專利名稱：一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線壓力變送器，特別是一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的無(wú)線壓力變送器，多以電池供電、或者有線電源外加的方式供電。有線電源用的較少，一般用在無(wú)人值守的地方。電池供電用的最多，從公開(kāi)資料檢索，都是以電池方式供電，而且多配備大容量的工業(yè)鋰電池，壽命在2 5年。電池的缺點(diǎn)是需要維護(hù)，在電量耗盡前需要更換電池，導(dǎo)致工作間斷，不能用在無(wú)人值守的地方，維護(hù)成本偏高。如果增大電池容量，則儀表體積也會(huì)增大，導(dǎo)致安裝困難，降低了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，而且太大容量也不能用在需要防爆的場(chǎng)合。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其包括壓力傳感模塊，電源模塊、電路處理模塊，其中
壓力傳感模塊，感測(cè)介質(zhì)壓力，得到壓力信號(hào)；
電源模塊，其包括溫差供電單元與備用電源單元，所述溫差供電單元感測(cè)介質(zhì)與環(huán)境的溫度差，得到溫度信號(hào)，并根據(jù)該溫度差進(jìn)行發(fā)電，所述電源模塊為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電；
電路處理模塊，對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào),將獲得的壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)進(jìn)行傳送;并對(duì)所述壓力傳感模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)的傳送時(shí)間進(jìn)行控制。
較佳地，所述電路處理模塊包括AD采樣單元、通信接口單元以及MCU ；
所述AD采樣單元對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述通信接口單元接收所述壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)并傳送壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述MCU對(duì)所述壓力傳感器模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及通信接口單元的通信時(shí)間進(jìn)行控制。較佳地，所述電源模塊還包括一電源比較電路，所述電源比較電路判斷溫差供電單元的發(fā)電量是否足夠支持系統(tǒng)工作，當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量足夠支持系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)工作電源由所述溫差供電單元單獨(dú)提供，同時(shí)將多余的電量充給所述備用電源單元；當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量不足時(shí)，備用電池?zé)o縫切入，配合所述溫差供電單元共同為系統(tǒng)供電。較佳地，所述備用電池單元單獨(dú)為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電。較佳地，所述壓力傳感模塊包括一壓力芯體，所述溫差供電單元包括一 TEG，所述電路處理模塊包括一電路板卡。較佳地，其還包括一傳感器基座與一散熱殼體，所述傳感器基座連接并承載所述TEG以及所述壓力芯體，所述散熱殼體與所述TEG以及電路處理模塊連接并為所述TEG以及電路處理模塊散熱。較佳地，所述傳感器基座對(duì)外接口為螺紋狀，承載TEG溫差裝置的結(jié)構(gòu)為空腔，TEG溫差裝置的接線預(yù)埋在所述傳感器基座中；
所述壓力芯體包括與介質(zhì)接觸的接觸膜片，所述接觸膜片為波紋結(jié)構(gòu)；
所述散熱殼體與傳感器基座接觸，其與所述傳感器基座接觸部分為肋片式結(jié)構(gòu)，所述散熱殼體一體成型。
一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟:
在所述傳感器基座上安裝TEG，連接面涂導(dǎo)熱膠水，與所述傳感器基座粘接為一體，所述TEG的引線與TEG之間以錫焊接；
將壓力芯體裝入所述傳感器基座中，二者之間以激光焊接；
安裝散熱殼體，在散熱殼體底面涂導(dǎo)熱硅脂；
將所述電路板卡安裝在散熱殼體中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明利用溫差發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生有效電源，供給儀表連續(xù)工作，同時(shí)給備用電池充電。電池在本發(fā)明中僅作為備用電源存在，用在儀表初期調(diào)試、或者溫差發(fā)電量不足而需要快速通信的場(chǎng)合，可以終生工作無(wú)需更換。當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的傳感器基座結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的散熱殼體結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其用于流體介質(zhì)的壓力檢測(cè)，包括壓力傳感模塊，電源模塊、電路處理模塊，其中
壓力傳感模塊，感測(cè)介質(zhì)壓力，得到壓力信號(hào)；
電源模塊，其包括溫差供電單元與備用電源單元，所述溫差供電單元感測(cè)介質(zhì)與環(huán)境的溫度差，得到溫度信號(hào)，并根據(jù)該溫度差進(jìn)行發(fā)電，所述電源模塊為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電；
