專利名稱：抗變頻干擾電路及其抗變頻干擾的壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及能源動(dòng)力和國(guó)防軍工領(lǐng)域中各種燃?xì)鉁u輪機(jī)械系統(tǒng)中的氣體壓力測(cè)量，尤其是一種的抗變頻干擾電路以及包含有該電路的壓力變送器，在有變頻器工作以及各種其他電網(wǎng)嚴(yán)重污染和電磁干擾情況下，可對(duì)氣體壓力進(jìn)行精確測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外一般壓力變送器供電大都是在12V 30V直流電壓激勵(lì)下工作，產(chǎn)生 4 20mA、(Tl0mA電流信號(hào)或(T5V、(TlOV電壓信號(hào)，大部分壓力變送器可以抗工頻干擾，但是抗變頻干擾的能力都比較差。變頻干擾本身是一種電源污染，是在220V電源上產(chǎn)生的多次歷次諧波。變頻干擾的歷次諧波會(huì)對(duì)壓力變送器輸出信號(hào)產(chǎn)生不穩(wěn)定影響，在高頻動(dòng)態(tài)情況下產(chǎn)生尖銳毛刺，從而影響測(cè)量效果和精度。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新的抗變頻干擾電路和含有該抗變頻干擾電路的壓力變送器，其提出了消除歷次諧波對(duì)壓力變送器輸出信號(hào)產(chǎn)生的不穩(wěn)定影響，以及在高頻動(dòng)態(tài)情況下所產(chǎn)生的尖銳毛刺的技術(shù)，使壓力變送器輸出信號(hào)更加穩(wěn)定真實(shí)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)手段為，一種抗變頻干擾電路，其特征在于 包括以下電路模塊電源濾波器，用于過濾輸入電源里的歷次諧波；恒流源電路，接收電源濾波器過濾后的電源，用于產(chǎn)生恒定電流；壓力傳感器，接收恒流源電路提供的恒定電流電源同時(shí)接收外部壓力源，用于產(chǎn)生電壓小信號(hào)；電壓變換器，用于將電源濾波器過濾后的電源變換成恒壓直流電源；電壓反相器，用于將恒壓直流電源變換成一個(gè)與之相反的負(fù)電源； 儀表放大器，接收恒壓直流電源作為正電源，同時(shí)接收電壓反相器產(chǎn)生的負(fù)電源，用于將壓力傳感器產(chǎn)生的電壓小信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)。進(jìn)一步地，所述儀表放大器由INA114芯片及其外圍調(diào)零電路及其調(diào)滿度電路組成；其中外圍調(diào)零電路由電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電位器W2組成，電阻Rl —端接所述壓力傳感器第一腳，另一端接電位器W2，電位器W2的另一端接電阻R3，電阻R3再接壓力傳感器第三腳，電阻R2位于電位器W2的可變端和壓力傳感器第四腳之間，壓力傳感器第二腳接 INA114芯片第二腳，壓力傳感器第四腳接INA114芯片第三腳；調(diào)滿度電路由電位器W1、電阻R5組成，電位器Wl —端接INA114芯片第一腳，另一端串聯(lián)電阻R5到INA114芯片第八腳，INA114芯片第六腳串聯(lián)電阻R6作為信號(hào)輸出端。進(jìn)一步地，所述電源濾波器由穿心電容Cl、穿心電容C2和電容C3、電容C4組成， 穿心電容Cl的低電位端、穿心電容C2的低電位端以及電容C3的一端、電容C4的一端共同接于一個(gè)公共端，穿心電容Cl的高電位端分別接電源正極和電容C3的另一端、穿心電容C2 的高電位端一頭接電源負(fù)極，另一頭與電容C4的另一端共地。所述恒流源電路由LM317芯片及電阻R4組成，電阻R4接于LM317芯片第二腳和第三腳之間，LM317芯片第一腳串聯(lián)電容C5接地，同時(shí)由二極管IN4148接電源濾波器。所述電壓變換器由LM7809芯片及電容C6組成，電容C6位于LM7809芯片第二腳和第三腳之間，LM7809芯片第一腳由二極管IN4148接電源濾波器，LM7809芯片第三腳接 INAl 14芯片第七腳。所述電壓反相器由ICL7660芯片及電容C7、電容C8組成，電容C7位于ICL7660芯片第二腳和第四腳之間，電容C8位于ICL7660芯片第五腳和第三腳之間，ICL7660芯片第五腳接INA114芯片第四腳。進(jìn)一步地，所述穿心電容Cl、穿心電容C2的容量分別為1000PF，所述電容C3、電容 C4的容量分別為4700PF。