一種遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置。

背景技術(shù)：

壓力測量是自動化設(shè)備中非常常用的物理量測量，特別是隨著液壓設(shè)備的廣泛應(yīng)用，壓力測量日益廣泛。壓力測量裝置公知的有指針式壓力表，它精度低，易損壞，無法遠(yuǎn)方抄讀。有專用壓力變送器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化讀取，但成本高、安裝復(fù)雜。

CN87207181U公開了一種《電容式遠(yuǎn)傳壓力表》實(shí)用新型，ZL93225621.X提供了一種《遠(yuǎn)傳壓力表》。該兩種實(shí)用新型在原有機(jī)械壓力表零件外，另加一個由動片、定片組成的空氣電容器作為壓力電信號轉(zhuǎn)換器，將電容器的動片安裝在壓力表扇形齒輪上，而將定片安裝在壓力表夾板上形成一個空氣電容器，將電容變化變換為電流信號輸出。其中一個實(shí)用新型通過實(shí)用新型提供的電路圖將電壓幅度值V與振蕩頻率通過調(diào)整使其為定值，試圖實(shí)現(xiàn)流過測量壓力電容器Cx的電流與測量壓力電容器Cx電容值成正比，而測量壓力電容器Cx電容值與被測壓力成正比。該技術(shù)方案至少存在以下不足：

第一，在扇形輪上安裝空氣電容器改裝任務(wù)大，安裝不方便；

第二，其中一個提供電流轉(zhuǎn)換電路的實(shí)用新型采用一個三極管進(jìn)行二次儀表的線性化處理，線性化效果差、測量精度低、穩(wěn)定性差；

第三，電容式測量在不采取屏蔽措施時，極易受外部感應(yīng)影響，測量的精度、穩(wěn)定性會受影響；

第四，以電流的方式輸出影響遠(yuǎn)距離測量的精度和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的問題：

本實(shí)用新型的目的是實(shí)用新型一種便于安裝的、數(shù)字化的、可在遠(yuǎn)方設(shè)置和抄讀的、高精度、高穩(wěn)定性的壓力測量裝置。

本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)是測量壓力的彈性敏感元件波登管(Bourdon tubes)，又稱彈簧管(膨脹管)；(2)是在波登管端頭用于固定測量壓力電容器中一塊電極板A的固定件；(3)是測量壓力電容器一塊電極板A；(4)是測量壓力電容器中另一塊電極板B；電極板A(3)和電極板B(4)有一定的面積，近似平行放置，互不連通，構(gòu)成一個平板電容；(5)是本實(shí)用新型的主控制電路板。主控制電路板(5)被固定在遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的支架上，而測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)則和(5)固定在一起。在波登管中被測量壓力增大時，波登管向外側(cè)伸展，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著遠(yuǎn)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的電容器容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的電容器容量加大；(6)是壓力測量裝置的支架；(7)是壓力測量裝置的外殼。

測量壓力電容器Cx是由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的與被測量壓力相關(guān)的所述測量壓力電容器；(8)是RCx電阻電容振蕩器或LCx電感電容振蕩器，其中電阻R和電感L的值是固定的，測量壓力電容器Cx的電容量決定振蕩頻率；(9)是振蕩電路(8)輸出振蕩信號的周期或頻率的測量單元，其中包含測量原始數(shù)據(jù)累加平均處理軟件，以消除測量過程中的數(shù)據(jù)跳變，實(shí)現(xiàn)原始測量數(shù)據(jù)的平滑輸出；(10)是測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元。在很多情況 下，測量振蕩信號周期的測量單元(9)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)、貯存和處理單元(11)由同一個微處理器(單片機(jī))完成。在測量過程中，被測量壓力變化導(dǎo)致波登管位移變化，由位移變化構(gòu)成測量壓力電容器Cx的電容量變化，電容量變化造成振蕩器的頻率變化，由變化的頻率或周期測量值計(jì)算解調(diào)出可以直接讀取的數(shù)字化被測壓力值。這其中被測壓力變化導(dǎo)致的波登管位移變化，最后解調(diào)出可讀的高精度的數(shù)字化壓力測量值需要作線性化解調(diào)處理；(11)是貯存和處理單元；(12)是通信接口和電源提供電路單元；(13)是遠(yuǎn)方管理站，由使用方進(jìn)行遠(yuǎn)方管理。

