專利名稱：壓力溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種檢測儀器，由其是一種壓力溫度檢測儀器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，對于氣體或液體的壓力和溫度的檢測是兩個單獨(dú)的產(chǎn)品。壓力l專感器 用于壓力監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力達(dá)到設(shè)定的壓力閾值時，產(chǎn)生檢測信號， 用于保護(hù)連鎖保護(hù)系統(tǒng)。溫度傳感器用于溫度監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的閥 值時，產(chǎn)生檢測信號，用于保護(hù)連鎖保護(hù)系統(tǒng)。
以上兩種設(shè)備是自動化系統(tǒng)中最常用的，大多數(shù)系統(tǒng)中會同時用到這兩類傳 感器。作為兩個分別獨(dú)立的檢測設(shè)備設(shè)備必然會給用戶帶來操作、維護(hù)和安裝的 不便，同時帶來系統(tǒng)接線復(fù)雜和使用的可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中安裝、操作、維護(hù)、接線不便的問題， 本實(shí)用新型提出一種壓力溫度傳感器，將壓力傳感器和溫度傳感器合二為一，使 其同時具備壓力傳感器和溫度傳感器的所有功能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，
壓力溫度傳感器，由電路部分和結(jié)構(gòu)部分組成。
其電路部分為整個系統(tǒng)的工作核心部分，包括信號采集單元、MCU、顯示單 元和檢測信號輸出單元。所述信號采集單元包括采集溫度信號的熱敏電阻、采集 壓力信號的壓力傳感器、溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；檢 測信號輸出單元包括溫度檢測信號輸出電路、壓力檢測信號輸出電路；所述熱敏 電阻和壓力傳感器輸出的溫度和壓力信號分別經(jīng)過溫度信號和壓力信號的調(diào)理 電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳到MCU中；MCU把溫度和壓力信號處理后輸出到顯示單元，
同時控制溫度檢測信號輸出電路和壓力檢測信號輸出電路的輸出。
還包括鍵盤，鍵盤連接MCU的輸入端。所述A/D轉(zhuǎn)換器至少包含2個通道。 溫度檢測信號輸出電路有兩路輸出；壓力檢測信號輸出電路有兩路輸出；所 述兩路輸出是PNP/NPN開關(guān)信號輸出和4-20mA的模擬信號輸出。
所述壓力傳感器采用陶瓷壓力感應(yīng)片；所述壓力信號的調(diào)理電路是信號放大
電路；壓力感應(yīng)片產(chǎn)生的差分信號，經(jīng)過信號放大電路放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器 的一個通道；MCU控制A/D轉(zhuǎn)換器并從中讀取壓力數(shù)字信號，計(jì)算后，再將壓力值 送入顯示單元顯示出來；同時根據(jù)鍵盤輸出的信號，控制壓力檢測信號輸出單元 輸出相應(yīng)的開關(guān)信號和/或模擬信號。
所述溫度信號的調(diào)理電路是信號放大電路，該信號放大電路包含一個恒流 源；恒流源連接熱敏電阻；熱敏電阻兩端的產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)過信號放大電路放 大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器的另一通道；MCU控制A/D轉(zhuǎn)換器并從中讀取溫度數(shù)字信號， 并在內(nèi)部計(jì)算出實(shí)際的溫度值送入顯示單元；同時根據(jù)鍵盤輸出的信號，控制壓 力檢測信號輸出單元輸出相應(yīng)的開關(guān)信號和模擬信號。
