本文智能厚膜測微儀壓力變送器利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能提高系統(tǒng)的測量精度資料由優(yōu)質(zhì)變送器生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。

厚膜微壓力傳感器是利用厚膜電阻的壓阻效應(yīng)制成的一種新型應(yīng)變式壓力傳感器。本發(fā)明具有工作溫度范圍寬、耐腐蝕、蠕變小、重復(fù)性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。ADuC824是美國AD公司推出的一種新型高性能單片機(jī)。我們的上海自動(dòng)化儀器廠4(zdhybsc)可以利用ADuC824的強(qiáng)大功能來計(jì)算和處理傳感器信號(hào)，以補(bǔ)償傳感器的非線性、零點(diǎn)和溫度。ADuC824本身具有資源豐富、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。厚膜微壓力傳感器與高性能單片機(jī)ADuC824技術(shù)相結(jié)合，使智能厚膜micro 壓力變送器具有優(yōu)異的特性。

1.工作原理

厚膜智能微壓力變送器的原理框圖如圖1所示。

厚膜微壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。運(yùn)算處理模塊按照一定的算法對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，如非線性補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)補(bǔ)償、工程量轉(zhuǎn)換等。，并通過數(shù)據(jù)采集模塊輸出20mA電流。電源模塊將外部提供的變送器電源電壓轉(zhuǎn)換為低壓DC工作電源和精密參考電源，該電源可為自身和其他電路供電或使用。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1高性能單片機(jī)

該系統(tǒng)的核心部件是美國ad公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)ADuc8242。內(nèi)核與8051指令集、8kB和640bte閃存/擦除程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和芯片上的256字節(jié)ram以及多個(gè)外設(shè)兼容。ADuC824有兩個(gè)高精度σ-△ADC，分別為16位和24位。σ-δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、線性度好、量化噪聲低、轉(zhuǎn)換速度快等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于傳感器和變送器的智能化。傳感器輸出的毫伏信號(hào)可以通過24位主通道輸入。主通道是緩沖和可編程的，有8個(gè)輸入范圍可供選擇；還可以在輸入端設(shè)置RC濾波，以消除噪聲和減少射頻干擾。采用sinc3可編程低通濾波器，可獲得5.35 ~ 105.03赫茲輸出速率的轉(zhuǎn)換結(jié)果。16位輔助通道可以與熱敏電阻或熱敏電阻二極管相連，也可以直接與片內(nèi)溫度傳感器相連。該通道檢測到的溫度信號(hào)可以方便地用于傳感器的溫度補(bǔ)償。

2.2串行輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器

數(shù)模轉(zhuǎn)換器是AD公司的AnA2131。由電流回路供電，串行輸入16位信號(hào)，輸出4~20mA電流，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能工業(yè)控制。AD421主要由電壓調(diào)節(jié)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和電流放大器組成。電壓調(diào)節(jié)器從電流回路中汲取電流。引腳LV和V之間的不同連接可以分別產(chǎn)生5V、3.3V和3V的電壓，以向AD421和其他電路元件供電。AD421還產(chǎn)生+1.25伏和+2.5伏兩個(gè)基準(zhǔn)電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口由時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和鎖存器組成。串行數(shù)據(jù)在移位寄存器中接收，并在時(shí)鐘的作用下逐位讀取。鎖存信號(hào)將數(shù)據(jù)鎖定在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中。電流放大器精確放大電流，以確保輸入數(shù)字量和相應(yīng)電流的單調(diào)性。ADA21可以直接連接到帶有串行接口的單片機(jī)。沒有SP接口的單片機(jī)可以通過軟件仿真實(shí)現(xiàn)。給出了與SP接口的連接方式，如圖2所示。

AD421具有正常和報(bào)警電流輸出模式。如果兩個(gè)鎖存脈沖之間輸入16個(gè)時(shí)鐘周期，則鎖存16位數(shù)字信號(hào)，完成正常電流轉(zhuǎn)換。如果輸入超過16個(gè)時(shí)鐘周期，則僅輸出鎖存后的17位數(shù)據(jù)輸入，并輸出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)輸入為0至滿量程時(shí)，輸出相應(yīng)的4 ~ 20mA電流。圖3(a)和圖3(b)是AD421在兩種工作模式下的時(shí)序圖。

2.3傳感器的電源

壓阻傳感器的主要缺點(diǎn)是易受溫度影響。它可以由電壓源或恒流源4供電。當(dāng)由電壓源供電時(shí)，輸入和輸出特性為

其中e是電壓源；△R為電阻值的變化；R0是每個(gè)橋臂的初始電阻值。

當(dāng)恒流源供電時(shí)，輸入和輸出特性為

恒流源在哪里？

比較方程(1)和(2)，得出當(dāng)電壓源供電時(shí)，輸出與R0有關(guān)，當(dāng)工作溫度變化時(shí)，R0會(huì)產(chǎn)生溫度干擾，從而影響輸出。然而，當(dāng)恒流源供電時(shí)，沒有溫度干擾，所以理論上沒有溫度誤差。在實(shí)際電路中，由于技術(shù)原因，恒流源供電不能完全解決溫度的影響?？梢圆捎密浖a(bǔ)償方法進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。在該電路中，恒流源用于向傳感器供電。只要恒流源兩端的電壓大于其工作電壓，就可以根據(jù)系統(tǒng)以及液晶等外圍設(shè)備的需要控制電流的大小。，可顯示運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果等。由于整個(gè)系統(tǒng)采用高集成度、高性能的器件，電路設(shè)計(jì)簡單方便，可靠性得到提高。

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)采用快速啟動(dòng)開發(fā)系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，主要完成非線性校正、零點(diǎn)補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

3.1非線性校正

非線性校正可采用曲線擬合法或表格法(分段線性插值法)。當(dāng)多項(xiàng)式次數(shù)較高時(shí)，曲線擬合法需要時(shí)間計(jì)算，而表格法可以提高數(shù)據(jù)處理速度。

其中:p為計(jì)算壓力值；u為采樣電壓值；Uk和Uk+1是k點(diǎn)和k+1點(diǎn)的電壓值。Pk、Pk+1是k點(diǎn)和k+1點(diǎn)的壓力值。對電壓值進(jìn)行采樣后，查表找出U所在的區(qū)間，然后用上述方法得到P值。

3.2零點(diǎn)補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償

零點(diǎn)補(bǔ)償?shù)姆椒愃朴诜蔷€性校正。厚膜傳感器的輸出不僅與壓力P有關(guān)，還與工作溫度T有關(guān)。當(dāng)溫度T不同時(shí)，輸出曲線也不同。如果根據(jù)一維標(biāo)定特性計(jì)算壓力P，將會(huì)出現(xiàn)較大誤差，因此可以采用多段折線逼近法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。讓采樣值范圍為

補(bǔ)償電壓為

根據(jù)反非線性特性，可以得到壓力值p。

結(jié)論

本文介紹了智能厚膜微處理器的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用高性能芯片，如ADuC824，使電路結(jié)構(gòu)簡單，增強(qiáng)了穩(wěn)定性，減少了誤差。利用單片機(jī)強(qiáng)大的功能，實(shí)現(xiàn)了非線性校正、零點(diǎn)和溫度補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的測量精度。

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