专利名称：数字压力变送器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于压力变送器制造领域。
本实用新型现有技术领域中的已有技术是模拟压力变送器，该器是由壳体、接头、弹簧测压件、电路板等组成，接头连接在壳体上，并且与弹簧测压件连通，弹簧测压件与电路连接，电路输出端连接在壳体的接插件上。其不足之处是由于其结构设计上的局限，一是输出信号为模拟量输出(电压／或电流信号)，无法与计算机、打印机或微机化数字控制系统直接接口；二是没有数字显示装置，因而无法在使用现场读数或检验仪表的运行状况。
本实用新型的设计目的是避免现有技术中的不足之处，设计一种一是能够与计算机、打印机或微机化数字控制系统直接接口，二是能够用数字显示的数字压力变送器。
本实用新型的设计方案是1.数字压力变送器的设计思想见附图3。被测的压力信息P直接作用到压力－电压转换件16上，应用应变原理检测出毫伏级的与压力P值成比例的电压信号。该微弱信号经高精度放大电路17放大到一定的幅值后，一路逆入A／D转换电路18变换成数字量信号后由译码驱动电路19和LED显示器13显示出被测压力P值，以供现场读入；另一路取出A／D转换的BCD码提供数字量输出；模拟(V／I)变换电路提供模拟量输出。24V的直流工作电源经极性保护电路22及稳压电路23为系统提供所需的工作电压。a、压－电转换件16采用恒弹性不锈钢材料Cr17Niz.设计成周边固支的平膜片结构，为获得的压力－位移之间良好的线性特性，其中心位移量不足于不同量程膜片厚度的三分之一。对于不同的压力测量范围，仅改变膜片的厚度而其余零件均可通用。圆形组合金属箔式应变计粘贴在膜片上，从这个惠斯登测量电桥上就检测出与被测压力P成比例的电压信号，该元件的结构形式如图4所示。b、放大电路17选用精度运算放大器μA725，设计上采用一个调节元件2R7，使其增益既可调节，又不致降低共模抑制比的电路(图5)，从设计上保证了放大器的运算精度。在制做工艺上，也减少了常规变增益电路需要三对元件精密匹配的要求，另外，为使放大器的温度漂移得以控制，甚至能补偿测压元件的温度漂移，降低整个仪表的温度系数采用调节2R3，利用输入级静态电流的不平衡达到补偿温漂的机理，可使温度系数减小一个数量级以上。C、A／D变换电路18选用了双积分型单片CMOS3 1/2 位A／D变换器MC14433，该单元具有自动稳零、自动极性转换、输入阻抗高，外接元件少以及调简单等特点，为使电路具有较高的抗工频干扰的能力，时钟频率设计为48KHz，转换速率约为3次／秒。由于压力信号经前级放大后已达到优级，所以MC14433的基本量程设计为2.000V，这样也有益于数码的稳定显示。d、MC14433数字输出采取动态扫描显示方式，MC14511和MC1413组成为译码驱动电路19，e、BCD－七段译码电路MC14511就能使LED数码管(电路)13显示出负号和三位半数字。位选信号由MC1413驱动，按千位、百位、十位、个位的时序分别导通点亮。由于MC1413是七路达林顿的驱动电路，故LED数码管可达到足够的亮度。f、模拟变换电路21由电压跟跑器／电压－电流变换器组成，它们可分别输出标准模拟信号0～5V和0～10mA／0～20mA／4～20mA。用户根据自己的系统配置(DDZ－Ⅱ还是DDZ－Ⅲ)，就可选择适应自己的信号形式。一般来说，一个系统只需要有自己系统的标准信号，换句话说，对某一用户系统，他就只需要一种标准模拟信号的形式，所以生产者根据用户使用的要求，用同一块电路板，通过精心设计的印制板走线和适当的跳线，就可实现不同的信号输出，从而大大降低了生产成本和增强了灵活性，这也是该变送器设计中的一个主要考虑。数字信号的输出直接取自A／D变换电路18的信号，因此它是正逻辑调制的BCD码信号。控制信号EOC(转换结束)也连同8根数字信号线一起提供给用户，以备其它控制用。整机工作电流选用一组24V直流供应，它既符合DDZ－Ⅲ系统的仪表的标准电流，也兼顾其他系统。