專利名稱：一種壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是指一種壓力變送器。
背景技術(shù)：
傳感器在科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)中，特別是在信息技術(shù)，自動化技術(shù)，現(xiàn)代制造等技術(shù)中，起著不可替代的作用，壓力傳感器是目前應(yīng)用數(shù)量最多的一種傳感器，廣泛應(yīng)用于石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域、航空、航天等國防領(lǐng)域才以及其它領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，精度高、穩(wěn)定性好、體積小、適應(yīng)范圍廣將是壓力傳感器的發(fā)展方向。在傳感器的實際的測量中，人們往往期望傳感器的測量量程(范圍)很大，同時測量精度越高越好，然而對于相同的傳感器，量程越大的壓力傳感器用于測量小量程壓力就會影響精度。測量的范圍和測量的精度就會出現(xiàn)矛盾。提高傳感器的精度和采用多個不同量程的傳感器是解決這個矛盾的方法，但是這類方式都存在一定弊端，對于提高精度來說， 由于工藝以及技術(shù)的限制，對傳感器測量精度的提高是有限的，并且精度的提高也意味著制造成本大幅度的增加；而對于采用多個不同量程的傳感器的方式，會使測量部件增多，信號處理變得復(fù)雜，不利于維護(hù)，并且在實際運用中也存在困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種壓力變送器，通過改變壓力傳感器芯體的激勵電流來實現(xiàn)壓力量程的改變，在不改變測量精度的前提下，達(dá)到可以調(diào)節(jié)壓力量程的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種壓力變送器，包括根據(jù)激勵電流產(chǎn)生差分電壓的壓力傳感器芯體；與所述壓力傳感器芯體連接的，放大所述差分電壓后輸出相應(yīng)信號，并能提供固定激勵電壓的信號變送處理電路；與所述壓力傳感器芯體和所述信號變送處理電路連接的，根據(jù)所述固定激勵電壓和不同的控制信號產(chǎn)生不同激勵電流的激勵電流產(chǎn)生單元。優(yōu)選的，所述激勵電流產(chǎn)生單元包括至少兩個不同阻值的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號選擇不同阻值的調(diào)節(jié)電阻的片選開關(guān)。優(yōu)選的，所述激勵電流產(chǎn)生單元包括阻值可變化的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號確定所述調(diào)節(jié)電阻的不同阻值的片選開關(guān)。優(yōu)選的，還包括與所述激勵電流產(chǎn)生單元連接的，產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入單元。
優(yōu)選的，所述控制信號輸入單元具體為根據(jù)高低電平的組合產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入線。優(yōu)選的，所述壓力傳感器芯體具體為由硅膜片組成的惠斯頓電橋。本發(fā)明技術(shù)方案通過激勵電流產(chǎn)生單元產(chǎn)生不同的激勵電流，從而可以通過改變壓力傳感器芯體的激勵電流來實現(xiàn)壓力量程的改變，在不改變測量精度的前提下，達(dá)到可以調(diào)節(jié)壓力量程的目的。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明一種壓力變送器優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種壓力變送器一個具體實例的電氣關(guān)系示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。壓力變送器主要是由壓力傳感器芯體和傳感器信號調(diào)理器(信號變送處理電路) 以及一些外接電路組成。傳感器芯體可以是一個惠斯頓電橋或其它的壓阻芯體，對于惠斯頓壓阻芯體來說，其輸出差分電壓具有UO = ARIA的關(guān)系，其中AR是由壓力引起電橋電阻值的變化值，與壓力量程成正比，具有高度線性度，IA為電橋的激勵電流，UO為傳感器芯體輸出的差分信號(差分電壓)，這個關(guān)系式表明，傳感器芯體輸出差分電壓與壓力、激勵電流的大小成正比，本發(fā)明通過調(diào)整激勵電流IA來調(diào)整壓力變送器的壓力量程。參照圖1，在本發(fā)明一種壓力變送器的第一實施例中，所述壓力變送器包括壓力傳感器芯體110、信號變送處理電路120和激勵電流產(chǎn)生單元130。