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一技術(shù)手段為，一種抗變頻干擾的壓力變送器，包括敏感元件、芯片座、壓環(huán)、電路板、前外殼、后外殼和鎖緊件，所述電路板包括如前所述的抗變頻干擾電路。進(jìn)一步地，所述敏感元件為壓阻式壓力傳感器，其與內(nèi)部電路一體成型于同一硅片上。本實(shí)用新型的有益效果在于在有變頻器工作以及各種其他電網(wǎng)嚴(yán)重污染和電磁干擾情況下，可對(duì)氣體壓力進(jìn)行精確測(cè)量。具有耐高溫，抗干擾性能好，測(cè)量靈敏度高，線性好，互換性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖I是本實(shí)用新型抗變頻干擾的壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型抗變頻干擾電路的電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型抗變頻干擾電路的電路圖。其中1、敏感元件，2、芯片座，3、壓環(huán)，4、電路板，5、前外殼，6、后外殼，7、鎖緊件， 8、恒流源電路，9、壓力傳感器，10、壓力源，11、儀表放大器，12、信號(hào)輸出，13、電壓反相器， 14、電壓變換器，15、電源濾波器，16、電源輸入。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)說明。參見圖1，壓力變送器的芯片座2內(nèi)部，配置敏感元件I即傳感器，充油芯體傳感器壓力膜片正對(duì)壓力孔的中心，充油芯體陶瓷線路板后部分及傳感器出線由壓環(huán)3鎖緊在芯片座2上，在壓環(huán)3的后端用M3螺釘將壓力變送器抗變頻干擾電路板4緊固在一起，前外殼5套在電路板4的外側(cè)，一端螺紋連接在芯片座2外，另一端與后外殼6螺紋連接，壓力變送器的電源線及信號(hào)線統(tǒng)一從后外殼6接出，并經(jīng)過鎖緊件7將變送器出線電纜鎖緊在后殼體6上面，這樣就構(gòu)成了壓力變送器的完整結(jié)構(gòu)。參見圖2，其內(nèi)部電路包括一個(gè)電源濾波器15，可將受污染電源里的歷次諧波對(duì)殼體濾掉，然后將一個(gè)比較理想的電源送入到恒流源電路8，使其產(chǎn)生一個(gè)f2mA的高精度、高穩(wěn)定度的恒定電流，為壓力傳感器9提供電源，另一路進(jìn)入電壓變換器14，使其產(chǎn)生一個(gè)9V的直流電源，其中一路為儀表放大器11提供正電源，另一路被送入電壓反相器13 產(chǎn)生一個(gè)與之相反的負(fù)電源并將負(fù)電源送入儀表放大器11中。壓力P通過壓力源10入口進(jìn)入壓力傳感器9的受力面，產(chǎn)生一個(gè)3(Tl50mV的微小電壓信號(hào)，再送入儀表放大器11，便產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的0 5V或5V的電壓輸出信號(hào)12。參見圖3，該圖是一個(gè)完整的(T5V或廣5V電路原理圖。儀表放大器11由INAl 14 芯片及其外圍調(diào)零電路及其調(diào)滿度電路組成；其中外圍調(diào)零電路由電阻R1、電阻R2、電阻 R3和電位器W2組成，電阻Rl —端接所述壓力傳感器9第一腳Pin21，另一端接電位器W2， 電位器W2的另一端接電阻R3，電阻R3再接壓力傳感器9第三腳Pin23，電阻R2位于電位器W2的可變端和壓力傳感器9第四腳Pin24之間，壓力傳感器9第二腳Pin22接INAl 14芯片第二腳Pinl3，壓力傳感器9第四腳Pin24接INA114芯片第三腳Pinl2 ;調(diào)滿度電路由電位器W1、電阻R5組成，電位器Wl —端接INA114芯片第一腳Pinl4，另一端串聯(lián)電阻R5到 INAl 14芯片第八腳Pin8，INAl 14芯片第六腳Pin9串聯(lián)電阻R6作為信號(hào)輸出端。INA114 芯片第五腳PinlO接地。電源濾波器15由穿心電容Cl、穿心電容C2和電容C3、電容C4組成，穿心電容Cl 的低電位端、穿心電容C2的低電位端以及電容C3的一端、電容C4的一端共同接于一個(gè)公共端并統(tǒng)一接地，穿心電容Cl的高電位端分別接電源正極和電容C3的另一端、穿心電容C2 的高電位端一頭接電源負(fù)極，另一頭與電容C4的另一端共地。恒流源電路8由LM317芯片及電阻R4組成，電阻R4接于LM317芯片第二腳Pin6 和第三腳Pin5之間，LM317芯片第一腳Pin4串聯(lián)電容C5接地，同時(shí)由二極管IN4148接電源濾波器。