压力变送器

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关于加速智能化压力变送器的设计与研究解析

作时间:2019-10-29  来源:  作者:
   
【摘要】本文在充分研究加速度压力变送器的基础上,根据具体实际应用,确定其基本框图,再对系统的主要芯片和器件进行选型。经过分析,非常终选用了 ADXL50 加速度压力变送器。根据设计所需要求,确立了设计方案,并对压力变送器外围电路以及报警系统电路进行相应的设计。
1.引言
加速度压力变送器能够通过感知物体加速度来判断物体运动状态的一种重要的压力变送器[1-2] ,加速度压力变送器应用广泛,医疗、汽车工业、军事、工程测量、航空航天[3-4] (包括无陀螺稳定控制[5] 、捷联惯性导航系统的非自式惯性导航系统、航向指示系统、目标姿态基准系统、重力测量系统等)等领域。加速度压力变送器类型主要分为压电式、电容式、压阻式、液浮摆式、挠性摆式、振弦式、伺服式等类型[7] 。
其中,电容式压力变送器电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系,因此,要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。电容式压力变送器的原理是将被测非电量的变化转换为电容量变化的压力变送器,进而转化为便于测量和传输的电压或电流量的器件。电容压力变送器与其他类型的压力变送器相比,具有测量范围大、高阻抗、动态响应时间短、小功率、精度高、实现非接触测量,适应性强等优点。在不同行业,不用的测量方面得到了非常广泛的应用,加速度压力变送器发展前途可以说是非常好的。
2.设计方案
加速智能化压力变送器包括报警系统(通过加速度显示)、压力变送器及外围电路(外围电路和 ADXL50 数据处理),信号调理电路(放大电路和滤波电路和绝对值检波电路)组成。小型容器是专门针对压力变送器的外围电路存放设计,这样便于隐藏其内部产生屏蔽作用,压力变送器牢牢粘在 PCB 板上,加速度信号通过 ADXL50 加速度压力变送器处理,测量信号通过外围电路输出;信号调理电路感应到压力变送器传送来信号,对其进行扩大、对有干扰的波进行过滤;显示器主要是显示信号,非常终显示于 LED 显示屏上,该信号首先经过处理。主要原理是将传送来的信息通过不同的电压值换算成加速度数字,从而实现加速度和频率的实时检测;与此同时,微处理器会将客户设定的加速度电压值与传送回来的加速度电压值对比,一旦大于设定的安全范围,就会报警,提示用户。
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3.压力变送器及外围电路的设计
本设计的检测装置采用的是ADXL50型加速度压力变送器,该压力变送器是由美国 ADI 公司生产。该装置在单片集成电路被高度集成,敏感元件是关键的元件,采用差动电容。闭环随动式加速度计的构成原理是采用闭环反馈力平衡技术配合调理电路,但是调理电路的信号一定是完整的。其感知的加速度随着释放电压的增加而增加,增加的程度是两者成正比,从而不但确保了测量的及时性而且确保了准确性。电荷信号是由传统的压力变送器发出的信号,而 ADXL50加速度压力变送器直接输出电压信号,这种输出方式使得信号采集更加快速,处理更加便捷,因此,比起其他过去的检测设备,其表现为准确度更好,实时性更高。ADXL50 采用单电源 +5V 供电,非常大测量范围为 ±50g(g 为重力加速度),输出电压范围为 0.25 ~ 4.75V,灵敏度为20mV/g。通过外接元件,结合其内置的缓冲放大器,可调节放大倍数和 0g 的电平,也可构成滤波电路。外围电路电阻是可变的,通过控制其大小,电压输出端被设定后设定可以影响控制压力变送器,从而达到 ADXL50压力变送器在没有任何加速度的情况下输出电压是 2.5V。缓冲放大器通过公式计算其放大倍数为20191029083601.jpg,即压力变送器通过计算输出为 0.1V/g。同时低通滤波器由 RC2 和 CC3 两个部分构成。
4.加速度压力变送器报警系统电路
报警监控电路由 LED 发光二极管、多谐振荡器、监控电路等组成。其中 555 和 R1、W1、C1 构成了多谐振荡器,且 555 的接地“1”脚连接到检测三极管的集成电极。当给设定的电压一个定值,一旦超过这个定值,电流将击穿稳压管DW,检测管BG1就会开始工作,电源电路通电以后,多谐振荡器就会开始启动,将会发出的振荡信号为指令,控制发光二极管 LED 点亮并且闪烁。
ADXL测量的加速度数据以电压的形式输入电压监视端。在实际情况中加速度的限制随周围具体环境的不同而变化着,单一的加速度限制值不符合实际的需要,为了适应在多种环境下不同加速度阈值,因此,可以多设几个稳压管DW1、DW2、DW3、DW4,电路可由压力变送器 K1、K2、K3、K4,这样就会有多种加速度阈值的设定选择。限流电阻 R3 的阻值和稳压管 DW 的击穿电压值通过检测电压的高低来选择。通过添加晶体管 BG1 产生的作用是可以进一步降低 555属于多谐振荡器的静态能耗。多谐振荡器通过振荡产生的频率为 f=1.44/(R1 2Rw1)C1,LED 的闪烁次数可以通过调节电位器 W1 来控制,图示数据显示的频率应该是 1 ~ 20Hz。当 ADXL50 加速度压力变送器测量到的加速度值超过预先设定好的加速度值时,图中的LED发光二极管将会闪烁,同时,将电压信号输入到发声报警装置上,起到报警的作用。
5.结论
(1)基于 ADXL50 加速度压力变送器制成的智能化加速压力变送器装置成本低、功耗低、使用方便、显示直观。同时,该装置能够很好的适应环境。
(2)和传统的压力变送器相比,ADXL50 加速度压力变送器信号的采集与处理可以通过直接输出电压信号来实现,因此比起其他传统的 检测设备,其检测的准确度更好,实时性更高。
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