本發(fā)明涉及工業(yè)測量領(lǐng)域，具體地說是一種基于工業(yè)微壓u型壓力計傳感器。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)測量測控事業(yè)的蓬勃發(fā)展，使用的傳感器種類及數(shù)量也大大增加。尤其是工業(yè)測控系統(tǒng)的完善，逐步增加了各種類型的傳感器設(shè)備。

然而在大量的壓力傳感器設(shè)備中小型的微壓傳感器幾乎沒有，現(xiàn)場原有微壓傳感設(shè)備仍采用較為傳統(tǒng)的u型管壓力計進行微壓的測量。此u型壓力計只能人工巡檢查看壓力數(shù)據(jù)，并且無上下線告警功能，當(dāng)監(jiān)控設(shè)備壓力出現(xiàn)異常時不能及時上傳數(shù)據(jù)或發(fā)出報警極易發(fā)生危險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于工業(yè)微壓的u型壓力計傳感器。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種基于工業(yè)微壓u型壓力計傳感器，包括兩組相同的電壓緩沖器、恒流源和傳感器，其中：

第一傳感器與第一恒流源、第一電壓緩沖器、接口電路順次連接，采集到電壓值通過第一電壓緩沖器后發(fā)送到接口電路進行輸出；

第二傳感器與第二恒流源、第二電壓緩沖器、接口電路順次連接，采集到電壓值通過第二電壓緩沖器后發(fā)送到接口電路進行輸出；

電壓參考源分別連接兩個恒流源，向恒流源提供基準(zhǔn)電壓；

供電電路連接接口電路、電壓參考源以及兩個電壓緩沖器，為其供電。

所述恒流源包括：

運算放大器u1的同相輸入端連接外部參考分壓電阻r165和r166，其中電阻r165、r166組成分壓電路，分壓電路r165一端與所述電壓參考源電路相連； c2和c3并聯(lián)在電阻r166兩端，組成分壓電路的濾波電容，用于提供穩(wěn)定的直流電壓；

運算放大器u1的反相輸入端連接至電阻r164、r163的一端，電阻r163、r164的另一端接地；

運算放大器u1的輸出端連接傳感器，對傳感器進行驅(qū)動。

所述傳感器包括若干個相互串聯(lián)的電阻，每兩個電阻之間設(shè)置一個干簧管。

所述電壓參考源包括電壓基準(zhǔn)芯片u2的vin腳連接退耦電容c7和供電電路；

電壓基準(zhǔn)芯片u2的vref腳連接至恒流源；

電壓基準(zhǔn)芯片u2的en腳通過電阻r167連接至供電電路。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：

1.本發(fā)明方法為小型化設(shè)計，體積小能夠方便安裝，量程可隨意設(shè)計。

2.本發(fā)明解決了基于u型壓力計微壓傳感器的空白。

3.本發(fā)明使用干簧管作為傳感器載體，大大減少開發(fā)成本。

4.本發(fā)明可對工業(yè)u型壓力計進行升級加入采集功能后即可成為有線或無線儀表設(shè)備。

5.本發(fā)明內(nèi)部使用恒流源進行供電，且橫流電流僅為20ua。

6.本發(fā)明預(yù)留了供電接口，電壓采集輸出接口，方便產(chǎn)品開發(fā)。

7.本發(fā)明需使用磁性浮子及u型管進行配套使用。

8.本發(fā)明可繼承原有u型壓力計的使用方法，保留原有u型壓力計的讀數(shù)功能。

9.本發(fā)明傳感器整體功耗控制在100ua以內(nèi)，可用于低功耗的電池供電儀表設(shè)備使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硬件原理框圖；