電路處理模塊，對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)，將獲得的壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)進(jìn)行傳送；并對(duì)所述壓力傳感模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)的傳送時(shí)間進(jìn)行控制。
所述電路處理模塊包括AD采樣單元、通信接口單元以及MCU ；
所述AD采樣單元對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述通信接口單元接收所述壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)并傳送壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述MCU對(duì)所述壓力傳感器模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及通信接口單元的通信時(shí)間進(jìn)行控制。所述電源模塊還包括一電源比較電路，所述電源比較電路判斷溫差供電單元的發(fā)電量是否足夠支持系統(tǒng)工作，當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量足夠支持系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)工作電源由所述溫差供電單元單獨(dú)提供，同時(shí)將多余的電量充給所述備用電源單元；當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量不足時(shí)，備用電池?zé)o縫切入，配合所述溫差供電單元共同為系統(tǒng)供電。所述備用電源單元也可單獨(dú)為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電。本發(fā)明中溫差供電單兀為 TEG (Thermoelectric Power Generation),微控制單兀為 MCU (MicroControl Unit)
所述電路處理模塊通過(guò)一電路板卡的形式安裝在該無(wú)線壓力變送器中。如圖4所示，本例中，電源模塊輸出三路電壓，其中一路為連續(xù)電壓供給低功耗的MCU,另兩路由MCU控制輸出，分別為AD采樣單元以及通信接口單元供電；所述MCU控制所述電源模塊的供電功率分配、壓力傳感模塊與TEG的采樣時(shí)間以及通信接口單元的通信時(shí)間。通信接口單元采用通用接口 UART。
實(shí)施例如圖1所示，為本發(fā)明提供一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器的實(shí)施例，其用于測(cè)量流體介質(zhì)的壓力，其通過(guò)傳感器基座I安裝在含流體介質(zhì)的儲(chǔ)槽中，傳感器基座與流體介質(zhì)接觸，傳感器基座上部的電源模塊及電路處`理模塊處于外界環(huán)境中；所述溫差發(fā)電單元為為T(mén)EG2，壓力傳感模塊為壓力芯體3，電路處理模塊為電路板卡5，其還包括傳感器基座1、散熱殼體4 ;其中
傳感器基座I，連接并承載TEG2以及壓力芯體3 ；
TEG2,米集介質(zhì)與環(huán)境的溫度信號(hào),利用介質(zhì)與環(huán)境的溫 度差產(chǎn)生溫差電壓并輸出；
壓力芯體3，采集介質(zhì)壓力信號(hào)并傳送給電路板卡5 ；
散熱殼體4，與TEG2以及電路板卡5連接并為T(mén)EG2以及電路板卡5散熱；
電路板卡5，處理所述壓力信號(hào)、溫度信號(hào)以及溫差電壓，并與外接進(jìn)行 通信。如圖2所示傳感器基座I。傳感器基座I的對(duì)外接口設(shè)計(jì)為螺紋形式，其包括導(dǎo)壓腔8、壓力芯體腔7 ;承載TEG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為空腔，目的是盡量減少介質(zhì)熱源損失，TEG引線6預(yù)埋在傳感器基座I中；壓力芯體3放置在傳感器基座I的最頂端，盡量遠(yuǎn)離介質(zhì)熱源。傳感器基座最高承受溫度180°C，當(dāng)介質(zhì)溫度高于180°C時(shí)，傳感器基座與介質(zhì)接口處應(yīng)增加散熱結(jié)構(gòu)。高于180°C的基座設(shè)計(jì)不在本發(fā)明中體現(xiàn)。TEG溫差裝置利用塞貝克溫差效應(yīng)制成，溫差靈敏度優(yōu)于30mV/°C，內(nèi)阻約2Ω，內(nèi)含I只測(cè)溫二極管。輸出的溫差電壓為雙極性電壓，即當(dāng)介質(zhì)溫度高于環(huán)境溫度時(shí)模塊輸出正電壓，低于環(huán)境溫度時(shí)模塊輸出負(fù)電壓。模塊的最高耐溫180°C,裝配散熱殼體以后，實(shí)際有效溫差(I 50) °C，輸出電壓約(30 750) mV，匹配輸出功率約(0.6mff 4.5W)。壓力芯體，支持量程壓力40MPa以下，輸出信號(hào)的靈敏度優(yōu)于10mV/V。與介質(zhì)接觸膜片設(shè)計(jì)為波紋結(jié)構(gòu)，輸出信號(hào)線直接連接至電路板卡。散熱殼體的結(jié)構(gòu)請(qǐng)見(jiàn)圖3，殼體材料AL6061。散熱殼體與傳感器基座的接觸部分設(shè)計(jì)為肋片式結(jié)構(gòu)，整個(gè)散熱殼體一體成型。本發(fā)明中，散熱殼體設(shè)計(jì)熱阻略小于TEG熱阻，約為2V /W，落在TEG上溫差約為總溫差的一半。該無(wú)線壓力變送器的安裝方法，包括以下步驟:
在所述傳感器基座上安裝TEG，連接面涂導(dǎo)熱膠水，與所述傳感器基座粘接為一體，所述TEG的引線與TEG之間以錫焊接；
將壓力芯體裝入所述傳感器基座中，二者之間以激光焊接；
安裝散熱殼體，在散熱殼體底面涂導(dǎo)熱硅脂；
將所述電路板卡安裝在散熱殼體中。以上公開(kāi)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式