貯存和處理單元(11)至少要完成以下任務(wù)：

a、將所述數(shù)字化被測壓力值進(jìn)刷新貯存，備用；

b、有本地顯示功能的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置將用所述數(shù)字化被測壓力值送本地顯示器顯示；

c、接收來自通信接口(12)的指令，并執(zhí)行指令；

d、需要時設(shè)置、貯存能被遠(yuǎn)方管理站尋址的地址信息。

通信接口和電源提供電路單元(12)的主要任務(wù)至少有：

a、接收通過外部信道來自遠(yuǎn)方管理站(13)的指令并發(fā)送到貯存和處理單元(11)；

b、將貯存和處理單元(11)發(fā)送的信息通過外部信道發(fā)送到遠(yuǎn)方管理站(13)；

c、通過外部信道獲取所述遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置所需要的工作電源。

與被測壓力源相連接的波登管(1)，在被測壓力增大時，波登管(1)的端頭向外伸展，帶動固定在端頭上的測量壓力電容器中一塊電極板A(3)向著遠(yuǎn)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3) 和電極板B(4)構(gòu)成的測量壓力電容器Cx容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的測量壓力電容器Cx容量加大。所述測量壓力電容器Cx容量隨被測壓力度化而關(guān)聯(lián)變化，引起由測量壓力電容器Cx決定振蕩頻率的振蕩電路(8)輸出信號頻率或周期的關(guān)聯(lián)變化。被測壓力改變量導(dǎo)致波登管端頭位移的改變量，在相同的被測壓力改變量下，波登管端頭位移的改變量越大測量的靈敏度越高。通常情況下，在正常測量范圍內(nèi)通過設(shè)計(jì)波登管的長度、壁厚、彈性，保證波登管端頭約有1.8mm左右位移量。平板電容器的電容量正比于極板面積，反比于極板間的距離。構(gòu)成所述測量壓力電容器Cx的電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成電容器部分的面積越大，其電極板A(3)和電極板B(4)之間改變相同的距離，引起的測量壓力電容器Cx容量的改變量也越大，其測量精度就可以做得越高。(9)是振蕩電路(8)輸出振蕩信號的頻率或周期的測量單元，現(xiàn)在有很多技術(shù)可以完成十分精確的周期(頻率，與周期互為倒數(shù))測量。一個實(shí)施例，振蕩電路(8)的輸出直接連接到測量振蕩信號周期的測量單元(9)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)、貯存和處理單元(11)中微處理器(單片機(jī))的外部中斷輸入引腳上，用輸入信號的邊沿觸發(fā)中斷，然后用微處理器(單片機(jī))內(nèi)部定時器及計(jì)算單元計(jì)算出輸入信號的中斷間隔時間亦即周期值。當(dāng)微處理器(單片機(jī))內(nèi)部振蕩源采用十幾兆赫茲時，測量的信號周期值可精確到ns級。為了防止測量過程中由于機(jī)械振動造成的測量值跳動，可以將遠(yuǎn)大于機(jī)械振動周期的N個周期的原始測量值累加起來再進(jìn)行平均，計(jì)算出振蕩信號周期平均值，就可以得到克服周期性振動變化造成的數(shù)據(jù)跳變，獲得穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，將累加周 期數(shù)、計(jì)算平均值的參數(shù)等數(shù)據(jù)項(xiàng)作為可以設(shè)置的參數(shù)，通過(11)的本地設(shè)置口或遠(yuǎn)方管理站(13)按約定的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。由測量振蕩信號周期的測量單元(9)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)、貯存和處理單元(11)直接通過測量(8)振蕩信號周期得到的振蕩信號周期平均值要通過(11)作線性化處理和解調(diào)處理才能轉(zhuǎn)化為被測壓力源的壓力數(shù)據(jù)。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，將所述振蕩信號周期平均值先作數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中將測量范圍以外的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先扣除再生成待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)；第二步通過實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，將每個測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值都對應(yīng)一個確定的壓力測量值；第三步，當(dāng)所述線性化處理和解調(diào)處理裝置程序在處理到所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值后，用待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表中的坐標(biāo)，再從該坐標(biāo)中獲取對應(yīng)的壓力測量值。由于所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和線性化的，所有獲得的測量壓力值有極高的測量精度，通?？梢赃_(dá)到0.5級以上的測量精度。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，通過實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號周期平均值和實(shí)際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式；第二步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計(jì)算算出對應(yīng)的確定的壓力測量值。這種方法依賴于數(shù)學(xué)公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，通過實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號周期平均值和實(shí)際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式；第二步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計(jì)算算出對應(yīng)的確定的“待使用壓力測量值”；第三步，通過實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個以“待使用壓力測量值”為源數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，進(jìn)行二次用列表查表輸出實(shí)際壓力測量值，或在列表中查出偏差值再進(jìn)行計(jì)算出實(shí)際壓力測量值。

