硅电容式压力传感器信号检测方法.pdf

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1、化工自动化及仪表第40卷硅电容式压力传感器信号检测方法莫世雄h刘仁仆李模刚2(1．中国石油兰州石化公司a．仪表厂；b．计量中心，兰州730060；2．兰州石化职业技术学院，兰州730060)摘要通过检测RC回路的充、放电时间来判断电容大小，当传感器受压电容稳定时，充、放电时间维持不变；当传感器受压电容变化时，充、放电时间改变。由单片机的I／0引脚控制模拟开关，与电压比较器一起构成3个充、放电回路，分别记录充、放电时间，同时采用单片机进行计数和软件滤波。该设计方法可用于检测电容传感器的微小差分电容。关键词差分电容检测电容充、放电滤波中图分类号TH867+．2文献标识码B文

2、章编号1000·3932(2013)10-1328-03硅电容式压力传感器本身电容量很小，因此传感器受寄生电容和电磁脉冲干扰的问题非常突出。传统的实现方法功耗大、精度低。笔者采用MSP430F123单片机控制模拟开关，利用电容的充、放电时间随电容量大小变化的原理，结合软件滤波技术较好地实现了微小差分电容的测量。1检测电路检测电容的充、放电工作原理如图1所示，当接通电源后，电压比较器Q。输出高电平，高压侧电容C。通过R。充电。当c。上的电压达到比较器Q。的比较电压时，Q。输出低电平，C。开始放电完成一次电容的充、放电过程，同时，计数器对充、放电频率进行记数。这样就可求得低

3、压侧电容C。和寄生电容C。。然后在MSP430F123单片机内对记录的数据进行运算，得到与压差成比例的数据。图1检测电容充、放电工作原理微处理器MSP430F123通过P11和P13两管脚控制模拟开关的分时通断。当接通高压侧电容时，低压侧电容断开；高压侧电容、电阻R。(100kf／)和与非门输出端U7A输出脚构成敏感电容充、放电通路；当U7A输出脚电平为高电平时，充电电流从U7A输出脚经限流电阻R。流向高压侧电容；当U7A输出脚电平为低电平时，放电电流从高压侧电容经限流电阻R。流向U7A输出脚。低压侧电容充、放电过程与高压侧电容相同。当电容的电压即电压比较器U。的一组输

4、入端值大于2．2V时U7A输出脚电平由高电平跳变为低电平，电容开始放电过程。当电容的电压由于放电小于1．1V时U7A输出脚电平由低电平跳变为高电平，完成一个电容充、放电周期。U7A输出脚接二进制计数器74HC393的时钟输入端，U7A输出脚电平跳变一周期也即电容充、放电一周期，使74HC393计数器加一。74HC393的两个四位二进制计数器按图2所示，按级联方式连接成一个八位二进制计数器，送至微处理器的脉冲信号可在八位二进制计数器的Q。一Q，中任选其一，Q。一Q，的电平输出宽度依次是电容充、放电时长的1、2、4—128倍，以选择不同的分辨率。收稿日期：2013-07-2

5、4(修改稿)第10期莫世雄等．硅电容式压力传感器信号检测方法1329芎图2差分结构式电容检测电路差分电容检测电路对两个电容器分时充、放电时，高阻输入的电压比较器与两个双输入与非门组成的双稳态电路对电容电压进行监测，依表1的状态序列在U7A输出脚形成随电容电位变化的脉冲信号。表1双稳态电路电平变化序列电容电压U6A输出U6B输出UTB输出U7A输出表1中钳位电压2．2、1．1V由3只电阻R。、R，、R。。将电源电压分压得到。2软件程序主程序和中断服务程序流程如图3、4所示。图3硅电容式压力传感器信号检测主程序流程中断服务程序图4硅电容式压力传感器信号检测中断服务程序流程3

6、克服干扰的措施首先把连续Ⅳ个采样值看成～个队列，其次把每次采样到的一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据(先进先出原则)，然后采用最大、最小值滤波过滤掉偶然出现的干扰，最后把队列中的N一2个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。采用这种滑动滤波和最大、最小值滤波相结合的方法很好地抑制了周期性干扰和偶然出现的干扰，有效地提高了数据的可靠性。(下转第1335页)第10剪张盛．ECS一7(){)在热电厂控制系统中的应用13351一广T11—r?—rr广1T—玎⋯。：{．．。!墨。o，．i。曼呈想曼呈里曼婴里曼§量$，受7．枣零毋◇一；—赫一、1。÷_舞黛t?j。丽

7、nm—in。≮e￡-二：一一二一。一-茹一⋯j萤蓦。i～≥夏景豁口口口鼐鹭臼～～d■●-Ⅱf图1福建东南电化热电厂ECS-700系统拓扑图控制系统由FCU7II．S01，D1713．S01，A1711．H01，A0711-H01，A1721／722-S01，P171l—S01，COM741一S01，COM741一S01，D1711一S01，D0711-S01，A1731-S01，TU721一R0000，TU713。R1200以及TU721一R0100等卡键组成。采用三冲量控制系统，由汽包水位，给水流量和蒸汽流量3参数组成。当锅炉负荷小于2