壓力變送電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了壓力變送電路。4?20mA電流輸出是一種高效可靠的工業(yè)用遠程輸出信號，壓力轉4?20mA的模塊電路日益增加。本實用新型的恒流源發(fā)生電路給擴散硅壓力傳感器提供恒定電流，擴散硅壓力傳感器將壓力信號轉換為電壓差信號；精密差分電壓放大電路用于放大擴散硅壓力傳感器產生的電壓差信號，并通過采樣電阻將放大處理好的信號轉化為4?20mA信號進行遠程輸出。本實用新型上電即可獲得精準的電流變送數(shù)值，讀取數(shù)據(jù)時距離壓力現(xiàn)場較遠，有效地延長了安全距離。
【專利說明】
壓力變送電路
技術領域
[0001] 本實用新型屬于電子技術領域，具體設及一種壓力變送電路。
【背景技術】
[0002] 隨著社會工業(yè)的不斷進步，人們對于日常生活中各種測量的要求日益提高。由于 壓力測量可能具有一定的危險性，對壓力信號遠距離傳輸并監(jiān)測的要求也日益突出，而4- 20mA電流輸出是一種高效可靠的工業(yè)用遠程輸出信號，所W對于壓力轉4-20mA的模塊電路 也日益增加。
[0003] -些專用的測壓力儀器儀表笨重不利于攜帶，且多數(shù)價格非常昂貴，對于工業(yè)現(xiàn) 場的使用不夠方便。
【發(fā)明內容】
[0004] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于對擴散娃壓力傳感器信 號進行測量的壓力變送電路。
[0005] 本實用新型包括恒流源發(fā)生電路、擴散娃壓力傳感器、精密差分電壓放大電路和 供電電路;所述的恒流源發(fā)生電路給擴散娃壓力傳感器提供恒定電流，擴散娃壓力傳感器 將壓力信號轉換為電壓差信號;所述的精密差分電壓放大電路用于放大擴散娃壓力傳感器 產生的電壓差信號，并通過采樣電阻將放大處理好的信號轉化為4-20mA信號進行遠程輸 出。
[0006] 供電電路包括型號均為LM317的穩(wěn)壓模塊A1和A2;穩(wěn)壓模塊A2的3引腳接二極管D1 的負極，2引腳接電阻R2的一端；電阻R2的另一端接穩(wěn)壓模塊A2的1引腳并輸出電壓V2為精 密差分電壓放大電路供電；二極管D1的正極接電容C0和CK0的一端并輸入供電電壓VCC;電 容CK0的另一端接電容CK1的一端，電容CK1和C0的另一端接電容C1的一端并接外部地；電容 C1的另一端接穩(wěn)壓模塊A1的3引腳;穩(wěn)壓模塊A1的巧側接電阻R1的一端，1引腳接電阻R1的 另一端和二極管D2的負極并輸出電壓VI為恒流源發(fā)生電路和精密差分電壓放大電路供電； 二極管D2的正極接內部地。
[0007] 所述的擴散娃壓力傳感器采用杭州米科傳感器有限公司生產的MIK-P300E壓力傳 感器。
[000引恒流源發(fā)生電路包括放大器A3B、二極管D3、二極管D4和電阻R8;放大器A3B的正相 輸入端接二極管D3的正極和二極管D4的負極;放大器A3B的反相輸入端與電阻R8的一端連 接并接擴散娃壓力傳感器的負電壓輸入端;放大器A3B的輸出端接擴散娃壓力傳感器的正 電壓輸入端；電阻R8的另一端和二極管D4的正極均接內部地;二極管D3的負極接供電電路 的輸出電壓VI。
[0009] 精密差分電壓放大電路包括放大器A3A、A4A、A4B和Ξ極管A5;放大器A4A的正相輸 入端接擴散娃壓力傳感器產生的電壓差信號負端S-及電容C2的一端，正供電電壓端接供電 電路的輸出電壓VI，負供電電壓端接內部地;放大器A4B的正相輸入端接擴散娃壓力傳感器 產生的電壓差信號正端s+及電容C2的另一端;放大器A4A的輸出端接電阻R1 ο和R11的一端， 反相輸入端接增益電阻WS的滑動端和電阻R10的另一端；增益電阻WS的一個固定端接電阻 R9的一端，電阻R9的另一端接放大器A4B的反相輸入端和電阻R13的一端，放大器A4B的輸出 端接電阻R14的一端和電阻R13的另一端；電阻R14的另一端接電阻R15的一端、電阻R18的一 端、電容C4的一端及放大器A3A的正相輸入端；電阻R11的另一端接電阻R12的一端、電阻R17 的一端、電容C3的一端及放大器A3A的反相輸入端;放大器A3A的正供電電壓端接供電電路 的輸出電壓VI，負供電電壓端接內部地;放大器A3A的輸出端接電阻R16的一端，電阻R16的 