所述壓力傳感器芯體110根據(jù)激勵電流產(chǎn)生差分電壓，即所述壓力傳感器芯體 110的輸出與激勵電流在關(guān)，其具體的關(guān)系式為差分電壓UO= ARIA，其中AR是由壓力引起電橋電阻值的變化值，與壓力量程成正比，具有高度線性度，IA為電橋的激勵電流。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述壓力傳感器芯體110優(yōu)選采用由四個壓力敏感電阻組成的惠斯頓電橋，當(dāng)然，所述壓力傳感器芯體110還可以采用其它的傳感器結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對此不進(jìn)行任何的限定。所述信號變送處理電路120與所述壓力傳感器芯體110連接，用于放大所述壓力傳感器芯體110產(chǎn)生的差分電壓后輸出相應(yīng)信號。所述信號變送處理電路120還能提供固定激勵電壓，通過電源對信號變送處理電路供電，使其正常工作，信號變送處理電路120產(chǎn)生一個固定激勵電壓。所述激勵電流產(chǎn)生單元130與所述壓力傳感器芯體110和所述信號變送處理電路120連接的，用于根據(jù)所述固定激勵電壓和不同的控制信號產(chǎn)生不同的激勵電流。通過前面的描述可知，不同的激勵電流可以對應(yīng)不同的壓力量程，從而產(chǎn)生不同的激勵電流即可形成不同的壓力量程。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述激勵電流產(chǎn)生單元130包括至少兩個不同阻值的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號選擇不同阻值的調(diào)節(jié)電阻的片選開關(guān)。另外，所述壓力變送器還可以包括與所述激勵電流產(chǎn)生單元連接的，產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入單元。其中，所述控制信號輸入單元具體為根據(jù)高低電平的組合產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入線。參見圖2，下面以一個具體實例對所述技術(shù)方案的工作過程和工作原理進(jìn)行一個詳細(xì)描述。在圖2中，IN+為激勵電源正，IN-為激勵電源負(fù)，INM為差分信號負(fù)輸入，INP為差分信號正輸入。首先電源對信號變送處理電路ICO供電，使其正常工作，ICO產(chǎn)生一個固定激勵電壓Uc，Uc通過片選開關(guān)作用到其中的一個調(diào)節(jié)電阻1 上，從而產(chǎn)生一個激勵電流IS，IS與調(diào)節(jié)電阻的大小成反比，其中調(diào)節(jié)電阻(Rl……1 )的選擇由片選開關(guān)決定，片選開關(guān)又由外部控制信號輸入線(Al……An)決定，相當(dāng)于一個譯碼器，比如，當(dāng)Al和A2為低電平時， 片選開關(guān)導(dǎo)通Rl所在的引腳，激勵電壓Uc作用在Rl上，產(chǎn)生一個相應(yīng)的電流IS，IS = Uc/ Rn，那么R2……Rn所在的引腳斷開，同樣道理，當(dāng)Al為低電平，A2為高電平時，則R2所在引腳導(dǎo)通，激勵電壓Uc作用在R2上，產(chǎn)生一個對應(yīng)的激勵電流，以此類推，改變外部輸入控制信號的電平組合，可以選在不同的調(diào)節(jié)電阻，從而確定一個合適的激勵電流IS。在圖2中，IS = IA，因為傳感器芯體優(yōu)選是一個由四個壓力敏感電阻組成的惠斯頓電橋，激勵電流經(jīng)過傳感器芯體MO之后，將產(chǎn)生一個正激勵電壓INP和一個負(fù)激勵電壓 I匪，INP-I匪=U0, UO為傳感器芯體的差分電壓，差分電壓輸入到信號變送處理電路IC0， 經(jīng)過內(nèi)部處理放大后，產(chǎn)生一個對應(yīng)的輸出信號。本發(fā)明通過增加調(diào)節(jié)電阻，由信號變送處理電路IC0、傳感器芯體MO和調(diào)節(jié)電阻組成一個恒定的電流源。其中ICO內(nèi)部有一個能提供較大電流的運算放大，MO和調(diào)節(jié)電阻就相當(dāng)于放大器的2個調(diào)整電阻，所以流過MO的電流IA和流過調(diào)節(jié)電阻的1 電流IS相等。由于IS = Uc/foi，即IA = Uc/foi。式中，Uc是恒定不變的。這樣電流IA和調(diào)節(jié)電阻的阻值1 成反比，則有UO = ARUc/foi= INP-I匪，其中UO為傳感器芯體的差分電壓，差分電壓進(jìn)入ICO以后，經(jīng)過變送放大處理，最后形成變送器的輸出信號。電路中通過外接接口控制線Al至An確定片選開關(guān)SO與不同的調(diào)節(jié)電阻Rl至1 電氣連接，來對變送器選擇不同的調(diào)節(jié)電阻to。量程與差分電壓之間關(guān)系如下P1 ^ ARl ^ I1ARI ARl1^ ^U0-,