所述壓力值的計(jì)算中的溫度補(bǔ)償方法是，MCU采集得到溫度值，用該溫度值 計(jì)算相應(yīng)的壓力補(bǔ)償，再將該補(bǔ)償值計(jì)入系統(tǒng)的壓力值內(nèi)。
所述顯示單元是LCD顯示模塊。
本傳感器可三個方向(0° 、 90°和180° )顯示數(shù)據(jù)(在LCD上，字符的方 向可以是三個方向)，實(shí)現(xiàn)方法如下
單片機(jī)先定義0。 、 90°和180°三個方向顯示數(shù)據(jù)編碼；再計(jì)算需要顯示的 數(shù)據(jù)；再判斷鍵盤輸入(用戶使用鍵盤輸入O。 、 90°和180°三個方向顯示的指 令)的方向值；根據(jù)不同方向值調(diào)用不同方向的顯示函數(shù)(該函數(shù)是現(xiàn)有技術(shù)中 常見的函數(shù)，即，通過査表方式計(jì)算顯示數(shù)據(jù)在該顯示方向上的編碼，再把編碼 輸出到對應(yīng)方向的LCD段上；所述表是指三個方向的數(shù)據(jù)編碼表，編程時在頭文 件中定義)顯示數(shù)據(jù)。
當(dāng)本傳感器安裝位置顯示模塊的顯示方向和用戶觀看方向不是正對的，那么 用戶就可以通過鍵盤調(diào)整顯示文字的顯示方向，來方便觀看。
所述溫度檢測信號輸出電路和壓力檢測信號輸出電路分別設(shè)有短路保護(hù)電 路；兩個短路保護(hù)電路分別采集溫度、壓力檢測信號輸出電路輸出信號的電流， 兩個短路保護(hù)電路的輸出端連接MCU。
結(jié)構(gòu)部分包括探棒和主體；電路部分安裝熱敏電阻在主體內(nèi)；探棒的一端與 主體連接，熱敏電阻和壓力傳感器設(shè)在探棒的另一端內(nèi)；熱敏電阻的周圍填充導(dǎo) 熱體；熱敏電阻的安裝位置貼近壓力傳感器。
所述MCU的輸出端還連接有LED，用于指示傳感器輸出類型單元。
通過軟件換算，顯示單元可以顯示出壓力的4種單位BAR、 PSI、 KGF、 MP， 同時顯示溫度的兩種單位°C、 °F。(還可以通過鍵盤調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，能夠在三 個方向上觀察溫度和壓力的值。)
本系統(tǒng)溫度壓力合一的好處是由于陶瓷壓力傳感器會有溫度漂移，通過系
統(tǒng)對溫度的采集得的溫度值，用該溫度值去計(jì)算相應(yīng)的壓力補(bǔ)償，并將該補(bǔ)償值 計(jì)入系統(tǒng)的壓力值內(nèi)，抑制了溫度漂移。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本傳感器的優(yōu)點(diǎn)是
1、 將傳統(tǒng)的溫度傳感器、壓力傳感器合二為一，同時具備壓力傳感器 和溫度傳感器的所有功能。
2、 溫度的檢測同時作為壓力的溫漂抑制依據(jù)。
3、 用戶可以在三個方向觀察數(shù)據(jù)。


圖l是本傳感器的電路原理框圖
圖2是溫度采集部分電路示意圖 圖3是PNP信號輸出電路示意圖 圖4是NPN信號輸出電路示意圖
圖5是本傳感器實(shí)現(xiàn)三個方向(0° 、 90°和180° )觀察數(shù)據(jù)的程序流程圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 壓力溫度傳感器，在結(jié)構(gòu)上，由探頭、電路板、LCD顯示模塊構(gòu)成。 如圖l，電路部分為整個系統(tǒng)的工作核心，包括信號采集單元、MCU、 LCD顯 示模塊和檢測信號輸出單元。所述信號采集單元包括采集溫度信號的熱敏電阻、 采集壓力信號的壓力傳感器、溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路； 檢測信號輸出單元包括溫度檢測信號輸出電路、壓力檢測信號輸出電路；所述熱 敏電阻和壓力傳感器輸出的溫度和壓力信號分別經(jīng)過溫度信號和壓力信號的調(diào) 理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳到MCU中；MCU把溫度和壓力信號處理后輸出到還包括 鍵盤，鍵盤連接MCU的輸入端。同時控制溫度檢測信號輸出電路和壓力檢測信號 輸出電路的輸出。還包括鍵盤，鍵盤連接MCU的輸入端。
