智能型压力变送器的研究.docx

智能型压力变送器的研究摘要：本文介绍了一种由单片机8031开发的智能型压力变送器的电路构造、理论根底，硬、软件的设计重点阐述了二传感器的信息交融技术及应用。关键字：变送器；信息交融；控制 近年来，传统意义下的传感器以其本身的特点在控制领域发挥着宏大的作用。但随着计算机技术的飞速开展，要求仪器仪表能自动实现多种功能，而且总线控制要求传统传感用具有自校正、自诊断、自补偿功能。这样，应用单片机对传统的传感器进展适当的控制，便可以到达上述要求。对于变送器，也就是使得传感器的输出信号标准化，国际上通用标准为电流420 mA输出。本课题在变送器的根底上，应用单片机对其进展控制，便能到达自校正、自诊断、自补偿的才能。随着微电子技术的开展，传感器十分是压力传感器和温度传感器的精度已经趋于稳定。目前开展较快的总 线技术本质上也要求变送器或者传感器具有良好的可靠性和更高的精度。国外的一些公司如HONEYWELL、ROSEMOUNT等已推出智能型变送器，而我国在这方面根本上属于空白，所需产品必须进El，因此自行研制智能型变送用具有重要的理论和实际意义。2 理论根底 本课题的采样由差压传感器和温度传感器完成。通常传感器存在穿插灵敏度sup1 /sup，表如今传感器的输出值不单决定于一个参量，当其他参量变化时，输出值也要发生变化。例如一个压力差传感器，当压力差参量恒定而温度或者静压参量变化时，其输出值也发生改变，那么这个压力差传感器就存在有对温度或者对静压参量的穿插灵敏度。存在穿插灵敏度的传感器，其性能不稳定，测量精度低。多传感器的信息交融技术 就是通过对多个参数的监测并采用一定的信息处理方法到达进步每一个参量测量精度的目的。本文仅讨论二传感器信息交融原理。 二传感器可测量两个参量，得到两个参量的信息。两个信息的交融算法可以有多种，曲面拟合算法是根本之一，也就是二维回归分析法。下面讨论曲面拟正当根本原理。 已知压力传感器输出值电压Usubp/sub ，且存在温度灵敏度。因此只对压力传感器进展一维标定实验。假设由获得的输入压力P输出电压Usubp/sub 特性曲线来求取被测压力值会有较大误差由于被测量P不是输出值Usubp/sub 的一元函数。而另一温度传感器输出电压Usubt/sub代表温度信息t；那么压力参量P可用Usubp/sub及Usubt/sub二元函数来表示才较完备，即 同理，我们也可以将压力传感器输出电压Usubp/sub描绘为压力参量P和温度传感器输出Usubt/sub的二元函数，即 此时可利用二次曲面拟合方程，即二维回归方程来描绘： 假如式1和2中的各个常系数已知，那么用于检测P和输出Usubp/sub的二元输入输出特性即曲面拟合方程1及2式就确定了。当收集到二传感器的输出值Usubp/sub及Usubt/sub时，代入式1中就可以计算得到传感器的被测参量P。为此，首先要进展二维标定实验，然后根据标定的输入、输出值由最小二乘法原理确定常系数。 1实验标定 在压力传感器的量程范围内确定 个压力标定点设 一6，在工作温度范围内确定m个温度标度点设m=5。于是由压力P和温度t标准值发生器产生在各个标定点的标准输入值为： 对应于上述各个标定点的标准输入值读取相应的输出值这样，我们在m个不同温度状态对压力传感器进展静态标定，获得了对应个不同温度状态的 条输入输出特性，即Pu，特性簇，如图1a所示。同样我们也可获得对应于不同压力状态的温度传感器的n条输入输出特性tUsubt/sub ，即tUsubt/sub 特性簇，如图1b所示。 2二次曲面拟合方程待定常数确实定 为确定式1和2所表征的二次曲面拟合方程式的常系数，通常根据最小二乘法原理，求得的系数知足均方误差最小条件。智能型压力变送器数据交融技术中的系数a。asubt/sub由单片机控制输出。 3 硬件设计sup3/sup 智能型压力变送器由压力、静压和温度传感器组成前端电路；经多路转换开关与AD转换开关相连；采用8o31单片机，它有16位高速微控制器，运算功能强，接口简单等优点；外部接有F，PROM和RAM 存储空间、锁存器及显示器和打印机。单片机对信号进展处理，然后送入DA转换器，并经过VI转换电路输出标准电流。系统 硬件构造框图见图2所示。4 软件设计 本系统开发3个软件：其中主程序用来控制整个系统的工作数据交融技术流程图用来确定常系数等及运算输出第三个软件系统是智能型变送器非线性校正标度变换子程序。 5 测试结果 经模拟实验及智能型变送器数据交融技术的软件处理，得出实验标定数如表1所示。 由表1可见：压力输出信号UP随工作温度的升高而减小，在工作温度一10至50范围内，在压力值为2500 Pa输入时，输出值随温度变化的最大改变量为Usubmax /sub。 故得asubt/sub=23660×1185=33×10 由此可见，当温度改变1时，传感器的压力输出值改变有所改善。 2计算压力传感器的零位温度系数 ，根据定义：由此可见，当温度改变I时，压力传感器的漂移量很小。 6 结柬语 综上所述智能压力变送器固然采用传感器采样信号，由于采用多传感器的交融技术和单片机的控制和处理，使得传感器的穿插灵敏度非常小，自行研制的智能型压力变送器的测量精度较高，根本上符合该仪器的主要性能指标，性能稳定，运行可靠，其在石油、化工冶金、电力、轻工等行业得到广泛应用。 参考文献1第四届全国敏感文件与传感器学术会垃论文集1995，539412剂君华等，智能传感器系统M酉电版，19993仪器仪表学报19975202 5030