陳芒保 徐文

摘要：陶瓷壓力傳感器生產(chǎn)過程中需要對其零點(diǎn)和量程進(jìn)行調(diào)節(jié)，針對此環(huán)節(jié)研究了調(diào)節(jié)的硬件和軟件。采用單片機(jī)控制，將數(shù)字電位器與陶瓷厚膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，調(diào)節(jié)傳感器零點(diǎn)；將數(shù)字電位器與傳感器前置放大器相結(jié)合，調(diào)節(jié)傳感器量程。整個(gè)系統(tǒng)包括信號變送板、零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板和單片機(jī)，信號變送板用于將陶瓷壓力傳感器壓力信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號通過I2C接口輸出，零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板受單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)和量程的手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：傳感器；數(shù)字電位器；變送板；I2C接口；自動(dòng)調(diào)節(jié)

中圖分類號：TN403 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0101-02

陶瓷材料具有抗腐蝕、抗磨損、高彈性、抗沖擊和振動(dòng)等特性，工作溫度范圍-40℃～135℃，電氣絕緣度>2kV，利用陶瓷材料做的壓力傳感器具有輸出信號強(qiáng)、測量精度高、穩(wěn)定高等特點(diǎn)[1]。由于陶瓷材料壓力傳感器具有以上特點(diǎn)，越來越多的用戶用其替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。在陶瓷壓力傳感器生產(chǎn)過程中，零點(diǎn)調(diào)節(jié)是必要的工序，當(dāng)測定不同壓力傳感器的特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)均存在零點(diǎn)電漂移現(xiàn)象[2]。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)方案要求

一般壓力傳感器輸出是mV級別的模擬電壓信號，需要就近送入放大器環(huán)節(jié)做放大。有些放大器已和變送器合為一體，變送器輸出0-10V的電壓信號或4-20mA的電流信號。本文陶瓷壓力傳感器直接輸出數(shù)字I2C接口信號，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中零點(diǎn)和量程手動(dòng)及自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1.2 設(shè)計(jì)方案的確定

本文研究了已有的零點(diǎn)量程校正的方法[3][4]，結(jié)合陶瓷壓力傳感器生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的特點(diǎn)，采用的技術(shù)方案為：利用單片機(jī)對陶瓷壓力傳感器的零點(diǎn)和量程進(jìn)行調(diào)節(jié)，信號變送板將壓力信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號通過I2C接口輸出，在傳感器生產(chǎn)過程中的零點(diǎn)和量程的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，信號變送板輸出接入零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板和單片機(jī)，完成生產(chǎn)過程中零點(diǎn)和量程的手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

圖1為陶瓷壓力傳感器的零點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)數(shù)字控制系統(tǒng)各功能模塊框圖。

系統(tǒng)中信號變送板與陶瓷厚膜結(jié)構(gòu)相聯(lián)，將壓力信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號通過I2C接口輸出；零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板與信號變送板相聯(lián)，通過I2C接口讀取壓力數(shù)據(jù)及發(fā)送指令，單片機(jī)系統(tǒng)與零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板相聯(lián)接，通過RS232接口讀取壓力數(shù)據(jù)并發(fā)送指令。

2.2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)調(diào)節(jié)的原理如下：圖2中陶瓷厚膜結(jié)構(gòu)應(yīng)變橋電路21，在無外力時(shí)，惠斯登電橋應(yīng)該平衡，電橋輸出電壓為零。若零點(diǎn)漂移，信號變送板單片機(jī)26檢測到電壓不為零，會給應(yīng)變橋臂并聯(lián)數(shù)字電位器22發(fā)出指令，修正其阻值，直到電橋平衡輸出電壓為零。

實(shí)現(xiàn)量程調(diào)節(jié)的原理為：前置放大電路23，在其反饋回路中并聯(lián)數(shù)字電位器24，調(diào)節(jié)該電位器可以調(diào)節(jié)前置放大器23的倍數(shù)，信號變送板單片機(jī)26根據(jù)量程設(shè)定值，給反饋數(shù)字電位器24發(fā)出指令，修正其阻值，直到前置放大電路的倍數(shù)滿足設(shè)定量程要求。

2.3 手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)

圖3包括依次相連的I2C數(shù)據(jù)接口31，單片機(jī)32，板子上自帶的LED顯示33，旋鈕開關(guān)34，RS232接口35。旋鈕開關(guān)34包括兩個(gè)旋鈕，一個(gè)用于手動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器零點(diǎn)，另一個(gè)用于手動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器量程。

傳感器零點(diǎn)和量程修正的過程有兩種，手動(dòng)修正和自動(dòng)修正，手動(dòng)修正：圖3中的單片機(jī)32檢測到旋鈕開關(guān)34的改變，通過I2C數(shù)據(jù)接口31和圖2中的I2C數(shù)據(jù)接口27，傳給圖2中單片機(jī)26，從而改變圖2中數(shù)字電位器22或數(shù)字電位器24的阻值，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)要求。自動(dòng)修正：將手動(dòng)修正中調(diào)節(jié)圖3中旋鈕開關(guān)34，改為圖1中單片機(jī)系統(tǒng)3，通過圖3中RS232接口，給圖3中的單片機(jī)32傳送零點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)指令。

3 結(jié)語

本文研究了陶瓷壓力傳感器生產(chǎn)過程中的零點(diǎn)和量程的數(shù)字調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括信號變送板、零點(diǎn)量程調(diào)節(jié)板和單片機(jī)系統(tǒng)三個(gè)部分，這三個(gè)部分均有獨(dú)立的單片機(jī)控制，板與板之間分別由I2C接口及RS232接口傳遞數(shù)據(jù)。本文設(shè)計(jì)了陶瓷壓力傳感器零點(diǎn)和量程的手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)，依靠單片機(jī)的精確計(jì)算與控制，必定會提高陶瓷壓力傳感器零點(diǎn)和量程調(diào)節(jié)的便利性與精確度，應(yīng)該有良好的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]鄔林，陳叢，錢江蓉，等.基于壓阻效應(yīng)的陶瓷壓力傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2017，（6）：26-28.

[2]鄔林，陳叢，錢江蓉，等.陶瓷壓阻式機(jī)油壓力傳感器研制[J].傳感器世界，2017，（5）：11-14.

[3]樊斌.液壓傳感器應(yīng)用中的軟件誤差補(bǔ)償及抗干擾[J].液壓與氣動(dòng)，2006，（9）：47-49.

[4]樊斌，叢泉.熱敏電阻器測溫中的自動(dòng)換檔及標(biāo)定[J].傳感器技術(shù)，2000，（4）：37-38.