圖2為本發(fā)明的接口電路原理圖；

圖3為本發(fā)明的供電電路原理圖；

圖4為本發(fā)明的第一電壓緩沖器l電路原理圖；

圖5為本發(fā)明的第一恒流源l電路原理圖；

圖6為本發(fā)明的電壓參考源電路原理圖；

圖7為本發(fā)明的第一傳感器電路l原理圖；

圖8為本發(fā)明的第二電壓緩沖器電路r原理圖；

圖9為本發(fā)明的第二恒流源電路r原理圖；

圖10為本發(fā)明的第二傳感器r電路原理圖；

圖11為本發(fā)明的整體縮略圖；

圖12為本發(fā)明的局部縮略圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

如圖1所示為本發(fā)明的硬件原理框圖，主要將u型壓力計傳感器分為9部分。其中包括：接口電路、供電電路、電壓緩沖器l、恒流源l、電壓參考源、傳感器l、電壓緩沖器r、恒流源r、傳感器r等。其中傳感器l與傳感器r恒流源l、恒流源r共同組成u型壓力計的傳感器并完成流壓轉(zhuǎn)換功能。

如圖2所示為本發(fā)明的接口電路原理圖，其中p1為u型壓力計傳感器電路的對外接口，便于外部二次開發(fā)。進入接口電源處放置c510uf、c4100nf的電容做電源濾波防止電源線上的傳導(dǎo)干擾。

如圖3所示為本發(fā)明的供電電路原理圖，本電路使用外部接口進行整體供電。圖3中u6使用ti的ldo穩(wěn)壓芯片，此ldo穩(wěn)壓芯片電源紋波極低可穩(wěn)定的提供傳感器整體工作電壓。u6芯片1腳為電源輸入端此引腳直接連接至接口電路p51腳。5腳為電壓輸出端，此引腳通過c12、c13兩顆電容濾波后給予傳感器整體提供穩(wěn)定的工作電壓。

如圖4所示為本發(fā)明的電壓緩沖器l電路原理圖，圖中u1a為tlv2402 雙運放，此運算放大器功耗極低每通道靜態(tài)功耗僅為880na，為整體傳感板降低了功耗。u1a放大器2腳與1腳相連組成電壓緩沖電路，其中u1b7腳與u1a3連接，u1a緩沖u1b7腳輸出的電壓信號。驅(qū)動的功能為降低干擾，增加后級的驅(qū)動能力，u1a1腳連接至接口電路p14腳將電壓信號輸出。

如圖5所示為本發(fā)明的恒流源l電路原理圖，也是此發(fā)明的重點之一。圖中u1b與圖4中的u1a為同一顆運算放大器，有著相同的低功耗特點。圖中u1b5腳與外部參考分壓電阻r165、r166、c2、c3相連，其中電阻r165、r166組成分壓電路，c2、c3為分壓電路的濾波電容用于提供穩(wěn)定的直流電壓。分壓電路r165一端與圖6電壓參考源電路的u25腳相連，外部參考分壓電路完成對電壓參考源的分壓，并提供給ub15腳做為電壓基準(zhǔn)源。u1b6腳連接至r164、r163電阻的一端通過r164、r163電阻連接至gnd，u1b6腳與7腳連接至圖7的傳感器電路。u1b與r163、r164和分壓電路r165、r166、c2、c3及圖7的傳感器電路共同組成了橫流源l電路。其中對gnd電阻r164、r163決定了恒定的電流值，通過調(diào)節(jié)r164、r163的電阻值就可調(diào)節(jié)整個傳感器的工作電流。圖中c1為u1btlv2402芯片的退耦電容，用于濾除供電電路的干擾及自身的耗電干擾。

如圖6為本發(fā)明的電壓參考源電路原理圖，圖中u2為ti的lm4132電壓基準(zhǔn)芯片，此芯片輸出精度為0.05％，低溫度系數(shù)為10ppm/℃，工作電流僅為60ua。此芯片為整個傳感器提供了高可靠、高精度的電壓基準(zhǔn)，本發(fā)明的參考電壓為2.5v。圖中u24腳連接至圖3供電電路的u65腳為其提供自身所需的供電電壓u44腳另一端連接至c7，c7為u2的退耦電容，保證u2的供電穩(wěn)定不受紋波影響。u25腳一端連接至c6一端連接至圖5恒流源l的r165的一端提供2.5v基準(zhǔn)電壓，c6的作用為濾除u2輸出的紋波進一步降低干擾的存在。u23腳為使能引腳此引腳為低電平時芯片進入低功耗關(guān)斷模式此時電流僅為3ua。本發(fā)明為傳感器處于實時監(jiān)測狀態(tài)，工作時不能關(guān)斷參考。所以u22腳連接至r167的一端r167另一端與電源vcc相連，給u23腳提供高電平使u2 處于正常工作狀態(tài)。