探頭內(nèi)封裝有陶瓷壓力感應(yīng)片，陶瓷傳感器的精度為千分之一，當(dāng)外界有壓 力作用在上面時，產(chǎn)生微弱的差分信號，然后進(jìn)入放大電路，電路采用差放大， 采用該電路抑制了隨機(jī)干擾，放大電路采用集成運(yùn)放TLC2741。
所述A/D轉(zhuǎn)換器采用12位精度的ICL7109，該芯片是雙積分型轉(zhuǎn)換器，其穩(wěn)定 性很好，MCU通過控制其采樣通道可以選擇到溫度信號還是壓力信號。壓力信號 用通道l，溫度信號用通道2，該電路及軟件系統(tǒng)是對應(yīng)壓力的多個范圍2BAR， 5BAR， IOBAR， 20BAR， 50BAR， IOOBAR， 200BAR， 400BAR通過界面菜單選擇，根 據(jù)陶瓷探頭的型號確定軟件的范圍選擇，最后MCU內(nèi)部計(jì)算將壓力值顯示出來。
在探頭內(nèi)封裝了熱敏電阻，熱敏電阻的安裝位置貼近陶瓷壓力傳感器，目的 是為了更好地補(bǔ)償陶瓷的溫度漂移。如圖2，用恒流源作用在熱敏電阻上，獲得 相應(yīng)的模擬電壓信號，送至調(diào)理電路處理，將微弱信號放大，送至A/D轉(zhuǎn)換器的 另一通道，通過MCU對A/D的采樣通道的控制，MCU從中獲取溫度數(shù)字信號，并在 內(nèi)部計(jì)算出實(shí)際的溫度值送入顯示單元。
LCD顯示模塊作為顯示單元具有這樣的特點(diǎn)，所述傳感器可以顯示出壓力的4 種單位BAR、 PSI、 KGF、 MP，同時顯示溫度的兩種單位。C、下。顯示單元所 具有的另一特點(diǎn)是可以通過鍵盤調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，能夠在三個方向上觀察溫度和壓 力的值，解決了由于安裝的實(shí)際環(huán)境帶來的不方便觀察數(shù)據(jù)情況。如圖5所示， 單片機(jī)先定義0。 、90°和180°三個方向顯示數(shù)據(jù)編碼；再計(jì)算需要顯示的數(shù)據(jù)； 再判斷鍵盤輸入(用戶使用鍵盤輸入(T 、 90°和180°三個方向顯示的指令)的 方向值；根據(jù)不同方向值調(diào)用不同方向的顯示函數(shù)(該函數(shù)是現(xiàn)有技術(shù)中常見的 函數(shù)，g卩，通過査表方式計(jì)算顯示數(shù)據(jù)在該顯示方向上的編碼，再把編碼輸出到 對應(yīng)方向的LCD段上；所述表是指三個方向的數(shù)據(jù)編碼表，編程時在頭文件中定 義。所述三個方向中任一方向的數(shù)據(jù)編碼表的定義都是現(xiàn)有編程技術(shù)中常用的手 段，在此就不作進(jìn)一步限制了)顯示數(shù)據(jù)。
LCD顯示模塊主要分為驅(qū)動部分和LCD面板部分。LCD設(shè)計(jì)為162個像素。為了 方便軟件編程，每個點(diǎn)可以獨(dú)立控制，采用9個C0M端和33個段，故驅(qū)動采用16*48 像素的，本設(shè)計(jì)用HT1626驅(qū)動。
本系統(tǒng)溫度壓力合一的另一好處是由于陶瓷壓力傳感器會有溫度漂移，通 過系統(tǒng)對溫度的釆集得的溫度值，用該溫度值去計(jì)算相應(yīng)的壓力補(bǔ)償，并將該補(bǔ) 償值計(jì)算入系統(tǒng)的壓力值內(nèi)，抑制了溫度漂移，系統(tǒng)采用抗干擾強(qiáng)的單片機(jī)
PIC18F2520，對惡劣現(xiàn)場的正常工作起到保證作用。 所述壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦?br> 經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，所述壓力傳感器探頭溫漂在整個工作溫度范圍內(nèi)滿足一線性 關(guān)系，即yl二kh+2. 7，單位為Bar， x為實(shí)時溫度，k=-7/25 (固定值)。在某一溫 度下，將實(shí)際測量的壓力值和該溫漂作差就得到補(bǔ)償后的壓力值，假設(shè)實(shí)際測量 壓力部分為y2，則補(bǔ)償后為y=y2+(-yl)。
