[發(fā)明專利]智能電容式差壓變送器及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710058375.3
• 申請日: 2007-07-24
• 公開（公告）號: CN101113934A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發(fā)明（設計）人: 高明璋;王雙存;孫振民;楊彬;張亞先;劉守寧
• 申請（專利權）人: 天津天儀集團儀表有限公司
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06;G01L19/08;G01L19/12
• 代理公司: 天津市宗欣專利商標代理有限公司
• 代理人: 王化一

技術領域

本發(fā)明涉及測量兩個或更多個壓力差值的設備或儀表，特別是一種應用于石油、化工、冶金、環(huán)保等行業(yè)的智能電容式差壓變送器及方法。

背景技術

差壓變送器是檢測、傳送、顯示、控制氣體、液體、固體等物質間作用力的裝置，它將壓力信號轉換成電信號并用于進行自動測量和自動控制的生產環(huán)節(jié)，一般有力平衡式、電容式、應變式、壓電式、壓阻式等，與力平衡式相比，電容式沒有傳動機構，尺寸緊湊、抗振性好、精度高、調零及調量程互不干擾，近來獲得了廣泛的應用，目前我國西安、北京都已生產包括壓力、差壓、絕對壓力、帶開方的差壓變送器等品種及高差壓、高靜壓等規(guī)格產品。

現(xiàn)有的帶HART總線的智能差壓變送器其原理框圖如圖2所示，其結構由T形管殼；安裝于T形管殼的下部垂直管殼內，兩面與高、低壓管件接口連接的敏感元件10(如圖1.所示的兩室結構電容式差壓傳感器)；安裝于T形管殼的下部垂直管殼內，由振蕩器ZH，解調器JT，振蕩控制器ZK，I/V轉換器組成的振蕩電路板單元5；安裝于T形管殼的上部水平管殼內，由微處理器MP(MSP430F427)，數(shù)字通訊ST(芯片HT2012PL和外圍電路)，D/A信號轉換(AD421)，電源部分組成的變送器主電路板單元4和由顯示模塊，按鍵組成的顯示模塊電路板單元3構成。

如圖1、2所示，敏感元件有三根引線(高壓電容極板，低壓電容極板引線，和公共極板引線)，其中高壓電容極板，低壓電容極板引線直接連接到解調器中的平衡電容C1、C2的一端，其公共極板引線接地并通過電容C₀接到電源V₊端。

和敏感元件10設置在一個殼體內的的溫度傳感器12輸出通過振蕩電路板單元5轉接到微處理器MP的A/D模數(shù)轉換輸入接口6腳。三極管B與變壓器線圈L4、L5、電阻R、電容C構成振蕩頻率為32KHz的振蕩器，振蕩器通過變壓器線圈L1，L2，L3耦合給解調器，解調器通過整流的原理，將流過敏感元件中的高壓電容的電流，低壓電容的電流在線圈L2進行矢量相加，相加得出的電流信號通過連線接到I/V轉換器中的運放輸入端TLC2254芯片2腳，信號經過I/V轉換器，轉換成差動電壓信號S+，S-，并通過導線連接到主電路板單元中MP的模數(shù)轉換A/D輸入接口2，3腳，振蕩控制器通過反饋運算放大器K輸出至振蕩器的三極管B發(fā)射極線圈，使其振幅穩(wěn)定。

微處理器單元通過模數(shù)轉換接口采集振蕩電路板單元輸出的電壓信號和溫度傳感器信號，將采集的電壓信號進行數(shù)字濾波處理并根據環(huán)境溫度按特定規(guī)律進行校準補償。運算結果通過通用I/O輸入輸出接口51、52、53腳送到D/A芯片的數(shù)據接口7，時鐘接口6，和片選接口5，D/A芯片將接受的結果轉換為電流輸出。

來自4mA-20mA回路上與HART兼容的數(shù)字信號通過引線接數(shù)字通訊濾波電路的運放輸入接口，濾波后接數(shù)字通訊中HT2012PL芯片的解調信號輸入接口4腳，解調后經過HT2012PL芯片的串口輸出接口14腳輸至MP串口輸入59腳。MP把它的響應信號經調制通過MP的串口輸出接口60腳送到數(shù)字通訊中的HT2012PL的串口輸入27腳，調制后經過HT2012PL的16腳送到4mA-20mA回路與系統(tǒng)控制器進行數(shù)字通訊。

變送器主電路板單元中MP通過通用輸入輸出接口I/O?11，44，45，46，47與由顯示模塊單元中的控制接口和按鍵連接，控制其顯示壓力值和菜單信息及其他單位的信息，并且配合按鍵對變送器進行量程，零點，滿程，阻尼，單位，顯示模式，顯示精度等設置。

但是，現(xiàn)有的電容式差壓變送器存在下述問題：A.電路復雜，由振蕩器、振蕩控制器、解調器、I/V轉換器構成的振蕩電路板單元就需要幾十個分立元件、造成焊接復雜、體積較大、抗干擾能力及可靠性較差。B.其敏感元件中的電容充放電易受溫度影響工作不穩(wěn)定。C.電路對元件的溫度特征和精度要求較高，增加了采購、進廠檢驗的工作量。D.電路調試比較困難。E.現(xiàn)有振蕩器使用的32KHZ高頻對電路影響較大，因此使電路抗干擾能力、PCB布線要求提高。F.現(xiàn)有的變送器其主電路板與顯示模塊電路板以一端形成有螺公，另端形成有螺孔的螺柱疊層螺接于變送器的水平管殼內的隔板螺孔內，其上電路以固定于主電路板與顯示模塊電路板的接插件的插頭、插座直接插接，當插頭、插座相對位置安裝不準時，常使插頭、插座不好插接或插接后接觸不良，另外，這種硬性插接也不便于顯示模塊電路板及主電路板拉出進行整體檢測和調試。

發(fā)明內容