压力测量装置、温度补偿装置以及补偿方法与流程

本发明申请属于超小压力测量，具体来说，涉及一种压力测量装置、压力补偿装置以及补偿方法，用以实现50pa以下的超小压力的测量。

背景技术：

1、目前，国内压力变送器制造行业制造出的压力变送器精度很难达到0.1％，更不用说达到0.05％甚至更高精度的产品，而国外(例如罗斯蒙特，霍尼韦尔，横河等公司)的变送器生产商已经生产制造出精度可达0.05％级的变送器，特别是在超小量程的测量中，国内微差压变送器能够测量的最小量程只能到100pa以上，而且精度只能达到0.3％。国际上能够生产制造超微差压变送器(量程50pa以下，精度0.1％)的厂家目前仅罗斯蒙特一家，基本处于国际垄断地位。

2、如图1所示，现有技术中的压力测量装置包括测量头、模数转换器以及微控制器，其中模数转换器采用16位的cs5525模数转换器，而微控制器采用的是at89c52单片机，该压力测量装置中，cs5525模数转换器的模数转换分辨率较低，且at89c52单片机的采样频率较慢，导致该压力测量装置对于微弱压力信号的测量抗干扰性较差，使得压力变送器对超小压力的测量精度难以达到高精度的要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的压力变送器对超小压力的测量精度难以达到当前精度需求的问题，本申请提供了一种压力测量装置、温度补偿装置以及补偿方法，通过该压力装置以及温度补偿装置能够大大提高压力变送器对超小压力的测量精度。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供了一种压力测量装置，包括：

4、测量头，用于将压力信号转换为模拟电信号；

5、模数转换器，用于将模拟电信号转换为数字信号，所述模数转换器采用24位ads1224模块；

6、微控制器，其用于接收数字信号并进行相应处理并输出压力值，所述微控制器采用r7fa4m1ab3cfp芯片；

7、抗干扰模块，其连接到微控制器，用于对信号进行抗干扰处理；

8、hart通信模块，其用于连接微控制器与上位机。

9、采用上述技术方案的压力测量装置，采用分辨率更高的24位模数转换器ads1224模块能够提高小信号测量的精度，采用采样频率更高、性能更稳定的r7fa4m1ab3cfp微控制器芯片能够调用滤波算法对信号进行滤波处理，还能提高采样信号的稳定性、速度及计算速度，同时增加抗干扰模块解决了信号微弱时波动较大的问题。

10、优选地，所述抗干扰模块包括：

11、电源电压监控芯片，其具有电源复位口和驱动程序接口，所述电源复位口与微控制器的复位口之间设有限流电阻，所述微控制器的复位口还与电源正极之间设有上拉电阻，在电源正极与电源复位口之间设有稳压二极管，驱动程序接口与电源负极之间设有阻容滤波器。通过限流电阻、上拉电阻和稳压二极管，即使外界施加高达1400v的脉冲干扰，智能芯片r7fa4m1ab3cfp也能正常工作，而且阻容滤波器能够起到很好的滤波作用，因此上述结构的抗干扰模块不仅能够有效去除信号中小波动还能够防止脉冲干扰，保证装置在稳定的电压下正常工作。

12、第二方面，本申请还提供了一种温度补偿装置，包括：

13、温控箱，其用于放置若干压力测量装置的测量头，并提供设定的温度，且所述温控箱的温控模块与上位机控制连接；

14、压力供给装置，其用于给温控箱内放置的测量头施加设定的压力；

15、压力控制器，其连接在上位机与压力供给装置之间，从而通过上位机控制压力供给装置输出的压力；

16、与温控箱连接的隔离控制电路，用于隔离外界带来的信号干扰；

17、气路切换模块，其用于控制压力供给装置与压力传感器的测量头的对应关系；

18、若干控制每一个hart通信模块与上位机进行通信的继电器。

19、优选地，所述压力供给装置包括：

20、若干不同量程的控压器，每一个控压器的输出端设有电磁阀；

21、电磁阀控制模块，其连接在上位机与每一个电磁阀之间，用于控制哪一路电磁阀打开或关闭；以及向每一个控压器提供气压的供气源，供气源与每一个控压器之间的供气通道上设有减压阀。

