抗变频干扰电路及其抗变频干扰的压力变送器的制作方法

文档序号:5926650阅读:270来源:国知局
专利名称:抗变频干扰电路及其抗变频干扰的压力变送器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及能源动力和国防军工领域中各种燃气涡轮机械系统中的气体压力测量,尤其是一种的抗变频干扰电路以及包含有该电路的压力变送器,在有变频器工作以及各种其他电网严重污染和电磁干扰情况下,可对气体压力进行精确测量。
背景技术
目前,国内外一般压力变送器供电大都是在12V 30V直流电压激励下工作,产生 4 20mA、(Tl0mA电流信号或(T5V、(TlOV电压信号,大部分压力变送器可以抗工频干扰,但是抗变频干扰的能力都比较差。变频干扰本身是一种电源污染,是在220V电源上产生的多次历次谐波。变频干扰的历次谐波会对压力变送器输出信号产生不稳定影响,在高频动态情况下产生尖锐毛刺,从而影响测量效果和精度。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种新的抗变频干扰电路和含有该抗变频干扰电路的压力变送器,其提出了消除历次谐波对压力变送器输出信号产生的不稳定影响,以及在高频动态情况下所产生的尖锐毛刺的技术,使压力变送器输出信号更加稳定真实。本实用新型解决上述技术问题的技术手段为,一种抗变频干扰电路,其特征在于 包括以下电路模块电源滤波器,用于过滤输入电源里的历次谐波;恒流源电路,接收电源滤波器过滤后的电源,用于产生恒定电流;压力传感器,接收恒流源电路提供的恒定电流电源同时接收外部压力源,用于产生电压小信号;电压变换器,用于将电源滤波器过滤后的电源变换成恒压直流电源;电压反相器,用于将恒压直流电源变换成一个与之相反的负电源; 仪表放大器,接收恒压直流电源作为正电源,同时接收电压反相器产生的负电源,用于将压力传感器产生的电压小信号转换成标准的电压信号。进一步地,所述仪表放大器由INA114芯片及其外围调零电路及其调满度电路组成;其中外围调零电路由电阻Rl、电阻R2、电阻R3和电位器W2组成,电阻Rl —端接所述压力传感器第一脚,另一端接电位器W2,电位器W2的另一端接电阻R3,电阻R3再接压力传感器第三脚,电阻R2位于电位器W2的可变端和压力传感器第四脚之间,压力传感器第二脚接 INA114芯片第二脚,压力传感器第四脚接INA114芯片第三脚;调满度电路由电位器W1、电阻R5组成,电位器Wl —端接INA114芯片第一脚,另一端串联电阻R5到INA114芯片第八脚,INA114芯片第六脚串联电阻R6作为信号输出端。进一步地,所述电源滤波器由穿心电容Cl、穿心电容C2和电容C3、电容C4组成, 穿心电容Cl的低电位端、穿心电容C2的低电位端以及电容C3的一端、电容C4的一端共同接于一个公共端,穿心电容Cl的高电位端分别接电源正极和电容C3的另一端、穿心电容C2 的高电位端一头接电源负极,另一头与电容C4的另一端共地。所述恒流源电路由LM317芯片及电阻R4组成,电阻R4接于LM317芯片第二脚和第三脚之间,LM317芯片第一脚串联电容C5接地,同时由二极管IN4148接电源滤波器。所述电压变换器由LM7809芯片及电容C6组成,电容C6位于LM7809芯片第二脚和第三脚之间,LM7809芯片第一脚由二极管IN4148接电源滤波器,LM7809芯片第三脚接 INAl 14芯片第七脚。所述电压反相器由ICL7660芯片及电容C7、电容C8组成,电容C7位于ICL7660芯片第二脚和第四脚之间,电容C8位于ICL7660芯片第五脚和第三脚之间,ICL7660芯片第五脚接INA114芯片第四脚。