。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其用于流體介質(zhì)的壓力測(cè)量，其特征在于，包括壓力傳感模塊，電源模塊、電路處理模塊，其中 壓力傳感模塊，感測(cè)介質(zhì)壓力，得到壓力信號(hào)； 電源模塊，其包括溫差供電單元與備用電源單元，所述溫差供電單元感測(cè)介質(zhì)與環(huán)境的溫度差，得到溫度信號(hào)，并根據(jù)該溫度差進(jìn)行發(fā)電，所述電源模塊為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電； 電路處理模塊，對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣 信號(hào)與溫度 采樣信號(hào),將獲得的壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)進(jìn)行傳送;并對(duì)所述壓力傳感模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)的傳送時(shí)間進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于，所述電路處理模塊包括AD采樣單元、通信接口單元以及MCU ； 所述AD采樣單元對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲得壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述通信接口單元接收所述壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)并傳送壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)；所述MCU對(duì)所述壓力傳感器模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及通信接口單元的通信時(shí)間進(jìn)行控制。
3.如權(quán)利要求1所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于，所述電源模塊還包括一電源比較電路，所述電源比較電路判斷所述溫差供電單元的發(fā)電量是否足夠支持系統(tǒng)工作，當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量足夠支持系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)工作電源由所述溫差供電單元單獨(dú)提供，同時(shí)將多余的電量充給所述備用電源單元；當(dāng)所述溫差供電單元輸出電量不足時(shí)，備用電池?zé)o縫切入，配合所述溫差供電單元共同為系統(tǒng)供電。
4.如權(quán)利要求1所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于，所述備用電池單元單獨(dú)為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電。
5.如權(quán)利要求1所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于，所述壓力傳感模塊包括一壓力芯體，所述溫差供電單兀包括一 TEG,所述電路處理模塊包括一電路板卡。
6.如權(quán)利要求5所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于，其還包括一傳感器基座與一散熱殼體，所述傳感器基座連接并承載所述TEG以及所述壓力芯體，所述散熱殼體與所述TEG以及電路處理模塊連接并為所述TEG以及電路處理模塊散熱。
7.如權(quán)利要求6所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其特征在于， 所述傳感器基座對(duì)外接口為螺紋狀，承載TEG溫差裝置的結(jié)構(gòu)為空腔，TEG溫差裝置的接線預(yù)埋在所述傳感器基座中； 所述壓力芯體包括與介質(zhì)接觸的接觸膜片，所述接觸膜片為波紋結(jié)構(gòu)； 所述散熱殼體與傳感器基座接觸，其與所述傳感器基座接觸部分為肋片式結(jié)構(gòu)，所述散熱殼體一體成型。
8.—種如權(quán)利要求6所述的利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 在所述傳感器基座上安裝TEG，連接面涂導(dǎo)熱膠水，與所述傳感器基座粘接為一體，所述TEG的引線與TEG之間以錫焊接； 將壓力芯體裝入所述傳感器基座中，二者之間以激光焊接；安裝散熱殼體， 在散熱殼體底面涂導(dǎo)熱硅脂；將所述電路板卡安裝在散熱殼體中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用溫差發(fā)電的無(wú)線壓力變送器，其用于測(cè)量流體介質(zhì)的壓力，包括壓力傳感模塊，電源模塊、電路處理模塊，其中壓力傳感模塊感測(cè)介質(zhì)壓力，得到壓力信號(hào)；電源模塊包括溫差供電單元與備用電源單元，所述溫差供電單元感測(cè)介質(zhì)與環(huán)境的溫度差得到溫度信號(hào)，并根據(jù)該溫度差發(fā)電，所述電源模塊為所述壓力傳感模塊以及電路處理模塊供電；電路處理模塊，對(duì)所述壓力信號(hào)與溫度信號(hào)進(jìn)行AD采樣，將獲得的壓力采樣信號(hào)與溫度采樣信號(hào)傳送，并對(duì)所述壓力傳感模塊與溫差供電單元的采樣時(shí)間以及采樣信號(hào)的傳送時(shí)間進(jìn)行控制。本發(fā)明利用溫差發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生有效電源，供給儀表連續(xù)工作，同時(shí)給備用電池充電，可以終生工作無(wú)需更換。
文檔編號(hào)H02N11/00GK103196624SQ201310087759
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者佟志權(quán), 王凱, 管軍, 熊遠(yuǎn)昌, 葉琴群, 趙倩媛 申請(qǐng)人:浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司