数字压力变送器的制作方法

1.本实用新型涉及压力变送器技术领域，具体地说，是一种数字压力变送器。


背景技术：

2.核工业中，由于涉及核辐射、辐照等问题，所采用的所有仪表仪器均采用核级设备，在进行设计安装时，都要按照核级设备进行设计，以延长其使用寿命。例如在进行压差检测过程中，一些常规的变送器都无法达到核级需求。人们将常规的变送器送入核反应厂区进行检测试验时发现，在很短的使用周期内，设备就出现功能失效或者检测精度偏移等问题。由于出现故障，则面临设备更换、安装，由于属于核工业，所有操作都可能存在辐射，威胁人们的生命安全。变送器电路由测压元件传感器(也称作压力传感器)、测量处理电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的液体物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。
3.现有技术的核级压力变送器的电路均为模拟型，只能通过输出电流代表被测值大小，无法提供其它的信息(如仪表状态，故障信息等)；且由于采用模拟电路校准过程复杂，需要反复多次调整才能校准；无法实现数字通信功能、无法组态等操作。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种数字压力变送器，针对核工业防辐射的需求，通过对壳体结构进行分区设计，对电路设计改进，采用抗辐照的数字集成电路处理，结构简单，调试及校准方便，测量精度更高，能实现更多的功能。同时为了提高抗干扰能力，在结构设计上进行合理的调整和优化。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
6.进一步描述，一种数字压力变送器，其关键在于：包括检测端壳体、电控壳体、信号连接头、电源连接头，所述电控壳体为柱状体，所述电控壳体的侧壁安装有所述信号连接头、电源连接头，所述柱状体的一端设有壳体端盖，所述柱状体另一端经传感器连接部安装有所述检测端壳体；
7.所述电控壳体内设置有电路板腔室，所述电路板腔室设置有电源模块、mcu 处理电路、d/a转换电路、电压/电流转换电路、rs422通信处理电路、存储电路、测温电路、检测采集电路；
8.所述电源模块包括电源转换电路、电源输出线路、电源输入线路；
9.所述检测采集电路检测到压力信号后传输给所述mcu处理电路，所述测温电路检测到温度信号传输至所述mcu处理电路，所述mcu处理电路与所述存储电路连接，所述mcu处理电路连接所述d/a转换电路，所述d/a转换电路连接所述电压/电流转换电路，所述电压/电流转换电路与所述电源输入线路的接口均连接所述电源连接头，所述mcu处理电路与所述rs422通信处理电路连接，所述rs422通信处理电路连接所述信号连接头。
10.采用上述方案，采用两个连接头，分别用于供电，信号传输，电路采用数字电路处
理，并经信号连接头对外输出。数字电路可以在不改变电路结构的情况下，或者仅增加一些标准的辅助处理单元，相对于模拟电路更加灵活。
11.再进一步描述，所述电路板腔室经壳体端盖封闭在电控壳体内，所述电控壳体和检测端壳体由三通焊接套连接，所述三通焊接套内开有信号线过孔，该信号线过孔一端与所述检测端壳体相通，另一端与所述电控壳体内的线束孔相通，该线束孔与所述电路板腔室相通；
12.所述检测端壳体中安装有传感器，所述检测端壳体设置有检测孔。
13.采用上述方案，分区结构不会造成电路元件的互相影响，采用新型的结构，将传感器置于传感器空腔内部，经多个检测孔得到压差信号，该压差信号经信号转换电路处理由检测信号输入孔送入电控壳体的电路板腔室。
14.再做进一步描述，所述柱状体另一端设置表筒底板，所述柱状体侧壁形成表头壳筒；
15.所述表头壳筒、线束孔外壁、表筒底板围成屏蔽腔室；
16.所述电路板腔室和屏蔽腔室的隔板上开设有至少2个信号线过孔，该信号线过孔设置有至少2个内部信号过线头，所述内部信号过线头伸入所述屏蔽腔室；
17.所述屏蔽腔室与信号输出孔相通，所述信号线过孔与信号输出孔交错设置，所述信号线过孔经屏蔽腔室、信号输出孔的线路通道形成防辐照通道；
18.所述表筒底板面板上开设有传感器连接部过孔，所述表筒底板与所述表头壳筒焊接。
19.采用上述方案，将检测部分、信号转换部分、信号输出部分分腔室设计，独立开来，信号线过孔与信号输出孔交错设置，形成防辐照密道。电路板、电子元器件采用防辐照的板子、器件，有效的防止了辐照带来的干扰。