前一種方法要獲得較高測量精度時，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表必須足夠大，占用程序空間比較大，但現(xiàn)代單片機(jī)道常都可以提供足夠的空間，必要時還可以外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)列表。后一種方法需要精準(zhǔn)建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式。再后一種方法兼顧前二種方法，先進(jìn)行計(jì)算，縮小查表的數(shù)量，再通過查表獲得高精度測量數(shù)據(jù)。

測量壓力電容器中一塊電極板A(3)和測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)構(gòu)成平板電容器部分的面積越大，測量極板間距離的靈敏度越高，測量精度也越高。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，電容極板面積只要超過180平方毫米，極板間距離由0.2mm變化至2.2mm足可以獲得0.5％以上的壓力測量精度。

一種遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置，有測量壓力的波登管，有由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的測量壓力電容器Cx，有由測量壓力電容器Cx容量決定振蕩頻率的振蕩電路(8)，有測量振蕩信號周期的測量單元(9)，測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)，貯存和處理單元(11)，通信接口和電源提供電路單元(12)，其特征是：

a、測量壓力電容器Cx中電極板A(3)被固定在與波登管端頭一起移動的裝置上，測量壓力電容器Cx中另一電極板B(4)被固定在與支架固定在一起的主電路板上；

b、設(shè)計(jì)有由波登管位移變化而改變?nèi)萘康臏y量壓力電容器Cx，和由測量壓力電容器Cx決定振蕩頻率高低的振蕩電路(8)；

c、通過測量振蕩信號周期的測量單元(9)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)、貯存和處理單元(11)對振蕩電路(8)輸出信號周期的測量和測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)處理得到被測量壓力的數(shù)字化壓力值；

d、與遠(yuǎn)方管理站(13)雙向通信和由遠(yuǎn)方管理站(13)供電的接口是無極 性的、二線制的、供電和通信一體化的。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的示意圖。(1)是測量壓力的彈性敏感元件波登管(Bourdon tubes)，又稱彈簧管(膨脹管)；(2)是在波登管端頭用于固定測量壓力電容器中一塊電極板A的固定件；(3)是測量壓力電容器中一塊電極板A；(4)是測量壓力電容器中另一塊電極板B；電極板A(3)和電極板B(4)有一定的面積，近似平行放置，互不連通，構(gòu)成一個平板電容；(5)是本實(shí)用新型的主控制電路板。主控制電路板(5)被固定在遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的支架上，而測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)則和(5)固定在一起。在波登管中被測量壓力增大時，波登管向外側(cè)伸展，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著遠(yuǎn)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的電容器容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板(3)和(4)構(gòu)成的電容器容量加大；(6)是壓力測量裝置的支架；(7)是壓力測量裝置的外殼。

圖2是本實(shí)用新型主控電路的原理框圖。測量壓力電容器Cx是由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的與被測量壓力相關(guān)的所述測量壓力電容器；(8)是RCx電阻電容振蕩器或LCx電感電容振蕩器，其中電阻R和電感L的值是固定的，測量壓力電容器Cx的電容量決定振蕩頻率；(9)是振蕩電路(8)輸出振蕩信號的頻率或周期的測量單元，其中包含測量原始數(shù)據(jù)累加平均處理軟件，以消除測量過程中的數(shù)據(jù)跳變，實(shí)現(xiàn)原始測量數(shù)據(jù)的平滑輸出；(10)是測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元。在測量過程中，被測量壓力變化導(dǎo)致波登管位移變化， 由位移變化構(gòu)成測量壓力電容器Cx的電容量變化，電容量變化造成振蕩器的頻率變化，由變化的頻率或周期測量值計(jì)算解調(diào)出可以直接讀取的數(shù)字化被測壓力值；(11)是貯存和處理單元；(12)是通信接口和電源提供電路單元；(13)是遠(yuǎn)方管理站，負(fù)責(zé)管理本實(shí)用新型的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置，其中包含但不限于抄讀壓力數(shù)據(jù)等等。

