bg80系列微压测量仪表的设计与实现

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1、BG80系列微压测量仪表的设计与实现王大硕姜超高春青(博益(天津)气动研究所有限公司天津300457)摘要：微小气体压力测量仪表的市场需求旺盛，但国内产品质量难以满足用户要求。本文详细介绍了此类仪表的一种设计原理，给出了技术实现方法，并成功研发出具有国内先进水平的高精度数字压力袁。关键词：微压高精度目前，很多工业领域都需要用到微压测量仪表，尤其是燃气具生产企业，随着我国国家标准和市场需求水平的进一步提高，有越来越多的企业购买此类仪表用作产品检测。国内微压测量仪器的研发起步较晚，质量性能一时无法满足用户要求，同时进口产品普遍存在价格高、售后服务不及时、技术支

2、持困难等诸多问题。本文以我所研发的BG80系列高精度微差压数字压力表为例，阐述了该类压力表的技术实现方法。一气体压力传感器的选择压力传感器是压力表的核心部件，有电容式、压阻式、隧道式等若干种类型。对于微小气体压力的测量仪表，主要性能指标依赖予传感器的静态特性，其中包括：线性度、灵敏度、迟滞和重复性。本表采用美国SMI公司MEMS技术生产的压阻式传感器，不仅符合上述特性，同时具有高过载低量程等特点，完全符合项目开发预期性能要求。二硬件和软件设计1模拟电路设计：传感器输出的电压信号通过前置放大电路进行线性放大和降噪处理后与DA芯片输出组成减法电路，方便用户硬件

3、调零。为实现高精度的目标要求，运放元件均使用德州仪器(TI)生产的TLE2000系列产品。电压源1403为AD元件提供电压基准，保证模拟数字的转换精度。为简化系统设计，电流输出转换电路直接使用集成芯片XTRll0，同时减少内部干扰。模拟电路示意图见图1，前置放大电路示意图见图2。(图1)(图2)2．数字电路设计：CPU采用Philips生产的P89V51系列单片机，内置64kRO～k．1kRAM，这样外围电路不用扩展ROM和RAM，增强系统的稳定性。采用技术成熟的8255作为接口芯片，控制输入和输出，简单实用。串行存储芯片X5045记录各项数据。四位数码管

4、显示。AD采样使用TLC7135，采样精度可达14位，采样频率基准由4060分频获得，整机响应速度控制在0．2秒以内。数字电路示意图见图3。3．软件设计：程序设计语言采用当前流行的c语言，编译环境使用德国keil公司的uVision2。鉴于硬件RAM容量稍小，同时压力表控制并不复杂且对时序无严格要求，所以没有使用操作系统。设计完成后证明，前后台系统完全可以满足当前软件设计要求。由于后台软件的运行时间远小于前台运行间隔时间，所以可以保证不会遗漏AD采样值。软件流程图示意图见图4。在用户界面中，用户可根据现场需要开启软件滤波功能，滤波采用移动平均方法，公式如下

5、：z=土H』吴垃，X：滤波后的AD采样值x1，x2，x3：最新的三次AD采样值(图3)210(图4)q目a目Ⅻ；j，d圜凰黔辫鬈辫擎擎阑阂辫三数据分析以正负lOkPa压力表为实验对象，实验数据见表1和表2。基准压显示压基准压显示压如／Pa力／Pa0O2000-199540004004—4000—400460006005—6000601080008006—8000-800895009503-9500-9502(表1)示值波动零点漂移时间／min显示值／Pa时间／min显示值基准8000Pa／Pa080000O2799915048000300680014508

6、7999600108000波动值1(表2)分析实验数据可得：基本误差(±0．1％，回程误差《0．1％，重复性误差(0．1％，零点漂移<士0．02％。此压力表主要性能参数均超过研发预期目标。四结束语基于I二述原理设计的压力表耐压能力强、线性度好、零漂小。直接通过键盘调零，方便用户。报警值用户可自行设定。具有自检功能和软件滤波功能。通过串臼采集数据，可以使现场实时监测更容易。更换同一类型其它量程的传感器时，通过软件设定即可使用，进一步节约生产成本，适合大量生产。目前该产品已在燃气具检测等工业生产领域内应用，市场反馈良好。通过增强压力表的软硬件功能可以更加适应自

7、动化生产线的要求。致谢：感谢国家燃气用具质量监督检验中心和上海能率公司给予此项目的大力支持。参考文献：1．胡伟，季晓衡．单片机C程序设计及应用实例人民邮电出版社20032．D．沃布沙尔电子仪器的电路设计科学出版社1986211