20.再做进一步描述，所述三通焊接套正对的两个端部均设置有套盖，两个套盖上分别开有一个所述检测孔，两个检测孔对称设置；
21.所述电控壳体的传感器连接部与所述三通焊接套的垂直端部连接，并在所述三通焊接套的垂直端部围成转接电路板室；所述转接电路板室内置有转接电路板，该转接电路板设置有信号转换电路。
22.所述信号连接头包括依次连接的信号航空插座底座、信号连接器插座和信号连接器插头；
23.所述电源连接头也包括依次连接的电源航空插座底座、电源连接器插座和电源连接器插头。
24.采用上述方案，腔室分区设置，放置不同电路板防止相互干扰，开设多检测孔，增加检测有效性。
25.再做进一步描述，所述测温电路的芯片u5为ad转换芯片，采用并口输出；
26.所述d/a转换电路中的u14为d/a转换芯片，芯片u13、u15为端口扩展使用，芯片u13、芯片u14型号均为b54ac373；
27.所述reflo_ad gnd基准电压内部为2.5v，reflo_ad vdda基准电压外部为2.5v；
28.所述检测信号输入部分采用ad采样电路，所述信号板将压力信号通过ad 转换为并口数据输入。
29.所述mcu处理电路采用80c32e单片机，所述mcu处理电路、存储电路均采用抗辐射电路；
30.所述rs422通信处理电路中的芯片u33为发送电路，芯片u33型号为 b26c31将mcu从txd发出的数据转化成t 、t
‑
的差分输出信号；
31.所述rs422通信处理电路中的芯片u34为接收电路，芯片型号为b26c32 将从r 、r
‑
上接收的差分信号转化成电平信号rxd连接至mcu；
32.所述电压/电流转换电路是通过将所述d/a转换电路输出的电压信号经所述电压/电流转换电路中的电阻r107输入至所述电压/电流转换电路，通过运放，将电压信号转化为4
‑
20ma的电流信号。
33.所述电路板腔室引出有三个外部接口，分别为通信接口、电源输入接口及 4
‑
20ma电流输出接口；
34.所述通信接口开设在所述信号连接头上，所述信号连接头与所述rs422通信处理电路通信连通；
35.所述电源输入接口和4
‑
20ma电流输出接口连接到所述电源连接头。
36.采用上述方案，采用0—5v直流电压信号输出虽然能直接与目标的输入电压匹配。但恒压源输出方式传输距离短。传输线分压有误差以及无法及时发现变送器的异常原因。因此，近年来变送器逐渐采用4—20ma恒流源输出方式。当输出电流小于4ma时。便可判定变送器或回路异常。
37.再做进一步描述，所述电压/电流转换电路包括运算放大器u36、运算放大器u37、三极管q5、三极管q6、接口j5；
38.所述运算放大器u37的正向输入端3与电阻r107一端连接，所述电阻r107 另一端作为iouta1端，用于连接所述d/a转换电路，所述运算放大器u37的正向输入端3还经电容c96接地，所述运算放大器u37的电源端7连接 vcc12v ，所述运算放大器u37的接地端4连接vcc12v
‑
，所述运算放大器 u37的调零端1经变阻器rpot1连接所述运算放大器u37的调零端8，所述运算放大器u37的输出端6经电阻r103、电阻r100、电阻r101连接所述运算放大器u36的正向输入端3，所述电阻r103与所述电阻r100公共端还经电容c95 接地，所述电阻r103与所述电阻r100公共端还经电阻r104连接二极管d17 的阳极，所述电阻r100和电阻r101的公共端经电容c91连接所述二极管d17 的阳极，所述运算放大器u36的正向输入端3经电容c94接地，所述运算放大器u36的反向输入端2经电容c93连接所述运算放大器u36的输出端6，所述运算放大器u36的调零端1经变阻器rpot2连接所述运算放大器u37的调零端 8，所述运算放大器u36的电源端7连接vcc12v ，所述运算放大器u36的接地端4连接vcc12v
‑
，所述运算放大器u36的输出端6经电阻r102连接所述三极管q5的基极，所述运算放大器u36的输出端6经电阻r102、电阻r99、电容c89分别连接所述三极管q5的集电极和所述三极管q6的集电极，所述三极管q5的发射极连接三极管q6的基极，所述三极管q6的发射极经电阻r106 接地，所述三极管q5的集电极经电容c92接地，所述三极管q5的集电极依次经电容c92、棒状电阻r108连接二极管d17阳极，所述二极管d17阴极连接所述接口j5的2端，所述接口j5的1端连接所述三极管q5的集电极和所述三极管q6的集电极的公共端，所述接口j5的1、2端之间并联有电容c90，所述接口j5作为所述4