圖3是測量壓力電容器一塊電極板A(3)和測量壓力電容器另一塊電極板B(4)的一個實(shí)施例示意圖。它由雙面印制電路板構(gòu)成，其中(33)是雙面印制電路板的絕緣基板；(34)是一側(cè)面的導(dǎo)電極板，與固定支架焊接在一起，其中與電極板A(3)焊接在一起的支架，固定在用于固定測量壓力電容器中一塊電極板A的固定件(2)上，與電極板B(4)焊接在一起的支架固定在主控制電路板(5)上；(32)是印制電路板的另一面電極板，是構(gòu)成測量壓力電容器Cx的極板，電容器的兩塊極板的該面面對面放置，以使電容器距離最小；(31)是印制電路導(dǎo)電層表面的絕緣涂層，保證即使兩塊極板碰到一起也不會造成短路。

圖4是RCx電阻電容振蕩電路(8)的一個實(shí)施例。U1和U2是集成電路中的兩個等效非門；Cx和C1、C2可以等效看成一個測量電容器Cx’，R2和Cx’決定該電阻電容振蕩器的頻率；R1并不是必須的，有R1可以提高該振蕩器的穩(wěn)定性和安全性，不加R1時，該處會有一個遠(yuǎn)高于電源電壓的振蕩信號加在非門U1的輸入端；X1端和X2端都可以成為振蕩器的輸出端。

圖4中C1和C2是保證振蕩器安全可靠工作的實(shí)施例。C1和Cx是并聯(lián)連接的，而C2和Cx是串聯(lián)連接的。C2的電容量設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cx的最大電容量，當(dāng)Cx正常時，C2幾乎不影響測量，但當(dāng)Cx兩塊極板因故障短路時，C2就成為振蕩器的電容，保證振蕩器繼續(xù)振蕩。C1的功能則是解決Cx的另一種故障：C1 的電容量設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)小于Cx的最小電容量，當(dāng)Cx因故障電容量接近于零時，C1可以維持振蕩器振蕩。

圖5是提高遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置可靠性的一個實(shí)施例。(14)是本實(shí)用新型遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置含振蕩電路(8)的原理框圖；(15)是振蕩電路(8)電路中的公共信號地，Co是跨接在公共信號地在(15)和外殼(7)之間的去耦電容。在本實(shí)施例中，外殼是金屬制成的，上面的標(biāo)牌也是金屬的。去耦電容Co電容量足夠大，相當(dāng)于將振蕩電路置于電場屏蔽體內(nèi)。去耦電容Co在設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足絕緣耐壓的需要。

圖6是本實(shí)用新型遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置中通信接口電路的一個實(shí)施例。D1是保護(hù)元件，吸收瞬間過壓能量；二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5構(gòu)成整流橋路，使二線輸入電路無極性；D6是整流二極管，電阻R5，電容C3、電容C4，三端穩(wěn)壓電源U3一起構(gòu)成工作電源電路；電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14和比較器U4構(gòu)成接口的輸入電圧信號解調(diào)電路，解調(diào)出的通信信號直接輸至(11)；電阻R9、電阻R10、電阻R6、電阻R7、電阻R8和三極管Q1、三極管Q2構(gòu)成接口輸出通信電流信號電路；Co是跨接在電路信號地和外殼7之間的去耦等效電容，為提高耐壓和減小體積，可以由多個貼片電容器串聯(lián)構(gòu)成。貯存和處理單元(11)中還可以包含本地壓力測量值顯示電路，直接顯示實(shí)際的壓力測量值，且顯示電源均由所述通信接口電路構(gòu)成的工作電源電路提供。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式所列舉的實(shí)施內(nèi)容是本實(shí)用新型的部分實(shí)施內(nèi)容，本實(shí)用新型包括具體實(shí)施方式中所列舉的實(shí)用新型內(nèi)容和實(shí)用新型特征，但不限于這些內(nèi)容和技術(shù)特征。