为防止使用不慎将电流极性搞错，设计有极性保护电路22。稳压电路23分别为各单元电路提供所需要的＋15V、＋5V和－5V电源，三端稳压器装配在表壳内侧，利用表壳的大面积达到良好散热的目的。为了保证压－电变换件16设计的测量精度，惠斯登电桥的激励电压必须恒定不变，本电路设计了多级稳压电路，最后一级选用了精密稳压电路芯片μA723，完全清除了输入电压(24V)在较大范围内波动引起的测量误差。2.结构设计方案数字压力变送器的电路板2位于表壳1内，压－电转换件16位于表壳内且通过密封圈6、螺母7与接头8连通，其压－电转换件中的引线1和3分别与1R1的连接端及电路板中的稳压电路23中的8C2的连接端连接，引线2和4分别与电路板中的放大电路17中的运算放大器μA725的同相端及反相端连接且引线2与1R2的一端连接、1R2的另一端与1R1的可调端连接；数码管13通过数码显示电路板固定在电路板上，其引线a、b、c、d、e、f、g、h、i和引线13、14、15、16分别与电路板中译码驱动电路19中的4R1～4R9的一端及MC1413的13、14、15、16的连接端连接，表面10通过支承件位于压－电转换件的前方，装饰框14位于表面及数码管的窗口上，表玻璃通过密封圈9位于表壳上，表盖旋接在表壳上；插头座15位于表壳上，其各连接端分别与电路板中模拟变换电路21中的6R8、6R10的一端、接地端、(A／D变换)电路中的MC14433的16、17、18、19、20、21、22、23及稳压电路中的电源线连接。a、压电转换件16是由箔应变计3、测压膜片4、受感部主体5和电阻1R1、1R2构成，测压膜片4与受感部主体5为一体，箔应变计3粘贴在测压膜片4上，1R1的两端分别与箔应变计的1、3端连接，1R2的一端与箔应变计的2端连接，1R2的另一端与1R1的可调端连接。b、电路板2是由印制板、放大电路17、A／D变换电路18、译码驱动电路19、模拟变换电路21、极性保护电路22及稳压电路23构成，稳压电路23的接地端分别与放大电路17、A／D变换电路18、译码驱动电路19、模拟变换电路21、极性保护电路22中的接地端连接接接头座15，稳压电路＋V1、＋V2、－V与放大电路的－V端连接，与A／D变换电路的＋V1端、－V端连接、与译码驱动电路的＋V1端连接、与模拟变换电路的－V、＋V2端连接；放大电路2R6、2R7的一端与电流转换开关K的连接端连接，A／D变换电路的MC14433的3端与放大电路中的2RX的一端连接，MC14433的15、16、17、18、19、20、21、22、23、24分别与译码驱动电路中的MC14511的4端、MC1413的1、2、3、4端、MC14511的7、1、2、6端及4R8、4R9的公共连接端连接后MC14433的16、17、18、19、20、21、22、23端通过连线接接头座，MC14433的9、10端接接头座；模拟变换电路的6R1、6R2、6R4的一端接电压转换开关的连接端、6BG1的集电极接极性保护电路的7C1的正极及7D1的负极，6R10、6R9的一端接接头座；极性保护电路的7D1的正极接7C2的一端及接头座；c、放大电路17的运算放大器μA725的输出端与可调电阻2R7的一端连接、2R7的另一端接地、2R7的可调端接2R1的一端、2R1的另一端接μA725的反相端。d、稳压电路23的负电源发生器20是由555集成电路、电阻8R5～8R7、电容8C3～8C6和二极管8D1、8D2构成，555集成电路的1端接8C4～8C6的一端，8D1的负极、8R7的一端及接地，8C4的另一端接555集成电路的5端，8C5的另一端接555集成电路的2端、6端及8R6的一端，8R6的另一端接555集成电路的7端及8R5的一端，8R5的另一端接555集成电路的4、8端及稳压电路23中的三端稳压电路7805的1端，8D1的正极接8R7的另一端、8D2的负极及8R3的负极，8C3的正极接555集成电路的3端，8C6的负极接8D2的正极。