本傳感器信號輸出部分是復(fù)合式輸出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為溫度兩路輸出，壓力兩路 輸出。PNP或NPN輸出方式均可通過菜單進(jìn)行選擇，一定程度上節(jié)約了用戶的成本， 方便用戶應(yīng)對現(xiàn)場接線類型的變化。根據(jù)用戶對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，本傳感器輸出 相應(yīng)的開關(guān)信號和4-20mA的模擬信號(由于模擬信號輸出電路在本領(lǐng)域中屬于常 見電路，在此不作進(jìn)一步限制)。
輸出部分均設(shè)短路保護(hù)電路，該電路采樣輸出信號的電流值，電路的輸出端 連接MOl。該電路通過采樣電阻采樣輸出信號的電流值，當(dāng)輸出信號大于400mA 時，短路保護(hù)電路發(fā)送信號給MCU， MCU關(guān)閉出現(xiàn)短路輸出，并在LCD界面上提示 短路，等待用戶將故障排除，較好地保護(hù)了整個應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
如圖3、 4所示
PNP輸出部分當(dāng)控制信號為高電平時，三極管Q3導(dǎo)通，M0S管Q4導(dǎo)通， 產(chǎn)生PNP輸出信號，該電路上MOS管的輸出串聯(lián)一個自恢復(fù)保險絲Fl，當(dāng)電路 中的電流超過自恢復(fù)保險絲的額定電流時，它自身的電阻就會變得很大，從而把 整個電路中的電流降低，起到過載保護(hù)的作用。當(dāng)控制信號為低電平時，PNP輸 出就關(guān)閉。
NPN輸出部分當(dāng)控制信號為高電平時，M0S管Q5就導(dǎo)通，產(chǎn)生PNP輸出 信號，該電路上M0S管Q5的輸出也串聯(lián)一個自恢復(fù)保險絲F2，其作用與PNP輸 出部分相同。
權(quán)利要求
1、一種壓力溫度傳感器，其電路部分為包括信號采集單元、MCU、顯示單元和檢測信號輸出單元，其特征是所述信號采集單元包括采集溫度信號的熱敏電阻、采集壓力信號的壓力傳感器、溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；檢測信號輸出單元包括溫度檢測信號輸出電路、壓力檢測信號輸出電路；所述熱敏電阻和壓力傳感器輸出的溫度和壓力信號分別經(jīng)過溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳到MCU中；MCU把溫度和壓力信號處理后輸出到顯示單元，同時控制溫度檢測信號輸出電路和壓力檢測信號輸出電路的輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力溫度傳感器，其特征是還包括鍵盤，鍵盤連接 MCU的輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述A/D轉(zhuǎn)換器至少 包含2個通道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力溫度傳感器，其特征是溫度檢測信號輸出電路 有兩路輸出；壓力檢測信號輸出電路有兩路輸出；所述兩路輸出是PNP/NPN開關(guān) 信號輸出和4-20mA的模擬信號輸出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述壓力傳感器采用陶 瓷壓力感應(yīng)片；所述壓力信號的調(diào)理電路是信號放大電路；壓力感應(yīng)片產(chǎn)生的差 分信號，經(jīng)過信號放大電路放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器的一個通道；MCU控制A/D轉(zhuǎn) 換器并從中讀取壓力數(shù)字信號，計(jì)算后，再將壓力值送入顯示單元顯示出來；同 時根據(jù)鍵盤輸出的信號，控制壓力檢測信號輸出單元輸出相應(yīng)的開關(guān)信號和/或 模擬信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述溫度信號的調(diào)理電 