一種新型高精度快速直流壓力變送器的設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)模擬式壓力變送器測(cè)量范圍窄、響應(yīng)速度慢等現(xiàn)象，本文基于片上系統(tǒng)（SOC：System-on-achip）和同計(jì)了一種新型高精度快速壓力變送器。介紹了該變送器的原理、功能及軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。該變送器不僅具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，還具有量程自由選擇、對(duì)外能。試驗(yàn)表明，本文所設(shè)計(jì)的變送器精度高，測(cè)量范圍廣、響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定可靠，比普通變送器具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

變送器作為工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)備，主要完成各種模擬量信號(hào)的測(cè)量及變送功能。壓力變送器是一種能將被測(cè)直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直電流信號(hào)的裝置，廣泛應(yīng)用于電力、遠(yuǎn)程監(jiān)控、儀器儀表等需要隔離測(cè)控的行業(yè)。

在自動(dòng)化測(cè)控領(lǐng)域，隨著高參數(shù)、大容量設(shè)備的增加及過(guò)程工藝的復(fù)雜化，變送器用量也越來(lái)越多，對(duì)變送器的要求也越來(lái)越高。針對(duì)傳統(tǒng)模擬式變送器夠高、響應(yīng)速度慢、漂移過(guò)大、測(cè)量范圍窄、維護(hù)和維修費(fèi)用大等一系列問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于 SOC 和同步采樣技術(shù)的高精度壓力變送器。該變送設(shè)定的輸入量程可供直接選擇，也可根據(jù)用戶需求重新設(shè)定量程。

本文所設(shè)計(jì)的變送器，對(duì)外部輸入模擬量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，通過(guò)線性光耦實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電間的線性隔離，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換芯片對(duì)隔離后的模擬量信號(hào)進(jìn)行高速SOC 通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，把運(yùn)算結(jié)果通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為 0~5 V 的電壓信號(hào)和 4~20 mA（0~20 mA）的電流信號(hào)快速輸出的同時(shí)，通信的方式把采集到的模擬量送至上位機(jī)。把本文設(shè)計(jì)的變送器應(yīng)用于試驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)組中，具有較好的變送輸出功能。

壓力變送器板由隔離模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、同步調(diào)制模塊、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、對(duì)外變送模和 SOC 中央處理單元等組成。通過(guò)對(duì)外部輸入模擬量的同步采擬量的變送輸出功能。壓力變送器通過(guò) 0~5 V 直流模擬量、4~20 mA（0~20 mA）和 485通信 3 種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸出。

主要特點(diǎn)

（1）響應(yīng)速度快

傳統(tǒng)模擬式變送器的響應(yīng)時(shí)間一般為 300 ms左右，本文所設(shè)計(jì)的變送器，響應(yīng)速度于 10 ms，便于上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)模擬量的實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控。

（2）應(yīng)用范圍廣

由于采用同步采樣技術(shù)，本文所設(shè)計(jì)的壓力變送器不僅適用于傳統(tǒng)直流電壓信號(hào)的測(cè)量，對(duì)鋸齒波等周期性信號(hào)的測(cè)量也特別適用。

（3）測(cè)量范圍廣

本文所設(shè)計(jì)的變送器有 7 個(gè)量程可供選擇，分 別 為 0~75 mV、0~250 V、0~500 V0~1 000 V、-250~+250 V、-500~+500 V、-1 000~+1 000的輸入電壓范圍，可選擇相應(yīng)量程，用戶也可根據(jù)需要重新設(shè)定量程，通過(guò)重新校準(zhǔn)即可正常使用。

（4）自動(dòng)校準(zhǔn)功能

針對(duì)電子元器件老化、零點(diǎn)漂移等問(wèn)題，本文所設(shè)計(jì)的壓力變送器具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能。通過(guò)加入一定的模擬量輸入，實(shí)現(xiàn)一鍵校準(zhǔn)，校準(zhǔn)值寫入片內(nèi)FLA統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，主控芯片從片F(xiàn)LASH 中讀取校準(zhǔn)值參與運(yùn)算。

針對(duì)傳統(tǒng)模擬式壓力變送器量程固定、響應(yīng)速度慢等現(xiàn)象，本文基于片上系統(tǒng)和同步采樣技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型高精度快速壓力變送器。對(duì)變送器的原理、實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了介紹。該變送器不僅具有自動(dòng)校準(zhǔn)功能，還具有量程選擇、對(duì)外 485 通迅等功能。把本文設(shè)計(jì)的壓力變送器應(yīng)用于試驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)組中變送輸出功能。結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的變送器精度高，測(cè)量范圍廣、響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定可靠，比普通變送器具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。