一种电容式微差压智能变送器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及自动化仪表领域，特别是一种电容式微差压智能变送器。
【背景技术】
[0002]压力测量工业中最基本的测量量之一。随着工业水平的发展，新的制造技术，材料技术，微电子技术，信息技术的压力传感器技术突飞猛进，压力传感器由最原始的弹簧管式、膜片式、隔膜式表发展到电阻应变式、电容式、压电式、扩散硅压阻式等。根据不同特性的传感器，发展成了各种压力变送器。同时按照不同被测压力源，压力变送器又可分为绝对压力变送器，高静压变送器，低、中、高差压变送器，微差压变送器等。在化工、石油、冶金、电站等主要以电容式变送器为主。随着工业的发展，越来越多的场合需要测量液体、气体和蒸汽、液位等的微小压力参数。传统的智能压力变送器不能很好的满足压力测量上的要求，因此，需要设计高精度的微差压变送器，来满足微小压力的测量。目前国内的微差压变送器相关设计主要采用扩散硅压力变送器。扩散硅压力变送器的原理是将被测介质的压力直接作用于传感器的扩散硅膜片上，通过电子线路检测位移量，通过计算最终生成标准工业压力测量信号，通过压力和膜片位移变化的关系来实现压力的测量。工艺的原因使扩散硅传感器的超差性能差，同时由于硅膜片的特性，使得扩散硅压力变送器在低于O后，温度稳定性大幅度降低，同时不能承受动态压力并且膜片较易损伤。
【实用新型内容】
[0003]针对上述存在的传感器超差性能差，温度稳定性低，膜片易损的问题，本实用新型提供了一种电容式微差压智能变送器。
[0004]一种电容式微差压智能变送器，包括检测部件和转换部件，检测部分将压力，差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数输出。而转换部件通过电子电路将电容变化量转换为4一20mA方便检测的电流信号输出，同时在转换部件中完成对传感器的温度补偿，调零，量程设置等功能。其特征在于:差动电容，是检测部件的重要组成部分，在压力的作用下，位于膜盒中间的膜片会产生位移，从而改变了中间膜片到两侧极板的距离。中央膜片在压力下位置更靠近高压侧，这一侧电容增加，而另一侧电容也随之减小。
[0005]一种智能微差压变送器的软件由监控模块，通信模块，数据处理模块，人机界面交互模块这四部分组成。通信模块负责变送器与外界的数据交互；数据处理模块则包括了对传感器变量的模数转换，数字滤波，温度补偿，线性与非线性补偿，零点飘移等对数据量的操作；人机交互界面模块的作用是通过液晶面板和面板中的按键，来直接对变送器进行调控操作；监控模块调度这三个模块。
[0006]一种智能微差压变送器的软件工作方式为:(1)系统开始运行并初始化端口及寄存器，对各个模块初始化设置；(2)系统判断所处模式，实时监控模式以200m为固定周期进行数据处理及发送，实现压力值的实时转换。本地操作模式状态下用户通过键盘完成变送器配置；(3)在实时监控模式下完成数据采集数据处理数据输出，同时系统通过中断完成与外界进行通讯。
[0007]作为本实用新型的一种优选方案，数据处理可采用二维插值曲线拟合的方法。作为本实用新型的另一种优选方案，数模转换部分可以采用AD5421芯片。
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的结构原理图。
[0009]图中标记:1_压力源、2-传感器、3-信号转换电路、4-人机交互界面、5-中央处理器单元、6-数模转换器、7-输出端、8-转换部分、9-通信电路。
【具体实施方式】