另一端接Ξ極管A5的基極;Ξ極管A5的發(fā)射極接電阻R20的一端、電阻R12的另一端、電容C3 的另一端并接內部地;Ξ極管A5的集電極接電阻R19的一端，電阻R19的另一端接供電電路 的輸出電壓V2;電阻R20的另一端接電阻R15和電容C4的另一端并接外部地;電阻R17的另一 端接電阻R5和R6的一端；電阻R5的另一端接恒流源發(fā)生電路中二極管D3的正極；電阻R6的 另一端接內部地;電阻R18的另一端接調零電阻WZ的滑動端;調零電阻WZ的一個固定端接電 阻R3的一端，另一個固定端接電阻R4的一端；電阻R3的另一端接恒流源發(fā)生電路中二極管 D3的正極；電阻R4的另一端接內部地。
[0010] 本實用新型的有益效果：
[0011] 本實用新型操作簡單，上電即可獲得精準的電流變送數(shù)值，讀取數(shù)據(jù)時距離壓力 現(xiàn)場較遠，有效地延長了安全距離，可W較好地保證工作人員的人身安全。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本實用新型的系統(tǒng)框圖；
[0013] 圖2為本實用新型中恒流源發(fā)生電路的電路圖；
[0014] 圖3為本實用新型中精密差分電壓放大電路的電路圖；
[0015] 圖4為本實用新型中供電電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0017] 如圖1所示，壓力變送電路包括恒流源發(fā)生電路101、擴散娃壓力傳感器102、精密 差分電壓放大電路103和供電電路104;供電電路104給恒流源發(fā)生電路101和精密差分電壓 放大電路103供電；恒流源發(fā)生電路101給擴散娃壓力傳感器102提供恒定電流，擴散娃壓力 傳感器102將壓力信號轉換為電壓差信號。精密差分電壓放大電路103用于放大擴散娃壓力 傳感器產生的電壓差信號，將微弱的毫伏信號放大到伏信號，使得后級的電流輸出較穩(wěn)定， 并通過采樣電阻將放大處理好的信號轉化為4-20mA信號進行遠程輸出。
[0018] 擴散娃壓力傳感器采用杭州米科傳感器有限公司生產的MIK-P300E，能夠測量0~ 2Mpa的壓力值(對應電壓差范圍為0~60mV)，測量溫度在-10°C~80°C。擴散娃壓力傳感器 是在娃彈性膜片上用離子注入和激光修正方法形成4個阻值相等的擴散電阻，組成一個惠 斯特電橋。恒流供電時在電橋a、b兩端形成一個電位差，當壓力越大時運個電位差也越大， 將運個電位差進行精密放大W后進行4-20mA輸出。
[0019] 下面結合圖2和圖3說明通過擴散娃壓力傳感器根據(jù)電位差法測量原理測量壓力 并輸出4-20mA電流的方法。電位差法是利用壓力作用時惠斯特電橋的一臂阻值變化，而流 過電橋的電流不改變的情況下，在兩輸出端形成一個與壓力成正比的電位差。
[0020] 為了得到電位差首先需要一個恒定的電流值II。如圖2所示，恒流源發(fā)生電路101 包括放大器A3B;二極管〇4產生一個恒定的電壓基準Vref，V+和V-接惠斯特電橋的電流輸入 端，又放大器A3B的5腳和6腳的電壓相同，可W得到
[0021]
(1)
[0022] 其中，R8為電阻R8的阻值，Vref為R邸端的電壓值。
[0023] 如圖3所示，當有壓力施加到擴散娃壓力傳感器時，擴散娃壓力傳感器形成一個電 位差經精密差分電壓放大電路103輸出至S+和S-兩端，可W得到在供電電壓端與外部地 GND36之間的電流輸出公式 瞧]
樹
[002引其中，Vi為電阻R5和R6的分壓;V2為電阻R3、調零電阻WZ和R4的分壓;Vs+為S+端電 壓，Vs-為S-端電壓;R功增益電阻WS和電阻R9的阻值之和;GND36為外部地，GND為內部地。
[0026] 當擴散娃壓力傳感器形成的電位差為零時，S+與S-端的電位差基本等于零，故零點 只與后項V2-V巧關，當V2-V1確定時，只需確定電阻R20的值就能調整好零點輸出。在實際情 況中由于電阻會有誤差，故加入調零電阻WZ，通過WZ調節(jié)因電阻和電路造成誤差，修正零點 誤差。
[0027] 當壓力為2M化時，S+與S-端的電位差大概為60mV，調零W后滿量程只t
有 關。通過調節(jié)增益電阻WS，將滿量程輸出時的電流值調節(jié)為20mA。增益電阻的阻值必須選取 合適，否則可能出現(xiàn)滿度電流達不到或者超過量程調不回來的現(xiàn)象。