本實(shí)用新型的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置中波登管(1)通過壓力管路與外部被測壓力源相連接。外部壓力源壓力的變化可以引發(fā)波登管的伸展和收縮。波登管的伸展和收縮導(dǎo)致固定安裝在波登管端頭(2)上的測量壓力電容器中一塊電極板A(3)相對于電極板B(4)的距離變化。電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成本實(shí)用新型中平板測量電容器的兩塊極板。被測量壓力變化導(dǎo)致的電極板A(3)相對于電極板B(4)的距離變化形成了測量壓力電容器Cx的電容量變化，致使電阻R和電感L是固定值的電阻電容振蕩器或電感電容振蕩電路(8)產(chǎn)生與被測壓力正關(guān)聯(lián)的頻率或周期變化。該頻率或周期變化通過測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)的解調(diào)，計(jì)算解調(diào)出可以直接讀取的數(shù)字化被測壓力值。這其中被測壓力變化導(dǎo)致的波登管位移變化，最后解調(diào)出可讀的高精度的數(shù)字化壓力測量值需要作線性化解調(diào)處理。比如當(dāng)被測壓力為1MPa時，由(9)測量出的頻率為3.256873MHz，而當(dāng)被測壓力為10MPa時，由(9)測量出的頻率為5.754238MHz，通過(10)的線性化處理和解調(diào)，分別輸出1.000MPa及10.000MPa的可讀數(shù)字化被測壓力測量值。

一個實(shí)施例，貯存和處理單元(11)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)和周期或頻率的測量單元(9)是用同一個微處理器(單片機(jī))加外部電路構(gòu)成的。與被測壓力源相連接的波登管(1)，在被測壓力增大時，波登管(1)的端頭向外伸展，帶動固定在端頭上的測量壓力電容器中一塊電極板A(3)向著遠(yuǎn)離測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的測量壓力電容器Cx容量減小。在波登管中被測量壓力減小時，波登管向內(nèi)側(cè)收縮，測量壓力電容器中一塊電極板A(3)跟隨著波登管端頭向著靠近測量壓力電容器中另一塊電極板B(4)的方向移動，由電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成的測量壓力電容器Cx容量加大。所述測量壓力電容 器Cx容量隨被測壓力變化而關(guān)聯(lián)變化，引起由測量壓力電容器Cx決定振蕩頻率的振蕩電路(8)輸出信號頻率或周期的關(guān)聯(lián)變化。被測壓力改變量導(dǎo)致波登管端頭位移的改變量，在相同的被測壓力改變量下，波登管端頭位移的改變量越大測量的靈敏度越高。通常情況下，在正常測量范圍內(nèi)通過設(shè)計(jì)波登管的長度、壁厚、彈性，保證波登管端頭約有1.8mm左右位移量。平板電容器的電容量正比于極板面積，反比于極板間的距離。構(gòu)成所述測量壓力電容器Cx的電極板A(3)和電極板B(4)構(gòu)成電容器部分的面積越大，其電極板A(3)和電極板B(4)之間改變相同的距離，引起的測量壓力電容器Cx容量的改變量也越大，其測量精度就可以做得越高。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，電容極板面積只要超過180平方毫米，極板間距離由0.2mm變化至2.2mm足可以獲得0.5％以上的分辨精度。振蕩電路(8)的輸出直接連接到測量振蕩信號周期的測量單元(9)、測量數(shù)據(jù)線性化解調(diào)測量處理單元(10)、貯存和處理單元(11)中微處理器(單片機(jī))的外部中斷輸入引腳上，用輸入信號的邊沿觸發(fā)中斷，然后用微處理器(單片機(jī))內(nèi)部定時器計(jì)算出輸入信號的中斷間隔時間亦即輸入信號的周期值。當(dāng)微處理器(單片機(jī))內(nèi)部振蕩源采用十幾兆赫茲時，測量的信號周期值可精確到ns級。為了防止測量過程中由于機(jī)械振動造成的測量值跳動，可以將遠(yuǎn)大于機(jī)械振動周期的N個周期的原始測量值累加起來再進(jìn)行平均，計(jì)算出振蕩信號周期測量值的平均值。由于該平均值已經(jīng)平滑掉機(jī)械振動、瞬間干擾構(gòu)成的測量數(shù)據(jù)波動，實(shí)際可以得到十分穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。累加平均的周期數(shù)選擇應(yīng)由實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需要來決定：當(dāng)使用環(huán)境是移動環(huán)境，比如掘進(jìn)機(jī)，振動頻率很低，可能需要數(shù)秒鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)累加再求平均，把掘進(jìn)機(jī)晃動造成的壓力變化平滑掉；而有些應(yīng)用環(huán)境比較穩(wěn)定，又需要觀測壓力的瞬時變化，則可能只需ms級的周期數(shù)累加求平均。本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，將累加周期數(shù)、 計(jì)算平均值的參數(shù)等數(shù)據(jù)項(xiàng)作為可以設(shè)置的參數(shù)，由用戶根據(jù)實(shí)際需要通過本地設(shè)置口設(shè)置，或者通過遠(yuǎn)方管理站設(shè)置，以最佳參數(shù)滿足實(shí)際應(yīng)用需要。通過(11)的本地設(shè)置口或遠(yuǎn)方管理站按約定的通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。由(11)直接通過測量(8)振蕩信號周期得到的振蕩信號周期平均值要通過(11)作線性化處理和解調(diào)處理才能轉(zhuǎn)化為被測壓力源的壓力數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的一個實(shí)施例，其特征是：可以通過(11)的本地設(shè)置口或遠(yuǎn)方管理站按約定的通信協(xié)議進(jìn)行累加周期數(shù)、計(jì)算平均值的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，再在解調(diào)時用設(shè)置的累加周期數(shù)將原始測量值累加起來再進(jìn)行平均，計(jì)算出振蕩信號周期平均值。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，將所述振蕩信號周期平均值出先作數(shù)據(jù)預(yù)處理，其中將測量范圍以外的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)先扣除生成待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)；第二步通過實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，將每個測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值都對應(yīng)一個確定的壓力測量值；第三步，當(dāng)所述線性化處理和解調(diào)處理裝置程序在處理到所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值后，用待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表中的坐標(biāo)，再從該坐標(biāo)中獲取對應(yīng)的壓力測量值。由于所述轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和線性化的，所有獲得的測量壓力值有極高的測量精度，通?？梢赃_(dá)到0.5級以上的測量精度。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，通過實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號周期平均值和實(shí)際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式；第二步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計(jì)算算出對應(yīng)的確定的壓力測量值。這種方法依賴于數(shù)學(xué)公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。