[0010]一种电容式微差压智能变送器，包括检测部件和转换部件，检测部分将压力，差压信号通过电容膜盒转换成电容变化量相关的参数输出。而转换部件通过电子电路将电容变化量转换为4一20mA方便检测的电流信号输出，同时在转换部件中完成对传感器的温度补偿，调零，量程设置等功能。其特征在于:差动电容，是检测部件的重要组成部分，在压力的作用下，位于膜盒中间的膜片会产生位移，从而改变了中间膜片到两侧极板的距离。中央膜片在压力下位置更靠近高压侧，这一侧电容增加，而另一侧电容也随之减小。为了提高模数转换的精度，采用了 24位的模数转换器，这样A D的采用数值可以达到224个码，因此分辨率为1/16777216，可以测量的电压的最小变化范围为0.00006mV。这样就能满足智能压力变送器对精确度、量程范围调节的要求。在本实用新型采用AD公司的24位模/数转换芯片AD7714。它是一款非常适合用在低频的测量用途的模拟前端，最高可以实现24位无丢失码性能，具有高精度、低价格、强抗干扰，低功耗的特点，非常适合用在微差压变送器上。数模转换也是变送器的精度能否提高的关键，为了达到这一目标，本实用新型采用了 AD5421芯片。AD5421集成了 16位数字/模拟转换器(DAC)，电流和电压输出大小都可以通过编程实现，具有控制4 -20 mA或O ~20 mA的功能。在主控的中央处理单元方面，我们选用了MSP430F5438。相比于其它系列的MCU，MSP430F5438的主频达到18MHZ，增加了电源管理模块PMM，即3.3V电源供电后分成VCC和Vcore两个电压，分别对CPU和外围模块供电，从而保证了功耗更低。而且MSP430F5438具有256K的FLASH空间，16K RAM空间，更方便程序的编写。MSP430F5438的四个串口能够使外部设备扩展性能得到提高，而不需要通道复用，使得程序功能得到更好发挥。除了这些主控电路，显示模块，通信模块以及外围基本电路，组成了微差压变送器的基本电路构造。
[0011]一种智能微差压变送器的软件，其特征在于:由监控模块，通信模块，数据处理模块，人机界面交互模块这四部分组成。智能微差压变送器的软件主要由监控模块，通信模块，数据处理模块，人机界面交互模块这四部分组成。通信模块负责变送器与外界的数据交互，通信方式有许多种，目前在工业应用领域，最广泛的是使用FF、PR0FIBUS、L0NW0RKS、CAN和HART这些协议。同时在这些协议的基础上，都有相应的无线型协议正在研宄和发展中。这种软硬件设计结构都能够很好胜任这些协议，程序可扩展性强。数据处理模块则包括了对传感器变量的模数转换，数字滤波，温度补偿，线性与非线性补偿，零点飘移等对数据量的操作，这一数据处理部分是微差压变送器是否能达到所需精度的关键，也是整个微差压变送器的核心。人机交互界面模块的作用是通过液晶面板和面板中的按键，来直接对变送器进行调控操作。监控模块是调度这三个模块的关键，它关系着整个系统的运行的命脉。
[0012]一种智能微差压变送器的软件工作方式为:
[0013](I)系统开始运行并初始化端口及寄存器，对各个模块初始化设置；
[0014](2)系统判断所处模式，实时监控模式以200m为固定周期进行数据处理及发送，实现压力值的实时转换。本地操作模式状态下用户通过键盘完成变送器配置；
[0015](3)在实时监控模式下完成数据采集数据处理数据输出，同时系统通过中断完成与外界进行通讯。
[0016]作为本实用新型的一种优选方案，数据处理可采用二维插值曲线拟合的方法。作为本实用新型的另一种优选方案，数模转换部分采用了 AD5421芯片。
【主权项】
1.一种电容式微差压智能变送器，包括检测部件和转换部件，其特征在于:所述的检测部件的差动电容设有膜盒，中间设有膜片。
2.根据权利要求1所述的一种电容式智能微差压变送器，其特征在于:软件部分由监控模块，通信模块，数据处理模块，人机界面交互模块这四部分组成。
【专利摘要】本实用新型针对工业应用领域中的微小压力测量，采用低功耗硬件技术，以MSP430F5438为主控芯片，基于HART通信协议，采用软件方法解决了传感器的零点漂移、温度漂移、传感器在量程范围内的线性及非线性补偿，提出了一种以电容式压力传感器为基础的微差压智能变送器。
【IPC分类】G01L9-12, G01L19-02, G01L19-08, G01L19-04
【公开号】CN204575241
【申请号】CN201420766914
【发明人】杨凌云
【申请人】成都创客之家科技有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年12月9日