22、优选地，所述若干不同量程的控压器包括：量程分别为7.5kpa、100kpa、200kpa、3mpa和16mpa的五个控压器。根据测量头的测量量程选择不同量程的控压器来施加压力，能够提高测量头温度补偿后的测量精度。

23、优选地，所述温控箱内设有多组独立控制气路通断的腔室，每个腔室可以容纳多个测量头。同一类量程的测量头可以放在同一个腔室中进行温度补偿，从而在有效区分不同测量头的情况下同时对多个测量头进行温度补偿，提高了补偿效率。

24、第三方面，本申请还提供了一种压力测量装置的温度补偿方法，通过上述温度补偿装置对压力测量装置进行温度补偿，所述温度补偿方法包括：

25、将压力测量装置的测量头放置在温控箱中；

26、选取多个温度点给测量头提供不同温度，在每一个温度点通过压力供给装置向指定的测量头施加多组设定的压力；

27、将每一个压力测量装置的测量头所测试的在不同温度点、不同压力点所采集的压力数据通过hart通信模块发送到上位机；

28、利用测量头输入与输出的关系对压力数据进行拟合，并将拟合的系数写入到测量头中。

29、优选地，所述将压力测量装置的测量头放置在温控箱中具体为：

30、将同一测量量程的压力测量装置的测量头放置在同一组腔室中，然后通过气路切换模块选择匹配量程的控压器对测量头施加压力。

31、本发明申请相比现有技术，具有如下有益效果：

32、本发明申请的压力测量装置选择了性能更好的模数转换器和微控制器，能够提高小信号测量的精度和采集稳定性，通过抗干扰模块的设计能够降低小信号的波动幅度。将压力测量装置与温度补偿装置进行结合，能够利用压力测量装置对小信号采集的优异性能对多个温度点、压力点所采集的压力数据进行高逼近的拟合，使得经过温度补偿后的压力测量装置所输出的压力值非常接近真实值。

33、本发明申请经过温度补偿后，使只能测量到量程100pa(精度0.3％)的微差压变送器测量头可以测量到50pa以下量程，精度可达0.1％，补偿精度可以达到0.04％，在精度、稳定性、可靠性方面可媲美国际顶尖的压力变送器。

技术特征：

1.一种压力测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于，所述抗干扰模块包括：

3.一种温度补偿装置，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的温度补偿装置，其特征在于，所述压力供给装置包括：

5.根据权利要求4所述的温度补偿装置，其特征在于，所述若干不同量程的控压器包括：量程分别为7.5kpa、100kpa、200kpa、3mpa和16mpa的五个控压器。

6.根据权利要求4所述的温度补偿装置，其特征在于，所述温控箱内设有多组独立控制气路通断的腔室，每个腔室可以容纳多个测量头。

7.一种压力测量装置的温度补偿方法，通过权利要求3-6任一项所述的温度补偿装置对权利要求1-2任一项所述的压力测量装置进行温度补偿，其特征在于，所述温度补偿方法包括：

8.根据权利要求7所述的温度补偿方法，其特征在于，所述将压力测量装置的测量头放置在温控箱中具体为：

技术总结
本发明公开一种压力测量装置、温度补偿装置以及补偿方法，所述压力测量装置包括测量头，用于将压力信号转换为模拟电信号；ADS1224模数转换器，用于将模拟电信号转换为数字信号；微控制器R7FA4M1AB3CFP芯片，其用于接收数字信号并进行相应处理并输出压力值；抗干扰模块，其连接到微控制器，用于对信号进行抗干扰处理；HART通信模块，其用于连接微控制器与上位机。本发明将压力测量装置与温度补偿装置进行结合，能够利用压力测量装置对小信号采集的优异性能对多个压力数据进行拟合，使得经过温度补偿后输出的压力值非常接近真实值，经检测，经过温度补偿后的压力测量装置可以测量到50Pa以下量程，精度可达0.1％，补偿精度可以达到0.04％。

技术研发人员：谢彦辉,高晓红,韩兆鹏
受保护的技术使用者：重庆四联测控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13