線性化處理和解調(diào)處理的一個實(shí)施例：第一步，通過實(shí)驗(yàn)將所述振蕩信號周期平均值和實(shí)際測量的壓力輸出值之間建立一個數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)公式；第二 步，以測量范圍內(nèi)的所述待轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)值作為數(shù)學(xué)公式的參數(shù)，通過計(jì)算算出對應(yīng)的確定的“待使用壓力測量值”。第三步，通過實(shí)驗(yàn)用軟件建立一個以“待使用壓力測量值”為源數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表，進(jìn)行二次用列表查表輸出實(shí)際壓力測量值，或在列表中查出偏差值再進(jìn)行計(jì)算出實(shí)際壓力測量值。

前一種方法要獲得較高測量精度時，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)列表必須足夠大，占用程序空間比較大，但現(xiàn)代單片機(jī)道常都可以提供足夠的空間，必要時還可以外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)列表。后一種方法需要精準(zhǔn)建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算公式。再后一種方法兼顧前二種方法，先進(jìn)行計(jì)算，縮小查表的數(shù)量，再通過查表獲得高精度測量數(shù)據(jù)。

通信接口和電源提供電路單元(12)提供(11)與遠(yuǎn)方管理站(13)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的接口。

圖3是測量壓力電容器一塊電極板A(3)和測量壓力電容器另一塊電極板B(4)的一個實(shí)施例示意圖。電極板A和電極板B均由雙面印制電路板構(gòu)成，其中(33)是雙面印制電路板的絕緣基板；(34)是一側(cè)面的導(dǎo)電極板，與固定支架焊接在一起，其中與電極板A(3)焊接在一起的支架固定在波登管端頭用于固定測量壓力電容器中一塊電極板A的固定件(2)上，與電極板B(4)焊接在一起的支架固定在主控制電路板(5)上；(32)是印制電路板的另一面電極板，是構(gòu)成測量壓力電容器Cx的極板，電容器的兩塊極板的該面面對面放置，以使電容器距離最??；(31)是印制電路導(dǎo)電層表面的絕緣涂層，保證即使兩塊極板碰到也不會造成短路。使用雙面電路板制造測量電容極板非常方便批量生產(chǎn)和加工，一致性好，尺寸容易控制。它不僅安裝、連線方便，還能保證極板與固定件之間的絕緣。

遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置中的測量壓力電容器的一個實(shí)施例，其特征是：

a、測量壓力電容器一塊電極板A(3)和測量壓力電容器另一塊電極板B(4)都是用雙面印制電路板制造的，且構(gòu)成測量壓力電容器極板導(dǎo)電層面對面安裝；

b、雙面印制電路板不是測量壓力電容器極板的一面導(dǎo)體層用于焊接固定支架；

c、用作測量電容導(dǎo)體的一面上方涂覆有絕緣材料層。

圖4是RCx電阻電容振蕩電路(8)的一個實(shí)施例。U1和U2是集成電路中的兩個等效非門；Cx和C1并聯(lián)連接、Cx和C2串聯(lián)連接，C1、C2和Cx可以等效看成一個測量電容器Cx’，R2和Cx’決定該電阻電容振蕩器的頻率；R1并不是必須的，有R1可以提高該振蕩器的穩(wěn)定性和安全性，不加R1時，該處會有一個遠(yuǎn)高于電源電壓的振蕩信號加在非門U1的輸入端；X1端和X2端都可以成為振蕩器的輸出端。C1和C2是保證振蕩器安全可靠工作的。C2的電容量設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cx的最大電容量，當(dāng)Cx正常時(電容量約為幾pF到幾十pF)，C2幾乎不影響測量，但當(dāng)Cx兩塊極板因故障短路時，C2就成為振蕩器的電容，保證振蕩器繼續(xù)振蕩。C1的功能則是解決Cx的另一種故障：C1的電容量設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)小于Cx的最小電容量，當(dāng)Cx因故障電容量接近于零時，C1可以維持振蕩器振蕩。一個實(shí)施例C1為1pF，而C2為10nF。一個實(shí)施例，Cx先和C2先串聯(lián)后，再與C1并聯(lián)連接。

遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置一個實(shí)施例，其特征是：振蕩電路(8)是由非門U1的輸出端和非門U2的輸入端連接再和阻容振蕩器電阻R2一端相連接，U2的輸出和等效測量電容器Cx’一端連接，R2的另一端則和Cx’另一端、也經(jīng)電阻R1和U1的輸入端相連接。

遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的一個實(shí)施例，其特征是：振蕩電路(8)中測量壓力電容器Cx并聯(lián)有一個容量小于測量壓力電容器Cx的電容器C1，串聯(lián)有 一個電容量遠(yuǎn)大于測量壓力電容器Cx的電容器C2。

圖5是提高遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置可靠性的一個實(shí)施例。(14)是本實(shí)用新型遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置含振蕩電路(8)的原理框圖；(15)是振蕩電路(8)電路中的公共信號地，Co是跨接在公共信號地在(15)和外殼(7)之間的去耦電容。在本實(shí)施例中，外殼是金屬制成的，上面的標(biāo)牌也是金屬的。去耦電容Co電容量是足夠大的，相當(dāng)于將振蕩電路置于電場屏蔽體內(nèi)。Co在設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足絕緣耐壓的需要。一個實(shí)施例，Co由三個10nF/100V的貼片電容串聯(lián)構(gòu)成。

遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置提高穩(wěn)定性的一個實(shí)施例，其特征是：振蕩電路(8)電路中的公共信號地和外殼(7)之間接有去耦電容Co。