进一步地,所述穿心电容Cl、穿心电容C2的容量分别为1000PF,所述电容C3、电容 C4的容量分别为4700PF。本发明解决上述技术问题的另一技术手段为,一种抗变频干扰的压力变送器,包括敏感元件、芯片座、压环、电路板、前外壳、后外壳和锁紧件,所述电路板包括如前所述的抗变频干扰电路。进一步地,所述敏感元件为压阻式压力传感器,其与内部电路一体成型于同一硅片上。本实用新型的有益效果在于在有变频器工作以及各种其他电网严重污染和电磁干扰情况下,可对气体压力进行精确测量。具有耐高温,抗干扰性能好,测量灵敏度高,线性好,互换性好等优点。

图I是本实用新型抗变频干扰的压力变送器的结构示意图。图2是本实用新型抗变频干扰电路的电路原理图。图3是本实用新型抗变频干扰电路的电路图。其中1、敏感元件,2、芯片座,3、压环,4、电路板,5、前外壳,6、后外壳,7、锁紧件, 8、恒流源电路,9、压力传感器,10、压力源,11、仪表放大器,12、信号输出,13、电压反相器, 14、电压变换器,15、电源滤波器,16、电源输入。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作详细说明。参见图1,压力变送器的芯片座2内部,配置敏感元件I即传感器,充油芯体传感器压力膜片正对压力孔的中心,充油芯体陶瓷线路板后部分及传感器出线由压环3锁紧在芯片座2上,在压环3的后端用M3螺钉将压力变送器抗变频干扰电路板4紧固在一起,前外壳5套在电路板4的外侧,一端螺纹连接在芯片座2外,另一端与后外壳6螺纹连接,压力变送器的电源线及信号线统一从后外壳6接出,并经过锁紧件7将变送器出线电缆锁紧在后壳体6上面,这样就构成了压力变送器的完整结构。参见图2,其内部电路包括一个电源滤波器15,可将受污染电源里的历次谐波对壳体滤掉,然后将一个比较理想的电源送入到恒流源电路8,使其产生一个f2mA的高精度、高稳定度的恒定电流,为压力传感器9提供电源,另一路进入电压变换器14,使其产生一个9V的直流电源,其中一路为仪表放大器11提供正电源,另一路被送入电压反相器13 产生一个与之相反的负电源并将负电源送入仪表放大器11中。压力P通过压力源10入口进入压力传感器9的受力面,产生一个3(Tl50mV的微小电压信号,再送入仪表放大器11,便产生一个标准的0 5V或5V的电压输出信号12。参见图3,该图是一个完整的(T5V或广5V电路原理图。仪表放大器11由INAl 14 芯片及其外围调零电路及其调满度电路组成;其中外围调零电路由电阻R1、电阻R2、电阻 R3和电位器W2组成,电阻Rl —端接所述压力传感器9第一脚Pin21,另一端接电位器W2, 电位器W2的另一端接电阻R3,电阻R3再接压力传感器9第三脚Pin23,电阻R2位于电位器W2的可变端和压力传感器9第四脚Pin24之间,压力传感器9第二脚Pin22接INAl 14芯片第二脚Pinl3,压力传感器9第四脚Pin24接INA114芯片第三脚Pinl2 ;调满度电路由电位器W1、电阻R5组成,电位器Wl —端接INA114芯片第一脚Pinl4,另一端串联电阻R5到 INAl 14芯片第八脚Pin8,INAl 14芯片第六脚Pin9串联电阻R6作为信号输出端。INA114 芯片第五脚PinlO接地。电源滤波器15由穿心电容Cl、穿心电容C2和电容C3、电容C4组成,穿心电容Cl 的低电位端、穿心电容C2的低电位端以及电容C3的一端、电容C4的一端共同接于一个公共端并统一接地,穿心电容Cl的高电位端分别接电源正极和电容C3的另一端、穿心电容C2 的高电位端一头接电源负极,另一头与电容C4的另一端共地。