e、电流转换开关的动点3拨到其1点时，输出电流为0～20mA、拨到其2点时，输出电流为4～20mA。其整机电原理图示于图6、印制板图示于图7、图8。3.仪表的机械结构设计为机－电一体化，受感部件直接和接管咀连接，印刷电路板设计为二块，LED数码管板托出表面挡板，显示窗口设计有彩色装饰框，使得整机美观，数码明了。表壳为铝质材料浇铸成型，经机加、表处为朱红色烤漆，富有光泽感。表壳的所有连接处都采取了相应的机械密封或“O”型橡胶圈密封办法，使得仪表可在较为恶劣的环境中(低湿或粉尘)长期连续工作。
为了调试和维护的方便，设计有零点调节和满度校准装置，只须旋开表盖即可调校。整机结构如图1和图2所示。24V的工作电源线和输出的模拟数字信号均通过表壳上的15线接插件连接，该接插件具有较高的寿命和良好的接触性能。当插座与插头连接旋紧后，再用锁定螺钉锁死，进一步提高了接触的可靠性。
本实用新型与现有技术相比，(1)平膜片结构的弹性元件，测量精度可高达0.1％F.S.～0.2％F.S.，而且测量范围广，在0～60MPa范围内，可提供10种规格的系列产品；(2)被测压力数值可直接以数字显示(3 1/2 位)，消除了视觉差，提高了读数的准确性；(3)变送器的输出信号既可以数字量BCD码输出直接与计算机、打印机或数字控制系统接口，也可以标准模拟量电压／或电流输出与老系统的DDZ－Ⅱ或DDZ－Ⅲ系统仪表配用；(4)使用温度范围宽(－10℃～＋50℃)，温度误差小(0.015％F.S.／℃)(5)具有零点和满程调整装置，便于调整和校准；(6)仪表整体为全密封结构，可适应较恶劣的工作环境(潮湿和粉尘环境)；(7)整个仪表无机械运动部件，主要电路元件精选CMOS芯片，提高了仪表的可靠性。
图1是数字压力变送器的侧剖结构示意图。
图2是数字压力变送器的主视结构示意图。
图3是数字压力变送器的电原理图。
图4是数字压力变送器的压－电转换件16的结构示意图。
图5是数字压力变送器的放大电路17的简图。
图6是数字压力变送器的电路图。
图7是数字压力变送器的主电路印制板单面示意图。
图8是数字压力变送器的显示电路的双面印制板示意图。
附图标号说明1－表壳2－电路板3－箔应变计4－测压膜片5－受感部主体6－密封圈7－螺母8－接头9－密封圈10－表面11－表盖12－表玻璃13－数码管(电路)14－装饰框15－接头座16－压－电转换件17－放大电路18－A／D变换电路19－译码驱动电路20－负电源发生器21－模拟变换电路22－极性保护电路23－稳压电路实施例图1～图8是数字压力变送器的一种实施例。
实施1.仪表的所有机械零件的材料均为国产材料，其加工在普通车床即可完成。仪表的安装调试参照图1～图8及说明书第五部分在具有生产压力仪表的生产条件下就可实现，电子元器件在国内市场均可采购。
2.所使用的主要测试设备有(1)－30～＋80℃恒温箱(2)YU0～0.6MPa／YU0～6MPa／YU0～60MPa砝码校验器。
(3)SR－8双踪示波器(4)六位数字繁用表(5)YJW－30A直流稳压电流(6)专用数字电路测试仪(自制)(7)调试用接线盒(自制)
权利要求1.一种数字压力变送器的现有技术是模拟压力变送器，该器由壳体、接头、测压件、电路板等组成，接头连接在壳体上，并且与测压件连通，测压件与电路连接，电路输出端连接在壳体的接插件上，本实用新型的特征在于电路板2位于表壳1内，压-电转换件16位于表壳内且通过密封圈6、螺母7与接头8连通，其压-电转换件中的引线1和3分别与1R1的连接端及电路板中的稳压电路23中的8C2的连接端连接，引线2和4分别与电路板中的放大电路17中的运算放大器μA725的同相端及反相端连接且引线2与1R2的一端连接，1R2的另一端与1R1的可调端连接；数码管13通过数码显电路板固定在电路板上，其引线a、b、c、d、e、f、g、h、i和引线13、14、15、16分别与电路板中译码驱动电路19中的4R1～4R，的一端及MC1413的13、14、15、16的连接端连接，表面10通过支承件位于压-电转换件的前方，装饰框14位于表面及数码管的窗口上，表玻璃通过密封圈9位于表壳上，表盖旋接在表壳上；插头座15位于表壳上，其各连接端分别与电路板中模拟变换电路21中的6R8、6R10的一端、接地端、A/D变换电路中MC14433的16、17、18、19、20、21、22、23及稳压电路中的电源线连接。