如圖7所示為本發(fā)明的傳感器l電路原理圖，也是本發(fā)明的重點。如圖所示s1至s80為干簧管，r1至r81為1k電阻。干簧管使用oki干簧管其at值為7-10，大大增加磁鐵至干簧管的作用距離，電阻使用高精度低溫票的金屬膜電阻。r1至r81為電阻的串聯(lián)電路，s1至s80為干簧管的并聯(lián)電路。如圖中r81與r80串聯(lián)s80則在r81、r81中間對另一端并聯(lián)，依次類推將其全部鏈接。這樣就組成了干簧管陣列，當(dāng)某一干簧管吸合導(dǎo)通時r81的l_cc+端與s80的l_cc-端的對地電阻將不同。同時l_cc+與圖5恒流源l電路的u1b7腳相連，l_cc-與圖5恒流源l電路的u1b6腳相連，這樣就組成了一個恒流源電路。電流恒定不變當(dāng)不同位置的干簧管吸合時電阻發(fā)生變化電流不變將導(dǎo)致u1b7腳對地電壓的變化，本發(fā)明設(shè)計的恒流源電流為20ua電阻值為1k則每一個干簧管的電壓為20mv，由于輸出電壓采集點為u1b7腳對地電壓所以輸出電壓為u1b6、7腳電壓加上r164兩端電壓值，由于本發(fā)明恒流源基準(zhǔn)電壓設(shè)計在1v所以u1b7腳對地電壓為1v加干簧管對應(yīng)位置電壓。通過對電壓的讀取可計算出干簧管吸合的位置，干簧管吸合的位置為浮子磁鐵的位置?？捎嬎愠鰧?yīng)的壓力數(shù)據(jù)。

如圖8為本發(fā)明的電壓緩沖器r電路原理圖，與圖4的電壓緩沖器l電路原理一致此處不再描述講解。

如圖9為本發(fā)明的恒流源r電路原理圖，與圖5的恒流源l電路原理一致此處不再描述講解。

如圖10為本發(fā)明的傳感器r電路原理圖，與圖7的傳感器l電路原理一致此處不再描述講解。

如圖11所示為本發(fā)明的整體縮略圖，本發(fā)明的u型壓力傳感板使用的干簧管數(shù)量為160個，左側(cè)80個右側(cè)80個，干簧管間距為5mm，具體建構(gòu)見圖12局部縮略圖所示。干簧管具體數(shù)量可根據(jù)不同的測量范圍及量程誤差進行相應(yīng)的調(diào)整。在組裝時應(yīng)將u型壓力計的0刻度對準(zhǔn)傳感板中心的某一個干簧管， 并標(biāo)記為0刻度如圖12所示。將0刻度的兩個干簧管使用磁鐵進行吸合使干簧管導(dǎo)通，此時將傳感板上電讀取l、r端的對地電壓進行標(biāo)記為0刻度電壓值便于計量時計算。將傳感板上電后，l、r兩路傳感器同時工作，l、r左右恒流源均穩(wěn)定在20ua。此時u型管l側(cè)與r側(cè)內(nèi)部分別裝入帶有磁鐵的浮子，并注入測量液體水，使水的液面高度與u型壓力計原有的刻度尺0刻度位置水平。u型壓力計一端接入被測氣源端，一端懸空至于大氣壓下，在被測氣源的壓力作用下u型管內(nèi)的左右的2個浮子在水的推動下將上下擺動。浮子的擺動將導(dǎo)致對應(yīng)位置的干簧管相應(yīng)導(dǎo)通，干簧管的導(dǎo)通將導(dǎo)致輸出電壓的改變，此時用戶可通過使用采集設(shè)備進行l(wèi)、r端數(shù)據(jù)的采集并進行相應(yīng)的計算最終完成壓力的測量。