路是信號放大電路，該信號放大電路還包含一個恒流源；恒流源連接熱敏電阻； 熱敏電阻兩端的產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)過信號放大電路放大后輸出至A/D轉(zhuǎn)換器的另 一通道；MCU控制A/D轉(zhuǎn)換器并從中讀取溫度數(shù)字信號，并在內(nèi)部計(jì)算出實(shí)際的溫 度值送入顯示單元；同時根據(jù)鍵盤輸出的信號，控制壓力檢測信號輸出單元輸出 相應(yīng)的開關(guān)信號和模擬信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述壓力值的計(jì)算 中的溫度補(bǔ)償方法是，MCU采集得到溫度值，用該溫度值計(jì)算相應(yīng)的壓力補(bǔ)償， 再將該補(bǔ)償值計(jì)入系統(tǒng)的壓力值內(nèi)；所述壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ㄈ缦滤鰤毫鞲衅魈筋^溫漂在整個工作溫度范圍內(nèi)滿足一線性關(guān)系，即 yl=k*x+2. 7,單位為Bar, x為實(shí)時溫度，k=-7/25， k為固定值；在某一溫度下， 將實(shí)際測量的壓力值和該溫漂作差就得到補(bǔ)償后的壓力值，假設(shè)實(shí)際測量壓力部 分為y2,則補(bǔ)償后為y=y2+(-yl)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述顯示單元是LCD 顯示模塊；本傳感器可0。 、 90°和180°三個方向顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)方法如下 單片機(jī)先定義0。 、 90°和180°三個方向顯示數(shù)據(jù)編碼；再計(jì)算需要顯示的 數(shù)據(jù)；再判斷鍵盤輸入方向值，即用戶使用鍵盤輸入0° 、 90°和180°三個方向 顯示的指令；根據(jù)不同方向值調(diào)用不同方向的顯示函數(shù)顯示數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力溫度傳感器，其特征是所述溫度檢測信號輸出 電路和壓力檢測信號輸出電路分別設(shè)有短路保護(hù)電路；兩個短路保護(hù)電路分別采 集溫度、壓力檢測信號輸出電路的輸出信號的電流，兩個短路保護(hù)電路的輸出端 連接MCU。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力溫度傳感器，其特征是結(jié)構(gòu)部分包括探棒和 主體；電路部分安裝熱敏電阻在主體內(nèi)；探棒的一端與主體連接，熱敏電阻和壓 力傳感器設(shè)在探棒的另一端內(nèi)；熱敏電阻的周圍填充導(dǎo)熱體；熱敏電阻的安裝位 置貼近壓力傳感器。
全文摘要
一種壓力溫度傳感器，其電路部分為包括信號采集單元、MCU、顯示單元和檢測信號輸出單元。所述信號采集單元包括采集溫度信號的熱敏電阻、采集壓力信號的壓力傳感器、溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路；檢測信號輸出單元包括溫度檢測信號輸出電路、壓力檢測信號輸出電路；所述熱敏電阻和壓力傳感器輸出的溫度和壓力信號分別經(jīng)過溫度信號和壓力信號的調(diào)理電路后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳到MCU中；MCU把溫度和壓力信號處理后輸出到顯示單元，同時控制溫度檢測信號輸出電路和壓力檢測信號輸出電路的輸出。本傳感器將傳統(tǒng)的溫度傳感器、壓力傳感器合二為一，同時具備壓力傳感器和溫度傳感器的所有功能，溫度度的檢測同時作為壓力的溫漂抑制依據(jù)。
文檔編號G01L19/04GK101358888SQ20081019636
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者陳柏志 申請人:伊瑪精密電子(蘇州)有限公司