‑
20ma电流输出接口。
39.本实用新型的有益效果：针对核工业防辐射的需求，通过对壳体结构进行设计，对
压差变送器的检测、信号转换、信号输出几大部分进行分区，并对应设定腔室进行电路布置。采用数字电路可对于多数量、多种类的信号处理，数字电路的这些优点更为突出。数字电路更易标准化，其最大好处就是成本急剧的下降，构建电路的时间大为缩短。通过多级电路处理完成了对信号的检测、转换、输出。采用电流信号输出可以降低误差，以及发现变送器的异常原因。同时针对核级要求，预留防辐照的控制电路板腔室，用于安装防辐照的铅盒。功能分区，设计精密，密封效果好。
附图说明
40.图1是本实用新型的立体图；
41.图2是本实用新型的右视图；
42.图3是本实用新型的左视图；
43.图4是图3的a
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a剖面图；
44.图5是本实用新型的正视图；
45.图6是图5的c
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c剖面图；
46.图7是本实用新型的电路框架图；
47.图8是本实用新型的电压/电流转换电路图；
48.图9是本实用新型的端口扩展芯片原理图；
49.图10是本实用新型的ad转换芯片原理图；
50.图11是本实用新型的rss通信收发芯片原理图；
51.图12是本实用新型的mcu单片机原理图。
具体实施方式
52.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
53.结合图1、3和6可以看出，一种数字压力变送器，其关键在于：包括检测端壳体c、电控壳体b、信号连接头a、电源连接头d，所述电控壳体b为柱状体，所述电控壳体b的侧壁安装有所述信号连接头a、电源连接头d，所述柱状体的一端设有壳体端盖1，所述柱状体另一端经传感器连接部安装有所述检测端壳体c；
54.所述电控壳体b内设置有电路板腔室3，所述电路板腔室3设置有电源模块、 mcu处理电路、d/a转换电路、电压/电流转换电路、rs422通信处理电路、存储电路、测温电路、检测采集电路；
55.所述电源模块包括电源转换电路、电源输出线路、电源输入线路；
56.所述检测采集电路检测采集到压力信号后传输给所述mcu处理电路，所述测温电路检测到温度信号传输至所述mcu处理电路，所述mcu处理电路与所述存储电路连接，所述mcu处理电路经处理后连接所述d/a转换电路，转换后所述d/a转换电路连接所述电压/电流转换电路，所述电压/电流转换电路与所述电源输入线路的接口连接所述电源连接头d所述mcu处理电路还与所述 rs422通信处理电路连接，所述rs422通信连接所述信号连接头a。
57.结合图1和6可以看出，所述电路板腔室3经壳体端盖1封闭在电控壳体b 内，所述电控壳体b和检测端壳体c由三通焊接套13连接，所述三通焊接套 13内开有信号线过孔，该信号线过孔一端与所述检测端壳体c相通，另一端与所述电控壳体b内的线束孔6相通，该线
束孔6与所述电路板腔室3相通；
58.所述检测端壳体c中安装有传感器，所述检测端壳体c设置有检测孔12。
59.从图6可以看出，所述柱状体另一端设置表筒底板10，所述柱状体侧壁形成表头壳筒4；
60.所述表头壳筒4、线束孔6外壁、表筒底板10围成屏蔽腔室9；
61.所述电路板腔室3和屏蔽腔室9的隔板上开设有4个信号线过孔，该信号线过孔设置有4个内部信号过线头11，所述内部信号过线头伸入所述屏蔽腔室 9；
62.所述屏蔽腔室9与信号输出孔7相通，所述信号线过孔与信号输出孔7交错设置，所述信号线过孔经屏蔽腔室9、信号输出孔7的线路通道形成防辐照通道；
63.所述表筒底板10面板上开设有传感器连接部过孔，所述表筒底板10与所述表头壳筒4焊接。
64.从图3可以看出，所述三通焊接套13正对的两个端部均设置有套盖，两个套盖上分别开有一个所述检测孔12，两个检测孔12对称设置；
65.所述电控壳体b的传感器连接部与所述三通焊接套13的垂直端部连接，并在所述三通焊接套13的垂直端部围成转接电路板室15；所述转接电路板室15 内置有转接电路板14，该转接电路板14设置有信号转换电路。
66.从图1中可以看出，所述信号连接头a包括依次连接的信号航空插座底座 21a、信号连接器插座22a和信号连接器插头23a；