RlR — M2 — LAR2 AR2^- Un ；
R2
....................................；Pn -^· ARn 1 ARn ARn^- Un ；
Rn其中，R1、R2……foi為調(diào)節(jié)電阻。根據(jù)上面的量程推導(dǎo)公式可知，要使在不同壓力量程下產(chǎn)生的差分信號都是一樣的，當(dāng)壓力量程發(fā)生變化時候，橋電阻△ R發(fā)生相應(yīng)的比例變化，那么對應(yīng)激勵電流IA也需要作出相應(yīng)反比例變化，而激勵電流通過前述的切換激勵電阻來改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)量程的效果。在本發(fā)明的另一實施例中，還可以用阻值可變化的調(diào)節(jié)電阻替代至少兩個不同阻值的調(diào)節(jié)電阻。即所述調(diào)節(jié)電阻的阻值可以調(diào)節(jié)，當(dāng)所述固定激勵電壓作用于所述阻值可以調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)電阻上時，也會產(chǎn)生不同的激勵電流，從而一樣可以達(dá)到調(diào)節(jié)量程的效果。因此，在所述實施例中，所述激勵電流產(chǎn)生單元可以包括阻值可變化的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號確定所述調(diào)節(jié)電阻的不同阻值的片選開關(guān)。本發(fā)明技術(shù)方案通過激勵電流產(chǎn)生單元產(chǎn)生不同的激勵電流，從而可以通過改變壓力傳感器芯體的激勵電流來實現(xiàn)壓力量程的改變，在不改變測量精度的前提下，達(dá)到可以調(diào)節(jié)壓力量程的目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種壓力變送器，其特征在于，包括根據(jù)激勵電流產(chǎn)生差分電壓的壓力傳感器芯體；與所述壓力傳感器芯體連接的，放大所述差分電壓后輸出相應(yīng)信號，并能提供固定激勵電壓的信號變送處理電路；與所述壓力傳感器芯體和所述信號變送處理電路連接的，根據(jù)所述固定激勵電壓和不同的控制信號產(chǎn)生不同激勵電流的激勵電流產(chǎn)生單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其特征在于，所述激勵電流產(chǎn)生單元包括 至少兩個不同阻值的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號選擇不同阻值的調(diào)節(jié)電阻的片選開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其特征在于，所述激勵電流產(chǎn)生單元包括 阻值可變化的調(diào)節(jié)電阻；與所述調(diào)節(jié)電阻連接的，根據(jù)不同的控制信號確定所述調(diào)節(jié)電阻的不同阻值的片選開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的壓力變送器，其特征在于，還包括 與所述激勵電流產(chǎn)生單元連接的，產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力變送器，其特征在于，所述控制信號輸入單元具體為根據(jù)高低電平的組合產(chǎn)生不同控制信號的控制信號輸入線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力變送器，其特征在于，所述壓力傳感器芯體具體為由硅膜片組成的惠斯頓電橋。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種壓力變送器，包括根據(jù)激勵電流產(chǎn)生差分電壓的壓力傳感器芯體；與所述壓力傳感器芯體連接的，放大所述差分電壓后輸出相應(yīng)信號，并能提供固定激勵電壓的信號變送處理電路；與所述壓力傳感器芯體和所述信號變送處理電路連接的，根據(jù)所述固定激勵電壓和不同的控制信號產(chǎn)生不同激勵電流的激勵電流產(chǎn)生單元。本發(fā)明通過改變壓力傳感器芯體的激勵電流來實現(xiàn)壓力量程的改變，在不改變測量精度的前提下，達(dá)到可以調(diào)節(jié)壓力量程的目的。
文檔編號G01L9/02GK102353496SQ20111027650
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者周翔, 王漢其, 袁慶國 申請人:三一重工股份有限公司