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具备温补功能的气体微压变送器设计指南

作者:angelazhang时间:2015-09-04浏览次数:866

摘要

在防护行业或者工业行业的产品检测中,要求对微小压力进行准确的检测。而现在的测量方式也比较多样化,精度也是各不相同。本文介绍一种基于SM9541微压力传感器设计的气体变送器,该变送器硬件由SM9541压力传感器模块、供电电源模块、MCU电路模块、4-20mA输出接口等组成。


前言

智能压力变送器是一种高精度、智能型的压力参数现场检仪表,在工业的测量控制过程中应用极其广泛。人们可以用它来测量各种介质在液体、气体与蒸汽的压力与差压,如果在变送器上配上温度传感器与一次节流装置(孔板,阿牛巴等)还可以测量流体的流量参数。通过智能压力变送器的二次转换部件,就可以将被测参数转换成4~20mA的标准电压信号,完成信号传递功能。作为显示仪表、运算器和调节器输入信号,以实现生产过程的连续检测和自动控制。


智能压力变送器可用在电力行业、化工行业、石化行业、食品行业、造纸行业、钢铁冶金行业的自动化控制系统中。


在目前市场的压力变送器种类繁多,功能强大。但是在温度漂移、小量程方面有很大的缺陷,本文基于SMI的压力传感器设计了一款具备温补功能的气体微压变送器。


设计原理

压力变送器的前端是压力传感器,它通过特定的晶元结构可以感应到微小压力的变化,同时压力变化转换为电信号,然后通过模/数转换为数字量信号,送入单片机中,通过单片机的程序运行,将压力信号转换成4-20标准的直流电流信号接口。


SM9541系列为硅微结构OEM压力传感器,结合了先进的COMS数字信号处理技术及最先进的压力传感器加工技术生产的具有放大、充分校准、多阶压力修正和温度补偿双SOP封装的高性能压力传感器。因为SM9541压力传感器输出接口是I2C数字信号或者模拟信号,所以在压力传感器与MCU接口方面可以2种方案来选择。


 图1  气体微压变送器组成框图


电路设计


1.供电电路设计

在工业仪表中通常采用工频220V交流电压,然后220V降压至24V,然后通过高频滤波电路,再经过24V稳压至5V,经过专用的LDO芯片,达到理想的电压。


在本方案中,我们采用了集成的变压器来降压,然后通过RN5RT33AATR芯片降至3.3V。



2. MCU处理器设计

在本方案中,我们选用了性价比较高的瑞萨单片机作为MCU,其型号为R5F101AG。主控制器主要完成了与SM9541的驱动与通信、数据分析与处理。



3.SM9541压力传感器电路设计

SM9541压力传感器基于SMI高稳定性安装在陶瓷基板上的压阻式压力芯片,一个可编程ASIC逻辑器件提供了校准和温度补偿。


SM9541具有放大、校准和温度补偿功能,支持数字温度和校准压力可通过I2C接口,并且输出电压与输入电压成比例。非常优异的多阶压力、温度非线性修正,具备多级满量程温度系数和零点温度系数校准。


在本方案中,采用是I2C数字接口,如下图。



4.程序设计

在软件设计方面,主要对I2C功能配置与初始化,SM9541压力传感器配置与初始化,读取数据采用中值滤波算法进行处理,然后通过4-20ma电路输出。



结论

在当前的自动控制工况条件下,对智能压力变送器的方案也是多样化,同时每个方案受到的干扰情况不经相同。但是本文的方案所应用的SM9541压力传感器,自身采用温度补偿和非线性处理,特别适合微小压力的测量。不易受到震动等工况环境的影响。本文就是应用SM9541压力传感器在气体压力检测方案一个实例子。



解决方案


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