[0028] 圖4為整個系統(tǒng)的供電電路，其中VCC與GND36為供電的輸入正負極，V2為精密差分 電壓放大電路產生4-20mA提供一個高電壓供電，VI為恒流源發(fā)生電路和A3A、A3B、A4A、A4B 運算放大器供電。
【主權項】
1. 壓力變送電路，包括恒流源發(fā)生電路、擴散硅壓力傳感器、精密差分電壓放大電路和 供電電路，其特征在于:所述的恒流源發(fā)生電路給擴散硅壓力傳感器提供恒定電流，擴散硅 壓力傳感器將壓力信號轉換為電壓差信號;所述的精密差分電壓放大電路用于放大擴散硅 壓力傳感器產生的電壓差信號，并通過采樣電阻將放大處理好的信號轉化為4-20mA信號進 行遠程輸出； 供電電路包括型號均為LM317的穩(wěn)壓模塊A1和A2;穩(wěn)壓模塊A2的3引腳接二極管D1的負 極，2引腳接電阻R2的一端；電阻R2的另一端接穩(wěn)壓模塊A2的1引腳并輸出電壓V2為精密差 分電壓放大電路供電；二極管D1的正極接電容C0和CKO的一端并輸入供電電壓VCC;電容CKO 的另一端接電容CK1的一端，電容CK1和C0的另一端接電容C1的一端并接外部地；電容C1的 另一端接穩(wěn)壓模塊A1的3引腳;穩(wěn)壓模塊A1的2引腳接電阻R1的一端，1引腳接電阻R1的另一 端和二極管D2的負極并輸出電壓VI為恒流源發(fā)生電路和精密差分電壓放大電路供電；二極 管D2的正極接內部地。2. 根據(jù)權利要求1所述的壓力變送電路，其特征在于:所述的擴散硅壓力傳感器采用杭 州米科傳感器有限公司生產的MIK-P300E壓力傳感器。3. 根據(jù)權利要求1所述的壓力變送電路，其特征在于:恒流源發(fā)生電路包括放大器A3B、 二極管D3、二極管D4和電阻R8;放大器A3B的正相輸入端接二極管D3的正極和二極管D4的負 極;放大器A3B的反相輸入端與電阻R8的一端連接并接擴散娃壓力傳感器的負電壓輸入端； 放大器A 3 B的輸出端接擴散娃壓力傳感器的正電壓輸入端；電阻R 8的另一端和二極管D 4的 正極均接內部地;二極管D3的負極接供電電路的輸出電壓VI。4. 根據(jù)權利要求3所述的壓力變送電路，其特征在于:精密差分電壓放大電路包括放大 器A3A、A4A、A4B和三極管A5;放大器A4A的正相輸入端接擴散娃壓力傳感器產生的電壓差信 號負端S-及電容C2的一端，正供電電壓端接供電電路的輸出電壓VI，負供電電壓端接內部 地;放大器A4B的正相輸入端接擴散娃壓力傳感器產生的電壓差信號正端S+及電容C2的另 一端;放大器A4A的輸出端接電阻R10和R11的一端，反相輸入端接增益電阻WS的滑動端和電 阻R10的另一端;增益電阻WS的一個固定端接電阻R9的一端，電阻R9的另一端接放大器A4B 的反相輸入端和電阻R13的一端，放大器A4B的輸出端接電阻R14的一端和電阻R13的另一 端；電阻R14的另一端接電阻R15的一端、電阻R18的一端、電容C4的一端及放大器A3A的正相 輸入端；電阻Rl 1的另一端接電阻R12的一端、電阻R17的一端、電容C3的一端及放大器A3A的 反相輸入端;放大器A3A的正供電電壓端接供電電路的輸出電壓VI，負供電電壓端接內部 地;放大器A3A的輸出端接電阻R16的一端，電阻R16的另一端接三極管A5的基極;三極管A5 的發(fā)射極接電阻R20的一端、電阻R12的另一端、電容C3的另一端并接內部地;三極管A5的集 電極接電阻R19的一端，電阻R19的另一端接供電電路的輸出電壓V2;電阻R20的另一端接電 阻R15和電容C4的另一端并接外部地；電阻R17的另一端接電阻R5和R6的一端；電阻R5的另 一端接恒流源發(fā)生電路中二極管D3的正極；電阻R6的另一端接內部地；電阻R18的另一端接 調零電阻WZ的滑動端;調零電阻WZ的一個固定端接電阻R3的一端，另一個固定端接電阻R4 的一端;電阻R3的另一端接恒流源發(fā)生電路中二極管D3的正極;電阻R4的另一端接內部地。
【文檔編號】G01L1/18GK205620054SQ201620471215
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】屠宏杰, 鄧澤微, 鄭功堯, 李山, 鄭俊鋒, 夏兵霞
【申請人】杭州米科傳感技術有限公司