恒流源电路8由LM317芯片及电阻R4组成,电阻R4接于LM317芯片第二脚Pin6 和第三脚Pin5之间,LM317芯片第一脚Pin4串联电容C5接地,同时由二极管IN4148接电源滤波器。电压变换器14由LM7809芯片及电容C6组成,电容C6位于LM7809芯片第二脚 Pin2和第三脚Pin3之间,LM7809芯片第一脚Pinl由二极管IN4148接电源滤波器,LM7809 芯片第三脚Pin3接INA114芯片第七脚Pin7。电压反相器13由ICL7660芯片及电容C7、电容C8组成,电容C7位于ICL7660芯片第二脚Pin20和第四脚Pinl9之间,电容C8位于ICL7660芯片第五脚Pinl5和第三脚 Pinl7之间,ICL7660芯片第五脚Pinl5接INAl 14芯片第四脚Pinll0 ICL7660芯片第三脚 Pinl7接地。穿心电容Cl、穿心电容C2的容量分别为1000PF,所述电容C3、电容C4的容量分别为 4700PF。INA114是一种低功耗高精度通用单片仪表放大器,内部采用了激光修调技术,具有非常低的输入失调电压和输入失调电压温度漂移系数。通过一个外接电阻,增益广10000 可变。电流反馈输入电路提供了 G=IOO时的带宽。本申请中,压力变送器采用压阻式压力传感器作为敏感元件,其内部电路中的敏感元件,通过在单晶硅的特定晶向制成应变电阻而构成的惠斯顿检测电桥,并同时利用硅的弹性力学特性,在同一硅片上进行特殊的机械加工,从而集应力敏感与力电转换检测于一体。经过仪表放大器将30mV 150mV的电压信号线性化放大到标准信号输出。仪表放大器11是一种高增益、直流稱合放大器,它具有差分输入、单端输出、高输入阻抗和高共模抑制比等特点。仪表放大器11所采用的运算放大器与标准运算放大器有很大的不同。标准运算放大器是单端器件,其传输函数主要由反馈网络决定;而仪表放大器 11在有共模信号条件下能够放大很微弱的差分信号,因而具有很高的共模抑制比(CMRR)。 它通常不需要外部反馈网络。仪表放大器11是一种具有差分输入和其输出相对于参考端为单端输出的闭环增益单元。输入阻抗呈现为对称阻抗且具有大的数值(通常为109M或更大)。与由接在反向输入端和输出端之间的外部电阻决定的闭环增益运算放大器不同, 仪表放大器11使用了一个与其信号输入端隔离的内部反馈电阻网络。利用加到两个差分输入端的输入信号,可以从内部预置增益,也可通过与信号输入端隔离的内部或外部增益电阻器来进行设置增益。典型仪表放大器的增益设置范围为I 10000。本实用新型的主要性能参数如下低输入失调电压50y V ;低温度漂移系数
0.5uV/°C ;低输入偏置电流5Na ;高共模抑制比CMRR为120dB ;输入保护±40V ;低静态电流700 UA等。在大多数情况下不需要外部失调调节。绝对最大的额定值例如供电电源 ±2. 2 ±18V ;工作环境温度-55 125°C ;模拟输入电压范围±40V。
权利要求1.一种抗变频干扰电路,其特征在于包括以下电路模块电源滤波器,用于过滤输入电源里的历次谐波;恒流源电路,接收电源滤波器过滤后的电源,用于产生恒定电流;压力传感器,接收恒流源电路提供的恒定电流电源同时接收外部压力源,用于产生电压小信号;电压变换器,用于将电源滤波器过滤后的电源变换成恒压直流电源;电压反相器,用于将恒压直流电源变换成一个与之相反的负电源;仪表放大器,接收恒压直流电源作为正电源,同时接收电压反相器产生的负电源,用于将压力传感器产生的电压小信号转换成标准的电压信号。