電壓變換器14由LM7809芯片及電容C6組成，電容C6位于LM7809芯片第二腳 Pin2和第三腳Pin3之間，LM7809芯片第一腳Pinl由二極管IN4148接電源濾波器，LM7809 芯片第三腳Pin3接INA114芯片第七腳Pin7。電壓反相器13由ICL7660芯片及電容C7、電容C8組成，電容C7位于ICL7660芯片第二腳Pin20和第四腳Pinl9之間，電容C8位于ICL7660芯片第五腳Pinl5和第三腳 Pinl7之間，ICL7660芯片第五腳Pinl5接INAl 14芯片第四腳Pinll0 ICL7660芯片第三腳 Pinl7接地。穿心電容Cl、穿心電容C2的容量分別為1000PF，所述電容C3、電容C4的容量分別為 4700PF。INA114是一種低功耗高精度通用單片儀表放大器，內(nèi)部采用了激光修調(diào)技術(shù)，具有非常低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電壓溫度漂移系數(shù)。通過一個(gè)外接電阻，增益廣10000 可變。電流反饋輸入電路提供了 G=IOO時(shí)的帶寬。本申請(qǐng)中，壓力變送器采用壓阻式壓力傳感器作為敏感元件，其內(nèi)部電路中的敏感元件，通過在單晶硅的特定晶向制成應(yīng)變電阻而構(gòu)成的惠斯頓檢測(cè)電橋，并同時(shí)利用硅的彈性力學(xué)特性，在同一硅片上進(jìn)行特殊的機(jī)械加工，從而集應(yīng)力敏感與力電轉(zhuǎn)換檢測(cè)于一體。經(jīng)過儀表放大器將30mV 150mV的電壓信號(hào)線性化放大到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。儀表放大器11是一種高增益、直流稱合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等特點(diǎn)。儀表放大器11所采用的運(yùn)算放大器與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器有很大的不同。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器是單端器件，其傳輸函數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)決定；而儀表放大器 11在有共模信號(hào)條件下能夠放大很微弱的差分信號(hào)，因而具有很高的共模抑制比(CMRR)。 它通常不需要外部反饋網(wǎng)絡(luò)。儀表放大器11是一種具有差分輸入和其輸出相對(duì)于參考端為單端輸出的閉環(huán)增益單元。輸入阻抗呈現(xiàn)為對(duì)稱阻抗且具有大的數(shù)值(通常為109M或更大)。與由接在反向輸入端和輸出端之間的外部電阻決定的閉環(huán)增益運(yùn)算放大器不同， 儀表放大器11使用了一個(gè)與其信號(hào)輸入端隔離的內(nèi)部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。利用加到兩個(gè)差分輸入端的輸入信號(hào)，可以從內(nèi)部預(yù)置增益，也可通過與信號(hào)輸入端隔離的內(nèi)部或外部增益電阻器來(lái)進(jìn)行設(shè)置增益。典型儀表放大器的增益設(shè)置范圍為I 10000。本實(shí)用新型的主要性能參數(shù)如下低輸入失調(diào)電壓50y V ;低溫度漂移系數(shù)
0.5uV/°C ;低輸入偏置電流5Na ;高共模抑制比CMRR為120dB ;輸入保護(hù)±40V ;低靜態(tài)電流700 UA等。在大多數(shù)情況下不需要外部失調(diào)調(diào)節(jié)。絕對(duì)最大的額定值例如供電電源 ±2. 2 ±18V ;工作環(huán)境溫度-55 125°C ;模擬輸入電壓范圍±40V。
權(quán)利要求1.一種抗變頻干擾電路，其特征在于包括以下電路模塊電源濾波器，用于過濾輸入電源里的歷次諧波；恒流源電路，接收電源濾波器過濾后的電源，用于產(chǎn)生恒定電流；壓力傳感器，接收恒流源電路提供的恒定電流電源同時(shí)接收外部壓力源，用于產(chǎn)生電壓小信號(hào)；電壓變換器，用于將電源濾波器過濾后的電源變換成恒壓直流電源；電壓反相器，用于將恒壓直流電源變換成一個(gè)與之相反的負(fù)電源；儀表放大器，接收恒壓直流電源作為正電源，同時(shí)接收電壓反相器產(chǎn)生的負(fù)電源，用于將壓力傳感器產(chǎn)生的電壓小信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗變頻干擾電路，其特征在于所述儀表放大器由INA114芯片及其外圍調(diào)零電路及其調(diào)滿度電路組成；其中外圍調(diào)零電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3 