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智能高温熔体压力变送器系统组成结构

时间:2021-06-09 07:59:40 来源:未知 点击:

系统硬件主要是由金属电阻应变式压力传感器、信号调理电路、4~20mA输出电路、显示电路、按键输入电路、报警电路以及电源电路等组成。当压力传感器将所测得的压力变化量转换为相应的电信号之后,经过信号调理电路之后,由A/D转换器进行转换, 并将转换后的数字量送至MSP430内部进行分析。根据预先设定的分段式标定算法对信号进行处理,最终通过单片机内部的D/A转换和4~20mA输出电路将信号转换为相应的模拟信号,供后续设备接入。
1、压力传感器
根据高温熔体挤出生产控制过程的特点,所选用的压力传感器需要能适应高温、高压环境下持续测量,具备灵敏度高、测量速度快等特点,除此之外,还需要克服温度等环境因素对测量结果的影响,因此系统选用金属电阻应变式压力传感器。金属电阻应变片能承受高温、高压环境,且对温度的敏感程度较低,金属电阻应变式压力传感器是目前工业检测中应用最广泛的压力传感器,其具有结构接单、操作方便等优点。当传感器受到外界压力时,它会将承受到的压力按照一定的线性关系转换为相应的电信号,通过采集传感器输出的电信号来拟定压力-电压曲线,从而根据采集到的电信号大小计算得到相应的压力值。
2、压力检测电路
压力检测电路由电桥电路和信号检测电路组成。电桥电路的一个桥臂为金属电阻应变片式压力传感器,该桥臂用于检测熔体的压力,其会将所承受到的压力值线性地转换为相应的电信号。信号检测电路对电桥输出的电信号进行滤波、放大等处理, 将输出电压信号的幅值调整到合适的范围,便于A/D转换器对其进行模数转换。
3、A/D采集电路
为了提高检测精度,系统选用高精度16位A/D转换芯片AD7606,AD7606最高采样频率到达200kHz,可同时采集8个通道的数据,采用单5V供电,采集电压的范围在-10~+10V之间。单片机通过FSMC总线接口与AD7606进行数据交互,AD7606的CONVST为启动引脚,CONVSTA控制1~4通道,CONVSTB控制5~8通道。本文设计的智能压力变送系统共用到两个采集通道,通道1是对压力信号进行采样。通道2是对单片机供电电压进行采样,当供电异常时,及时发出报警。BUSY引脚为转换结束标志位,当BUSY为高电平时表示AD7606正在进行模数转换,当BUSY为低电平时表示转换结束。
4、4~20mA输出电路
单片机将采集到的压力信号在内部进行计算、处理,然后将压力值送入单片机内部的D/A转换模块, 通过转换可以将数字信号转换为对应的电流信号。但此电流信号并不是工业上标准的4~20mA电流输出信号,因此需要将单片机D/A模块输出的电信号转换为标准的4~20mA电流输出信号。
5、软件设计
软件设计也是系统的重要组成部分之一,系统利用C语言进行编程,主要设计了系统初始化程序、A/D转换程序、D/A转换程序、分段式压力算法程序等。当系统采集到压力信号时,经外部A/D转换芯片进行模数转换,单片机内部对采集到的压力值进行预处理,最后利用分段式压力标定算法对压力值进行修正,最后将处理过后的压力值发送到显示器上实时显示。还可以通过预留的标准4~20mA电流输出接口,将采集到的压力信号供给其他仪表使用。


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