差壓變送器利用微差壓傳感器的基本特性，實(shí)時(shí)檢測(cè)方艙內(nèi)、外的壓力差，并將其轉(zhuǎn)換為成比例的電信號(hào)，利用放大電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大處理，再經(jīng)過(guò) A/D 變換后，將對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)進(jìn)行處理，最后通過(guò)單片機(jī)串口和 ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的 ＲS232 接口，將處理信號(hào)輸出到上位機(jī)。變送器框圖如圖 1 所示。

1 微差壓傳感器 SDP-1000L 特性簡(jiǎn)介

        SDP-1000L 微差壓傳感器是一種氣體差壓傳感器，量程為 － 5 Pa ～ 125 Pa。該傳感器的制作材質(zhì)采用防化學(xué)腐蝕的 PPS，具有寬量程比，零漂移，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

        該差壓傳感器只需直流 5 V 的電源供電，輸出為直流 0． 25 V ～ 4 V。雖然輸出為模擬電壓，但其內(nèi)部線性化和溫度補(bǔ)償電路均為數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，因此精度和分辨率相當(dāng)高(可達(dá) 0． 05 Pa)，并且受外界溫度影響很小。其領(lǐng)先的性能在于將傳感元件和信號(hào)放大及 A/D 轉(zhuǎn)換電路集成到同一塊硅芯片上，用熱傳感元件來(lái)測(cè)量差壓。與其它熱差壓傳感器相比，所需空氣量極少，即使在惡劣環(huán)境中，操作也同樣安全可靠，同膜片傳感器相比，量程更寬，性能更穩(wěn)定，在低差壓段的重復(fù)性極好。此外，SDP-1000L可耐瞬時(shí)的較大壓力，對(duì)安裝方向不敏感。

 

        SDP-1000L 精密的內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路是通過(guò)PTAT 能隙基準(zhǔn)溫度傳感器，測(cè)得芯片上的溫度，再反饋到傳感器芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而不需要外部溫度補(bǔ)償。

 

        SDP-1000L 差壓受周圍空氣密度影響，因此受海拔高度影響，校正補(bǔ)償公式如下:

        其中，P eff 是受影響后的差壓，P sensor 是 SDP-1000L 的指示壓力，P cal 是校準(zhǔn)環(huán)境的絕壓，P amb 是實(shí)際環(huán)境的絕壓。校正系數(shù)如表 1 所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2． 1 信號(hào)放大電路

        在本設(shè)計(jì)應(yīng)用中，信號(hào)放大電路選用高精度運(yùn)算放大器 LT1078，其功能是精密放大處理微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號(hào)，使處理后的電信號(hào)與接收該信號(hào)的變送器核心單元—單片機(jī)相匹配。集成運(yùn)放是一個(gè)雙端輸入、單端輸出，具有高差模放大倍數(shù)，高輸入電阻，低輸出電阻，能較好地抑制溫漂的差動(dòng)放大電路。該信號(hào)放大處理電路如圖 2所示，電信號(hào) Vin 經(jīng)兩級(jí)放大、濾波、限幅后，輸出端電壓 Vadc，公式如下:

2． 2 單片機(jī)及 ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路

        本設(shè)計(jì)電路如圖 3 所示。

 

        微差壓傳感器 SDP-1000L 的輸出電信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大處理后，由單片機(jī) A/D 接口輸入至單片機(jī)處理，通過(guò)單片機(jī)串口和 ＲS232 電平轉(zhuǎn)換電路，形成標(biāo)準(zhǔn)的 ＲS232 接口輸出。

 

        本 電 路 采 用 STC 公 司 生 產(chǎn) 的 單 片 機(jī)STC15F2K56S2，是一款高速、高可靠、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)。它采用第八代加密技術(shù)超級(jí)加密，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，而速度較之傳統(tǒng)的單片機(jī)要快 8 倍 ～12 倍。其工作電壓為直流 5． 5 V ～3． 8 V(本設(shè)計(jì)選用 5 V)，具有豐富的內(nèi)部硬件資源，幾乎覆蓋了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，包含捕獲/比較單元CCP/PWM/PCA、高 速 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換、大 容 量SＲAM/EEPＲOM、SLKI/SPI 接口等。目前，該單片機(jī)已被廣泛應(yīng)用于各種多串行口通信電路，電機(jī)控制電路及有超強(qiáng)干擾的場(chǎng)合。

        圖 3 所示電路中，STC15F2K56S2 采用了外部復(fù)位電路，使其具有手動(dòng)復(fù)位功能;在 Vcc 和 GND之間增加電源去耦電容，可去除電源線噪聲，提高抗干擾能力。

 

3 軟件設(shè)計(jì)

        軟件設(shè)計(jì)部分主要由主程序和 T0 定時(shí)器中斷程序組成。

        軟件流程如圖 4，圖 5 所示。

 

4 結(jié)論

        本差壓變送器作為某防護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，目前已被廣泛應(yīng)用于各類具有差壓變化特性的控制系統(tǒng)，主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)密閉空間的內(nèi)、外壓力差。經(jīng)實(shí)際考核驗(yàn)證，該變送器操作簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

 

作者：差壓變送器

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