2.根据权利要求1所述的抗变频干扰电路,其特征在于所述仪表放大器由INA114芯片及其外围调零电路及其调满度电路组成;其中外围调零电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3 和电位器W2组成,电阻Rl —端接所述压力传感器第一脚(Pin21),另一端接电位器W2,电位器W2的另一端接电阻R3,电阻R3再接压力传感器第三脚(Pin23),电阻R2位于电位器 W2的可变端和压力传感器第四脚(PinM)之间,压力传感器第二脚(Pin22)接INA114芯片第二脚(Pinl3),压力传感器第四脚(Pin24)接INA114芯片第三脚(Pinl2);调满度电路由电位器W1、电阻R5组成,电位器Wl —端接INA114芯片第一脚(Pinl4),另一端串联电阻R5 到INA114芯片第八脚(Pin8),INAl 14芯片第六脚(Pin9)串联电阻R6作为信号输出端。
3.根据权利要求2所述的抗变频干扰电路,其特征在于所述电源滤波器由穿心电容Cl、穿心电容C2和电容C3、电容C4组成,穿心电容Cl的低电位端、穿心电容C2的低电位端以及电容C3的一端、电容C4的一端共同接于一个公共端并统一接地,穿心电容Cl的高电位端分别接电源正极和电容C3的另一端、穿心电容C2 的高电位端一头接电源负极,另一头与电容C4的另一端共地;所述恒流源电路由LM317芯片及电阻R4组成,电阻R4接于LM317芯片第二脚(Pin6) 和第三脚(Pin5)之间,LM317芯片第一脚(Pin4)串联电容C5接地,同时由二极管IN4148 接电源滤波器;所述电压变换器由LM7809芯片及电容C6组成,电容C6位于LM7809芯片第二脚(Pin2 ) 和第三脚(Pin3)之间,LM7809芯片第一脚(Pinl)由二极管IN4148接电源滤波器,LM7809 芯片第三脚(Pin3)接INA114芯片第七脚(Pin7);所述电压反相器由ICL7660芯片及电容C7、电容C8组成,电容C7位于ICL7660芯片第二脚(Pin20)和第四脚(Pinl9)之间,电容C8位于ICL7660芯片第五脚(Pinl5)和第三脚 (Pinl7)之间,ICL7660芯片第五脚(Pinl5)接INA114芯片第四脚(Pinll)。
4.根据权利要求3所述的抗变频干扰电路,其特征在于所述穿心电容Cl、穿心电容 C2的容量分别为1000PF,所述电容C3、电容C4的容量分别为4700PF。
5.一种抗变频干扰的压力变送器,包括敏感元件、芯片座、压环、电路板、前外壳、后外壳和锁紧件,其特征在于所述电路板包括如权利要求1 一 4所述的抗变频干扰电路。
6.根据权利要求5所述的压力变送器,其特征在于所述敏感元件为压阻式压力传感器,其与内部电路一体成型于同一硅片上。
专利摘要本实用新型涉及一种抗变频干扰电路及其抗变频干扰的压力变送器,该抗变频干扰电路包括电源滤波器,恒流源电路,压力传感器,电压变换器,电压反向器和仪表放大器,其中仪表放大器由INA114芯片及其外围调零电路及其调满度电路组成,抗变频干扰的压力变送器中包括前述的抗变频干扰电路,本实用新型可消除历次谐波对压力变送器输出信号的不稳定影响,以及在高频动态情况下所产生的尖锐毛刺。信号输出为0-5V及1-5V高频动态信号。该压力变送器可以满足能源动力和国防军工领域中各种燃气涡轮机械系统中的气体压力测量的需要,尤其是在有变频器工作以及各种其他电网严重污染和电磁干扰情况下,可对气体压力进行精确测量。
文档编号G01L9/04GK202305092SQ20112039279
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者单伟忠, 孙弟娃, 李军, 桑增产, 王军强, 王麦光, 肖阳, 范俊, 陈策 申请人:中国人民解放军总参谋部陆航研究所, 桑增产
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