功能硅压阻复合传感器检测部件。
2.根据权利要求1所述的智能差压变送器，其特征在于硅敏感芯片(7)是指在双面抛光的N型硅单晶片的正面注入硼形成P型差压敏感电桥(1)、静压敏感电桥(2)，并在两电桥联接处置有温度敏感元件(3)，在硅单晶片的背面与正面两个惠斯登电桥相对应的位置区域形成两个深浅不一的∏形凹槽，使得两位置的晶片厚度不等，即形成两个膜片厚度不等的差压敏感膜片(4)和静压敏感膜片(5)。
3.根据权利要求1所述的智能差压变送器，其特征在于采样转换单元可选用24位高精度可编程A/D转换芯片。
4.根据权利要求1所述的智能差压变送器，其特征在于微处理单元中A/D和D/A转换接口均采用串行接口。
5.根据权利要求1所述的智能差压变送器，其特征在于数模转换单元采用D/A转换芯片。
专利摘要一种智能差压变送器是由传感器做为芯体，并形成检测部件，再辅之转换放大电路而成，其特征在于采用了差压、静压、温度三个传感器复合在一个单晶硅片上的多功能传感器，使得能够通过变送器中的微处理器对静压和温度影响进行补偿。从而实现了整机的高精度、高稳定性和高可靠性；其次是智能变送器在信号转换放大电路中采用了可编程A/D、D/A转换、微处理器、HART通讯等高性能硬件和软件，实现了整机的数字化和智能化。
文档编号G01D21/02GK2758712SQ20042011599
公开日2006年2月15日 申请日期2004年12月1日 优先权日2004年12月1日
发明者郑永辉, 褚斌, 刘辉, 李云鹏, 史云肖, 孙烈鹏 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油兰州炼油化工总厂, 吉化集团公司