和電位器W2組成，電阻Rl —端接所述壓力傳感器第一腳(Pin21)，另一端接電位器W2，電位器W2的另一端接電阻R3，電阻R3再接壓力傳感器第三腳(Pin23)，電阻R2位于電位器 W2的可變端和壓力傳感器第四腳(PinM)之間，壓力傳感器第二腳(Pin22)接INA114芯片第二腳(Pinl3)，壓力傳感器第四腳(Pin24)接INA114芯片第三腳(Pinl2)；調(diào)滿度電路由電位器W1、電阻R5組成，電位器Wl —端接INA114芯片第一腳(Pinl4)，另一端串聯(lián)電阻R5 到INA114芯片第八腳(Pin8)，INAl 14芯片第六腳(Pin9)串聯(lián)電阻R6作為信號(hào)輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗變頻干擾電路，其特征在于所述電源濾波器由穿心電容Cl、穿心電容C2和電容C3、電容C4組成，穿心電容Cl的低電位端、穿心電容C2的低電位端以及電容C3的一端、電容C4的一端共同接于一個(gè)公共端并統(tǒng)一接地，穿心電容Cl的高電位端分別接電源正極和電容C3的另一端、穿心電容C2 的高電位端一頭接電源負(fù)極，另一頭與電容C4的另一端共地；所述恒流源電路由LM317芯片及電阻R4組成，電阻R4接于LM317芯片第二腳(Pin6) 和第三腳(Pin5)之間，LM317芯片第一腳(Pin4)串聯(lián)電容C5接地，同時(shí)由二極管IN4148 接電源濾波器；所述電壓變換器由LM7809芯片及電容C6組成，電容C6位于LM7809芯片第二腳(Pin2 ) 和第三腳(Pin3)之間，LM7809芯片第一腳(Pinl)由二極管IN4148接電源濾波器，LM7809 芯片第三腳(Pin3)接INA114芯片第七腳(Pin7)；所述電壓反相器由ICL7660芯片及電容C7、電容C8組成，電容C7位于ICL7660芯片第二腳(Pin20)和第四腳(Pinl9)之間，電容C8位于ICL7660芯片第五腳(Pinl5)和第三腳 (Pinl7)之間，ICL7660芯片第五腳(Pinl5)接INA114芯片第四腳(Pinll)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗變頻干擾電路，其特征在于所述穿心電容Cl、穿心電容 C2的容量分別為1000PF，所述電容C3、電容C4的容量分別為4700PF。
5.一種抗變頻干擾的壓力變送器，包括敏感元件、芯片座、壓環(huán)、電路板、前外殼、后外殼和鎖緊件，其特征在于所述電路板包括如權(quán)利要求1 一 4所述的抗變頻干擾電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓力變送器，其特征在于所述敏感元件為壓阻式壓力傳感器，其與內(nèi)部電路一體成型于同一硅片上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種抗變頻干擾電路及其抗變頻干擾的壓力變送器，該抗變頻干擾電路包括電源濾波器，恒流源電路，壓力傳感器，電壓變換器，電壓反向器和儀表放大器，其中儀表放大器由INA114芯片及其外圍調(diào)零電路及其調(diào)滿度電路組成，抗變頻干擾的壓力變送器中包括前述的抗變頻干擾電路，本實(shí)用新型可消除歷次諧波對(duì)壓力變送器輸出信號(hào)的不穩(wěn)定影響，以及在高頻動(dòng)態(tài)情況下所產(chǎn)生的尖銳毛刺。信號(hào)輸出為0-5V及1-5V高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)。該壓力變送器可以滿足能源動(dòng)力和國(guó)防軍工領(lǐng)域中各種燃?xì)鉁u輪機(jī)械系統(tǒng)中的氣體壓力測(cè)量的需要，尤其是在有變頻器工作以及各種其他電網(wǎng)嚴(yán)重污染和電磁干擾情況下，可對(duì)氣體壓力進(jìn)行精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L9/04GK202305092SQ20112039279
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者單偉忠, 孫弟娃, 李軍, 桑增產(chǎn), 王軍強(qiáng), 王麥光, 肖陽(yáng), 范俊, 陳策 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部陸航研究所, 桑增產(chǎn)