67.从图2中可以看出，所述电源连接头d包括依次连接的电源航空插座底座 21d、电源连接器插座22d和电源连接器插头23d。
68.从图11可以看出，所述rs422通信处理电路中的芯片u33为发送电路，芯片u33型号为b26c31将mcu从txd发出的数据转化成t 、t
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的差分输出信号；
69.所述rs422通信处理电路中的芯片u34为接收电路，芯片型号为b26c32 将从r 、r
‑
上接收的差分信号转化成电平信号rxd连接至mcu；
70.从图10中可以看出，所述测温电路的采用ad转换芯片u5，采用并口输出；
71.从图9中可以看出，所述d/a转换电路采用d/a转换芯片u14，芯片u13、 u15为端口扩展使用；
72.从图12中可以看出，所述mcu处理电路采用80c32e单片机u29，所述 mcu处理电路、存储电路均采用抗辐射电路；
73.所述电压/电流转换电路是通过将所述d/a转换出的电压信号经电阻r107 输入至所述电压/电流转换电路，通过运放，将电压信号转化为4
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20ma的电流信号。
74.从图7中可以看出，所述电路板腔室引出有三个外部接口，分别为通信接口、电源输入接口及4
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20ma电流输出接口；
75.所述通信接口，由rs422通信处理电路中的接口引到电控壳体b的信号连接头a的连接器插座22上；
76.所述电源输入接口及4
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20ma电流输出接口连接到电源连接头d的另一个连接器插座22上。
77.从图8中可以看出，所述电压/电流转换电路包括运算放大器u36、运算放大器u37、三极管q5、三极管q6、接口j5；
78.所述运算放大器u37的正向输入端3经电阻r107作为iouta1端，正向输入端3还经电容c96接地，所述运算放大器u37的电源端7连接vcc12v ，所述运算放大器u37的接地端4连接vcc12v
‑
，所述运算放大器u37的调零端 1经变阻器rpot1连接所述运算放大器u37的调零端8，所述运算放大器u37 的输出端6经电阻r103、电阻r100、电阻r101连接所述运算放大器u36的正向输入端3，所述电阻r103还经电容c95接地，所述电阻r103还经电阻r104 连接二极管d17的阳极，所述电阻r100和电阻r101的公共端经电容c91连接所述二极管d17的阳极，所述电阻r103经电阻r100、电阻r101、电容c94 接地，所述运算放大器u36的反向输入端2连接所述运算放大器u36的输出端6，所述运算放大器u36的调零端1经变阻器rpot2连接所述运算放大器u37 的调零端8，所述运算放大器u36的电源端7连接vcc12v ，所述运算放大器 u36的接地端4连接vcc12v
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，所述运算放大器u36的输出端6经电阻r102 连接所述三极管q5的基极，所述运算放大器u36的输出端6经电阻r102、电阻r99、电容c89连接所述三极管q5的集电极和所述三极管q6的集电极，所述三极管q5的发射极连接三极管q6的基极，所述三极管q6的发射极经电阻 r106、棒状电阻r108连接二极管d17阳极，所述二极管d17阴极连接所述接口j5的2端，所述接口j5的1端连接所述三极管q5的集电极和所述三极管 q6的集电极的公共端，所述接口j5的1、2端并联电容c90。
79.工作原理：变送器工作时，信号采集电路检测、采集到信号数据并口发送至mcu处理电路中的单片机，测温电路检测到温度信号由测温电路中的ad转换，并口输出传送至mcu处理电路中的单片机，mcu处理电路与rs422通信处理电路连接，并通过rs422通信处理电路与信号连接头连接进行通信；mcu 处理电路另一端将处理后的信号传输至d/a转换电路进行数模转换，转换后的信号传输至电压/电流转换电路进行转换后输出4
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20ma电流。