本實(shí)用新型的一個實(shí)施例，通信接口和電源提供電路單元采用二線的、通信電源合一的Meter-BUS(簡寫M—BUS)接口。所述通信接口在通信時，由(13)下行發(fā)送(12)接收時，為電源電壓加電壓形式的通信信號；由(12)向(13)上傳發(fā)送時，發(fā)送信息為電流信號。圖6是本實(shí)用新型遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置明的一個實(shí)施例。D1是保護(hù)元件，吸收瞬間過壓能量；二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5構(gòu)成整流橋路，使二線輸入電路無極性，在實(shí)際應(yīng)用時不需要考慮通信線路的極性。本實(shí)用新型的接口無論有信號和無信號時，都會保證有一個最低電壓(比如5V至9V)，D6是整流二極管，電阻R5，電容C3、電容C4，三端穩(wěn)壓電源U3一起通過接口構(gòu)成工作電源電路，其中R5保證其不影響通信信號解調(diào)；電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14和比較器U4構(gòu)成接口的輸入電壓信號解調(diào)電路，解調(diào)出的下行通信信息直接輸至(11)，其中電阻R13并不是必須的，電阻R11和電阻R12的分壓比保證輸入信號電壓在最惡劣的情況下都能在比較器U4可靠地解 調(diào)出通信信息；一個實(shí)施例，R11電阻處由一個電阻元件和一個反向連接的穩(wěn)壓二極管串聯(lián)構(gòu)成，由穩(wěn)壓管產(chǎn)生的穩(wěn)壓值，加大輸入信號電壓變化傳遞到電阻R11、電阻R12分壓點(diǎn)的電壓變化；電阻R9、電阻R10、電阻R6、電阻R7、電阻R8和三極管Q1、三極管Q2構(gòu)成接口上傳輸出信息電流信號產(chǎn)生電路，上行輸出電流信號的電流值由電阻R7的大小選擇，一般可選擇10mA—20mA；Co是跨接在電路信號地和外殼(7)之間的去耦等效電容，為提高耐壓和減小體積，可以由多個貼片電容器串聯(lián)構(gòu)成。貯存和處理單元(11)中還可以包含遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置上壓力測量值顯示裝置，直接顯示實(shí)際的壓力測量值。顯示電源由所述通信接口構(gòu)成的工作電源電路提供。顯示電路的一個實(shí)施例是由LCD液晶顯示器、驅(qū)動電路和背光發(fā)光元件構(gòu)成的，顯示器周期性地在壓力測量值貯存單元中讀取壓力測量值送顯示電路顯示。顯示電路的另一個實(shí)施例是由LED數(shù)碼顯示器直接由(11)中的單片機(jī)I/O引腳經(jīng)限流電阻驅(qū)動完成的。

所述的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的一個實(shí)施例，有二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5構(gòu)成整流橋路，有整流二極管D6，電阻R5，電容C3、電容C4，三端穩(wěn)壓電源U3構(gòu)成的工作電源電路，有電阻R11、電阻R12和比較器U4構(gòu)成輸入電壓信息解調(diào)電路，有電阻R9、電阻R10、電阻R6、電阻R7、電阻R8和三極管Q1、三極管Q2構(gòu)成輸出電流信號電路，其特征是：

a、在工作電源電路中串接有電阻R5；

b、比較器U4的一個比較引腳的信號取自三端穩(wěn)壓電源U3的輸出引腳，而比較引腳信號取自電阻R11和電阻R12的分壓點(diǎn)上，電阻R11的一個引腳接在接口輸入電源上。

所述的遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置的一個實(shí)施例，其特征是：遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置器不僅向遠(yuǎn)方傳送壓力測量值，還在遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置上設(shè)計(jì)有由LCD液晶顯示器或LED數(shù)碼管裝置，顯示被測量壓力的壓力值。

實(shí)用新型的效果

一種遠(yuǎn)傳數(shù)字式壓力測量裝置，在與被測壓力源連接的測量壓力波登管端頭上安裝測量壓力電容器中一塊電極板，和固定在測量裝置支架上的另一塊電路板構(gòu)成與外部被測壓力關(guān)聯(lián)的測量壓力電容器Cx，由測量壓力電容器Cx決定振蕩頻率的振蕩器將被測壓力的變化轉(zhuǎn)換為容易測量、容易線性化處理、容易數(shù)字化的頻率變化信號。本實(shí)用新型的裝置通過數(shù)字化解調(diào)，獲得了高精確度的數(shù)字化被測壓力值。壓力測量數(shù)據(jù)通過本實(shí)用新型的數(shù)字化轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)非接觸無指針壓力測量的前提下，將壓力測量精確度提高到0.5％以上，方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方雙向數(shù)字化通信傳送；本實(shí)用新型數(shù)字化壓力測量值的數(shù)字化過濾，可以非常方便地過濾掉機(jī)械振動等給壓力測量造成的不穩(wěn)定影響。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低、高精度、高可靠，配合無極性二線制雙向通信電源一體化接口設(shè)計(jì)，不僅達(dá)到了本實(shí)用新型的目的，而且可以廣泛應(yīng)用于有壓力測量且需遠(yuǎn)方數(shù)字化管理的場合。