2.根据权利要求1所述的数字压力变送器，其特征是压－电转换件16是由箔应变计3、测压膜片4、受感部主体5和电阻1R1、1R2构成，测压膜片4与受感部主体5为一体，箔应变计3粘帖在测压膜片4上，1R1的两端分别与箔应变计的1、3端连接，1R2的一端与箔应变计的2端连接，1R2的另一端与1R的可调端连接。
3.根据权利要求1所述的数字压力变送器，其特征是电路板2是由印制板、放大电路17、A／D变换电路18、译码驱动电路19、模拟变换电路21、极性保护电路22及稳压电路23构成，稳压电路23的接地端分别与放大电路17、A／D变换电路18、译码驱动电路19、模拟变换电路21、极性保护电路22中的接地端连接接接头座15，稳压电路＋V1、＋V2、－V与放大电路的－V端连接、与A／D变换电路的＋V1端、－V端连接、与译码驱动电路的＋V1端连接、与模拟变换电路的－V、＋V2端连接；放大电路2R6、2R7的一端与电流转换开关K的连接端连接，A／D变换电路的MC14433的3端与放大电路中的2RX的一端连接，MC14433的15、16、17、18、19、20、21、22、23、24分别与译码驱动电路中的MC14511的4端、MC1413的1、2、3、4端、MC14511的7、1、2、6及4R8、4R9的公共连接端连接后MC14433的16、17、18、19、20、21、22、23端通过连线接头座，MC14433的9、14端接接头座；模拟变换电路的6R1、6R2、6R4的一端接电压转换开关的连接端、6BG1的集电极接极性保护电路的7C1的正极及7D1的负极，6R10、6R9的一端接接头座；极性保护电路的7D1的正极接7C2的一端及接头座；
4.根据权利要求1所述的数字压力变送器，其特征是放大电路17的运算放大器μA725的输出端与可调电阻2R7的一端连接、2R7的另一端接地、2R7的可调端接2R1的一端、2R1的另一端接μA725的反相端。
5.根据权利要求3所述的数字压力变送器，其特征是稳压电路23的负电源发生器20是由555集成电路、电阻8R5～8R7、电容8C3～8C6和二极管8D1、8D2构成，555集成电路的1端接8C4～8C6的一端、8D1的负极、8R7的一端及接地，8C4的另一端接555集成电路的5端，8C5的另一端接555集成电路的2端、6端及8R6的一端，8R6的另一端接555集成电路的7端及8R5的一端，8R5的另一端接555集成电路的4、8端及稳压电路23中的三端稳压电路7805的1端，8D1的正极接8R7的另一端、8D2的负极及8R3的负极，8C3的正极接555集成电路的3端，8C6的负极接8D2的正极。
6.根据权利要求2所述的数字压力变送器，其特征是电流转换开关K的动点3拨到其1点时，输出电流为0－20mA，拨到其2点时，输出电流为4－20mA。
专利摘要数字式压力变送器由电路板及印制板、放大电路、A/D变换电路、译码驱动电路、模拟送换电路、极性保护电路及稳压电路构成。压—电转换件由箔应变计、测压膜片、受感部主体及电阻构成。因而具有工作性能稳定可靠、测量精度高、读数准确、使用温度范围广的优点，而且可以以数字量BCD码输出直接与计算机、打印机或数字控制系统接口，也可以标准模拟电压/或电流输出与老系统的DDZ—II或DDZ—III系统仪表配用。
文档编号G01D5/12GK2072211SQ9020522
公开日1991年2月27日 申请日期1990年4月20日 优先权日1990年4月20日
发明者王振中, 王宋科 申请人:宝鸡仪表厂