泽天基于双传感器的高静压差压压差变送器的设计

发布时间：2018-4-27 发布人：泽天传感点击：

现有技术差压测量中，一般采用普通的压差变送器，一般都是采用单惠斯登电桥进行测量，其两边电桥分开，分别设置在两个芯体上，两个芯体之间通过充灌硅油或其他方式进行压力连接，都是对两个压力（一般其中一个为固定值压力）的差进行测量，两路压力只能大体相等，用来测量二者之间的小压差，而二者之间的差过大会引起大过载而造成破损，两路压力只能同时变化以保持其差值变化不大。

而在有些场合的运用中，经常需要一种能分别测量两个大量程压力，又能精确测量二者之间的微弱差或大值差的变送器，来满足使用要求。而现有的常规压差变送器已经不能满足特殊要求了。针对上述现有技术存在的缺陷，本设计需要解决的技术问题是能够有一种变送器，可以同时检测两路压力值和它们之差值，并且结构小型简单，便于实现和推广应用。所谓差压变送器就是测量两个压力之差的压力变送器，其输出为标准信号。差压变送器与一般的压力变送器不同之处在于它有2个压力接口，分为正压端和负压端，一般情况下，差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。这里，首先介绍下差压变送器的静压这个概念，差压变送器的最大静压是指传感器两侧能够承受的最大压力，也就是被测量系统的最大压力，一般说来，最大静压大于能够承受的最大单边压力。

典型的差压变送器

一、高静压差压变送器的基本技术指标

测量范围： 0…7kPa～40MPa；

最大静压：≤60MPa；

精确度：±0.25%FS(典型)，±0.75%FS(最大)；

长期稳定性：±0.2%FS/年(典型) ±0.3%FS/年(最大)；

静压影响：0.05±%FS，每100kPa

供电电源：12～36VDC；

输出信号：4～20mADC；

二、高静压差压变送器的总体设计思路

本设计的工作原理是，所述压力传感器是通过离子溅射与离子刻蚀的方式在一金属弹性体上设置应变电阻，来实现压力的测试。分别安装在安装基座上的压力传感器分别独立测量两路大量程压力，再分别通过信号调理电路处理成标准的电压信号，并经过信号调理电路的温度补偿，信号运算电路再对两个标准电压信号进行运算，以达到对两路压力之差的精确测量。

两路压力传感器芯体采用了先进的镀膜技术，将电阻条沉积到不锈钢弹性元件上，组成惠斯登电桥。当弹性元件受力发生变形时，电阻条同时发生形变，导致其电阻也发生变化。信号调理电路一方面对电桥供电，使弹性元件受力时产生电信号的变化，另一方面对这变化的微弱电信号经过滤波、放大、线性调理和温度补偿，并输出二者与压力大小成正比的标准信号，再通过运算电路对两个标准信号进行转极性和减除运算等一系列处理，从而输出与两个压力之差成正比的标准信号。

采用双传感器结构，通过电路调理输出为标准信号。传感器芯体的输入电阻：5K，输出电阻：5K，桥臂电阻：3.5K±0.05K；电路给传感器供电的最大电流不能超过1.2mA。调理电路的方案选择。采用MCU+PWM方式，该方案的优点是成本低，缺点元件多，PCB尺寸大，产品体积无法小型化；采用采用MCU加专用4-20mA集成电路的优点是精度高，器件少，无需电源设计，缺点是焊接困难，成本高。专用集成电路可以输出各种电压值供MCU，以往设计采用3.3V，为降低MCU的功耗，采用3V更为合适，这样可以节省出更多电流来激励传感器，提高传感器的输出信号幅度，从而提供采集精度。

三、高静压差压变送器的详细设计

为解决上述技术问题，本技术方案是：一种变送器，包括两个压力传感器、两个压力接口、安装基座、信号调理电路和电缆输出端，在安装基座上设有用来安装压力传感器的密封安装槽，所述压力传感器的信号输出端通过引线接入信号调理电路的信号输入端，信号调理电路的输出端接入电缆输出端。

作为优选方案，所述压差变送器采用的是两个独立的扩散硅压力传感器或者溅射薄膜压力传感器，能分别精确测量两个大量程压力，同时又能通过信号调理电路对两个信号进行运算调理，真实可靠地测量两个压力的差值大小。

作为优选方案，所述两个压力接口为并列设置的两个垂直压力通道。为了进一步节省了空间，可将上述两个垂直压力通道的其中之一改成横向压力通路，即所述两个压力接口为一个横向压力通路和一个垂直压力通道。