导读：扩散硅压力传感器系统结构设计

从功能设计考虑,系统功能结构应包括压力测量模块、信号转换模块、信号传输模块,信息处理模块,显示报警模块和控制模块。从硬件模块划分,压力测量模块、信号转换模块设计在一起,构成压力变送单元。信息处理模块,显示报警模块、控制模块和信号传输模块构成二次仪表单元。高端信息处理采用微机作为开发平台。系统功能结构框图如图1所示。

硬件设计

二次仪表的硬件设计

二次仪表的硬件设计主要包括电源设计,A/D转换设计,单片机外围电路设计,显示、报警、继电控制设计,远端通讯设计等。电源设计主要考虑变压器应有足够的耐压和功率的降额设计,变压器屏蔽层应接地。二次仪表中的模拟部分和数字部分及控制继电器应由不同的变压器副边线圈供电,以防止大脉冲电流和电源波动的影响。整个电源在线路板的布局应远离信号线路部分。 A/D转换芯片的选取应注重于产品的稳定性和可靠性,产品在出厂前应经过严格的老化和筛选。A/D的外围电路的设计应特别注意参考电压的稳定性。单片机外围电路设计以基本程式化,但其通讯端口的软硬件设计与A/D转换芯片的数据交换方式有关,液位测量对测量频率要求不高,单片机与A/D转换芯片之间的数据交换可采用串口查询[3,4]方式,这样程序结构清晰,便于编写和调试。 

扩散硅压力传感器系统功能及结构构成

系统功能设计

系统的功能设计取决于用户使用要求,作为扩散硅压力传感器测量系统,应具有测量、校准、显示、量程设置、迁移、单位选择、报警、通讯、信息处理、控制等基本功能。在功能划分上,将信息处理分为低端信息处理和高端信息处理两部分,其中低端信息处理包括显示、校准、量程设置、迁移、单位选择、报警、低端通讯等功能;高端信息处理是一个基于压力数据的可开发平台,用户可根据实际需要重新定位和开发。

压力测量根据测量对象、测量环境和精度要求等方面的不同有不同的测量原理和方法,在可接触测量中,对于液体密度一致的液位测量采用压力测量模拟的方法简单、可靠,且测量精度较高,能满足大多数应用场合。压力测量方法从原理上可靠性高,并且压力传感器近些年来发展很快,特别是扩散硅压力传感器无论是从量程、线性、稳定性等方面有了很大的提高,体积小,价格也较低廉,输出毫伏级电压信号,使用灵活,是一个具有良好技术指标和可靠度的设计底层元件。 

扩散硅压力传感器机械防护结构设计

传感器结构的选用投入式液位传感器的传感器的一端感受被测液体压力,另一端为电源和信号引线。扩散硅压力传感器结构以圆柱形,并在一端为密封的锥管螺纹为宜,容易密封。所选用的传感器一定要有充分的过压保护。密封设计液位传感器的电气室和感受端应完全隔离,电路部件最好在调试好后灌封,采用锥管螺纹密封连接时最好在螺纹连接处涂抹环氧树脂等密封填充料。选择密封填充料时应考虑与被测液体的相容性。防腐蚀设计投入式液位传感器的使用环境决定了壳体和引线必须与被测介质兼容,普通被测液体可选用1Crl8Ni9Ti,要注意的是传感器壳体和引线与被测介质的兼容性设计要考虑温度的影响,有些金属与液体的兼容性随温度的改变而改变。防堵塞设计投入式液位传感器的传感器探头长期浸入在被测介质中,杂质很容易堵塞传压孔,造成测量失真。在设计时传感器探头应被端盖保护起来,液体通过引压孔引入,引压孔的位置和角度都要合适