壓力變送器傳感器的激勵(lì)電路設(shè)計(jì)
壓力變送器有壓力傳感器和二次儀表構(gòu)成,壓力傳感器采用硅壓阻式壓力傳感器,傳感器采用恒流激勵(lì)源,在恒流源激
勵(lì)下,壓力傳感器輸出電壓與壓力關(guān)系為:v=kp +式中: 為壓力傳感器的靈敏度;v0為傳感器零點(diǎn)輸出電壓。流,0與 成正比,壓力變送器傳感器輸出電壓信號(hào)在壓力恒定的情況下與傳感器的激勵(lì)電流成正比,即傳感器輸出電壓(1,+一一)與 成正比,將 同時(shí)作為l2位a/d轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓,采樣值n:4 095g(v+一 一)/v,of,其中g(shù)為信號(hào)調(diào)理增益,因此,可以得出ⅳ 與 無(wú)關(guān),即參考電壓對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影
響,有效地降低了系統(tǒng)的測(cè)量誤差。
2.2 壓力變送器信號(hào)調(diào)理部分設(shè)計(jì)
為滿足系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)要求,電阻橋式傳感器輸出電壓信號(hào)放大調(diào)理采用低功耗的儀表放大器ad627,其zui大靜態(tài)工作電流僅為85 a,具有高輸入阻抗,軌對(duì)軌輸出,并可以采用單電源供電,只需通過(guò)一個(gè)外部精密電阻設(shè)定增益 。通過(guò)改變外部增益電阻將傳感器輸出微弱電壓信號(hào)放大到合適的測(cè)量
范圍。
2.3壓力變送器hart通信模塊設(shè)計(jì)
如圖3所示為hart變送器基本連線圖,圖中采樣電阻將電流和hart信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并傳送給通信上位機(jī)或手操器。
hart通信模塊由msp430f435微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ad421以及hart調(diào)制解調(diào)芯片a5191hrt組成,如圖4所示。壓力變送器ad421是高性能單片數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac),它兼容hart協(xié)議的fsk通信電路,適合低功耗、高精度的智能工業(yè)控制應(yīng)用 ]。aim21內(nèi)部電壓調(diào)整器由內(nèi)部運(yùn)放、帶隙基準(zhǔn)和外接fet調(diào)整管組成,電壓調(diào)整器能夠從電流環(huán)路中獲取電流,可以為外部電路提供3.0 v、3.3 v或5.0 v的供電電壓,且aim21能夠給外圍電路提供高精度的1.25 v與2.5 v電壓基準(zhǔn),這里將aim21輸出的2.5 v電壓基準(zhǔn)作為a/d轉(zhuǎn)換提供電壓基準(zhǔn)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用σ一△結(jié)構(gòu)dac核和電流放大器組成,保證16位的分辨率和單調(diào)性。采用標(biāo)準(zhǔn)三線串行接i;1與msp430相連,msp430將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的16位數(shù)字碼發(fā)送給ad421,ad421將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的4—20 ma模擬電流。
a5191hrt是單片hart調(diào)制解調(diào)器,采用相位連續(xù)的fsk半雙工工作方式,數(shù)據(jù)率為l 200 bps.a(chǎn)5191hrt內(nèi)部集成了符合bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器、解調(diào)器、接收濾波器、發(fā)送信號(hào)整形電路、載波檢測(cè)等電路 ,所以只要使用較少的外部無(wú)源元件就能夠構(gòu)建滿足hart協(xié)議物理層要求的電路。a5191hrt將疊加在4—20 ma環(huán)路上的fsk信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波、放大整形提取出來(lái),解調(diào)為數(shù)字信號(hào)后傳送給msp430f435,或?qū)奈⑻幚砥鹘邮盏降膽?yīng)答幀信息調(diào)制成fsk信號(hào)經(jīng)波形整形后通過(guò)電容耦合到aim21上,通過(guò)aim21疊加在4—20 ma環(huán)路上發(fā)送出去。
圖4中a5191hrt與msp430f435的uart通用串行接口信號(hào)包括載波監(jiān)測(cè)ocd、hart的解調(diào)輸出orxd、來(lái)自u(píng)art的hart調(diào)制輸入itxd和請(qǐng)求發(fā)送inrts;loop+與loop一分別為4~20 ma電流環(huán)路的2個(gè)端口, 為aim21對(duì)外部電路提供的3.3 v供電電源,a5191hrt調(diào)制解調(diào)需要頻率為460.8 khz時(shí)鐘信號(hào)源。由于460.8 khz晶體為非標(biāo)晶體,這里采用msp430f435外接1.8432 mhz的標(biāo)準(zhǔn)晶振,經(jīng)微處理器4分頻后與a5191 hrt時(shí)鐘輸入相連。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
壓力變送器軟件分為3個(gè)部分:一部分是測(cè)量程序,負(fù)責(zé)傳感器信號(hào)的采集處理和輸出;一部分是hart協(xié)議通信程序,接收到hart通信信號(hào),進(jìn)人中斷,進(jìn)行識(shí)別和響應(yīng);另一部分菜單設(shè)置程序,當(dāng)有按鍵按下,變送器進(jìn)行本地參數(shù)設(shè)置。
壓力變送器:http://
電磁流量計(jì):http://
投入式液位變送器:http://
橢圓齒輪流量計(jì):http://
雷達(dá)液位計(jì):http://
便攜式超聲波流量計(jì):http://
高溫壓力變送器:http://