提高氣體壓力傳感器系統(tǒng)適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的能力方案

傳統(tǒng)氣體壓力測(cè)量?jī)x器的傳感器部分與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是分離的，抗干擾的能力較差，并且通常被測(cè)對(duì)象的壓力變化較快。因此不僅要求系統(tǒng)具有較快的數(shù)據(jù)吞吐速率，而且要能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的工業(yè)環(huán)境，具有較好抗干擾性能、自我檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/160359.htm

在此，利用FPGA具有擴(kuò)展靈活，可實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)(SoC)，同時(shí)具有多種IP核可供使用等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能夠控制多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換、快速數(shù)據(jù)處理與傳輸、誤差校正、溫度補(bǔ)償?shù)闹悄?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/傳感器">傳感器系統(tǒng);同時(shí)將傳感器與數(shù)據(jù)采集處理控制系統(tǒng)集成在一起，使系統(tǒng)更加緊湊，提高了系統(tǒng)適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的能力。

1 系統(tǒng)性能及元器件

1.1 智能傳感器系統(tǒng)性能要求

傳感器壓力測(cè)量范圍：0~5 MPa;系統(tǒng)精度：±0.1%FS;1通道模擬電壓輸入(壓力信號(hào))大于250 sampies/通道/s;采用串行RS232C接口輸出。

1.2 系統(tǒng)主要元器件及性能

根據(jù)系統(tǒng)的精度指標(biāo)的要求選擇器件：

FPGA芯片 選用Altera的CycloneⅡEP2C5,其邏輯單元有4 608個(gè)LE,26個(gè)M4K RAM塊，142個(gè)用戶I/O引腳。

壓力傳感器 采用PDCR130W,壓力范圍0~7 MPa,工作電壓直流10~30 VDC,輸出0~10V,精度±0.05%FS,使用溫度范圍-40~+125℃，溫度影響±0.015%FS/℃。

溫度傳感器 采用高精度集成溫度傳感器LM335,其靈敏度為10 mV/K,精度為1℃，溫度范圍-40~+100℃。

A/D轉(zhuǎn)換器 選擇內(nèi)含采樣保持器的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD1*,其轉(zhuǎn)換時(shí)間為10 μs,0~10 V單極輸入或±5 V雙極輸入，可并行12位輸出。

多路模擬開關(guān) 采用四選一多路模擬開關(guān)AD7502,其引腳設(shè)置為EN=1的使能信號(hào);A1A0引腳為通道選擇信號(hào)。

輸出電平轉(zhuǎn)換接口 系統(tǒng)使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C電平的轉(zhuǎn)換。

2 系統(tǒng)誤差校正方法

2.1 零點(diǎn)漂移和增益誤差的校正方法

在智能儀表中，誤差模型的誤差校正公式為：

式中：b1和b0為誤差校正因子。誤差校正電路模型如圖1所示，其中x為被測(cè)信號(hào);y為系統(tǒng)輸出;ε，k,i為影響系統(tǒng)的未知量。

誤差校正過程為：

當(dāng)S1閉合時(shí)，x=0,依據(jù)誤差校正公式得到式(2)，用于系統(tǒng)零點(diǎn)校準(zhǔn);

當(dāng)S2閉合時(shí)，x=E(標(biāo)準(zhǔn)電壓)，得到公式(3)，用于系統(tǒng)增益誤差校正;