霍尼威爾PPT智能壓力傳感器及其應(yīng)用
傳感器是霍尼威爾公司生產(chǎn)的高品質(zhì)壓力傳感器??蓮V泛用于工業(yè)、航天、軍事、醫(yī)療器械、大氣環(huán)保檢測及家電等領(lǐng)域。文中介紹了PPT系列傳感器的特點、參數(shù)和引腳功能。最后介紹了PPT系列精密智能壓力傳感器的應(yīng)用電路及設(shè)置方法。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/333181.htm根據(jù)半導(dǎo)體的硅阻效應(yīng),在硅膜片上施加壓力將引起阻值的變化。這一點與應(yīng)變片的100倍,因此,它不會永久地伸展,而能在應(yīng)力消失后又恢復(fù)原來的形狀。作為壓力傳感膜片,硅優(yōu)于金屬,因為硅在工作范圍內(nèi)有著特別好的彈性,通常只有硅片破裂才會停止正常工作。作為壓力傳感器的專業(yè)設(shè)計生產(chǎn),美國霍尼威爾公司生產(chǎn)的高品質(zhì)PPT智能壓力傳感器已在工業(yè)、航天、軍事、醫(yī)療器械、大氣環(huán)保檢測及家電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1 壓力傳感器的選型
在選用壓力傳感器時,應(yīng)主要考慮其測量兼容性和影響壓力傳感器性能的誤差因素。
1.1 測量兼容性
在進行壓力傳感器選擇之前,應(yīng)首先考慮材料、化學(xué)物質(zhì)、濃度、溫度、暴露時間、暴露形式、故障準則和一般信息等方面的因素。同時還應(yīng)考慮應(yīng)用環(huán)境、
器件保護和在該區(qū)域的其它設(shè)備器件,以保證工作環(huán)境能夠滿足它的使用要求。
1.2 壓力傳感器性能的誤差影響
對壓力傳感器性能誤差的影響主要包括以下幾點:
零點偏置;
零點溫度漂移;
靈敏度偏移;
線性誤差;
重復(fù)性誤差。
表1 PPT壓力傳感器的量程范圍
PPT | PPT-R | |
表壓 | 0~1psi至0~500psi | 0~20psi至0~2500psi |
差壓 | -1~1psi至-500~500psi | 沒有差壓型 |
絕對壓力 | 0~15psi至0~500psi | 0~20psi至0~2500psi |
2 PPT 系列智力壓力傳感器的特點
霍尼威爾分司的精密智能壓力傳感器有PPT型和PPT-R型兩種系列,其中PPT適用于干性氣體,而PPT-R則帶有不繡鋼隔膜,適用于對腐蝕性介質(zhì)的測量。PPT系列傳感器綜合了模式擬傳感器的技術(shù)特點,可由用戶自己決定是否使用和怎樣使用智能功能。每個PPT傳感器均可在全溫區(qū)和全壓略范圍內(nèi)對其數(shù)字輸出和模擬輸出進行精確定標。因此,它是一個既非常精確又標準的模擬電壓輸出裝置,也是一個完善的、具有地址的數(shù)字傳感器,并可在RS232總線上許多傳感器一起聯(lián)網(wǎng)使用。PPT傳感器可以幫助用戶向數(shù)字測量系統(tǒng)過渡,而不用增加新的昂貴的硬件設(shè)備。該系列傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
PPT系列精密智能壓力傳感器的主要特點有如下幾個方面:
可組態(tài)的傳感器
PPT傳感器具有優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性;其壓力信號可由單片機設(shè)置為數(shù)字輸出模式,也可以設(shè)置為模擬輸出模式。這些特點使得PPT傳感器可作為一個高精度的標準模擬裝置而不需要連接數(shù)字通訊線路;作為一個用戶可組態(tài)的模擬傳感器,用戶可通過RS232總線給PPT組態(tài),然后在現(xiàn)場作為模擬摶 使用;而作為一個智能型且具有地址的數(shù)字輸出傳感器,它可進行雙向通訊。該壓力傳感器可單獨工作,也可作為傳感器網(wǎng)絡(luò)上的一點。
標準的模擬壓力傳感器
在許多應(yīng)用中,PPT傳感器可直接作為一個標準的模擬傳感器。它只需加上5.5~30V的電壓和壓力源即可.由于其內(nèi)部壓力敏感器件的重復(fù)性非常好并可利用單片機進行數(shù)字補償,因而可獲得很高的穩(wěn)定性和精度.在-40~+85℃的溫度范圍內(nèi),PPT傳感器具有0.05%FS的典型精度。
用戶可組態(tài)的模擬傳感器
利用RS232串口總線,用戶可通過PC發(fā)布指明令亞改變PPT傳感器的任何一個參數(shù)。所有組態(tài)的變化均可存放在PPT傳感器內(nèi)部的EEPROM中,并可由用戶可任意設(shè)計或取消。同時要可以通過幾條簡單的指令來根據(jù)各種不同的需要對模擬輸出進行修改,如進行最大和最小模擬輸出電壓的調(diào)節(jié)以及壓力量程的壓縮等。
帶有地址的智能傳感器
在數(shù)字串口通訊模式下工作時,PPT傳感器具有更多的方法解決壓力測量中的問題。但應(yīng)注意:由于壓力信號首先需要經(jīng)過數(shù)字化外理,所以數(shù)字輸出模式的組態(tài)可能會影響到模擬輸出的模式。
壓力單位可選擇
除基本單位psi(每平英寸承受的壓力)外,PPT傳感器具有12種壓力單位可供選擇,其中包括大氣壓、巴、厘米汞柱、英尺水柱、英尺汞柱、英寸水柱、kg/cm2u27627毫巴、毫米汞柱、Mpau31859米汞柱等。另外,它還預(yù)認有一個用戶自定義單位,因此,用戶不必不可為單位換算進行額外的浮點運算。Psi和其它單位之間的換算關(guān)系如下:
1psi=27.68英寸水柱(在0℃)
1psi=51.714毫米汞柱(在0℃)
1psi=27.73英寸水柱(在20℃)
1psi=6.8946×10-2巴
1psi=703.05毫米水柱(在0℃)
1psi=6.8946×103巴Pa
1psi=704.33毫米水柱(在25℃)
采樣速率可調(diào)
PPT傳感器可對每次測量的壓力信號進行積分,積分時間可在8ms至12s之間選擇。這樣可以提高數(shù)字控制系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性和抗干擾能力。
跟蹤輸入變化
有時用戶需要在壓力發(fā)生快速變化時使采樣速率隨之加速,因此,該PPT可以設(shè)定2倍加速。用戶可設(shè)置一個閥值,當(dāng)壓力在閥值范圍內(nèi)波動時,采樣速率自動加速,當(dāng)壓力在一個新的水平上穩(wěn)定下來年采樣速率以恢復(fù)原樣。
降低壓力讀數(shù)速率
當(dāng)壓力緩慢變化或者不變時,用戶可以降低輸出讀數(shù)速率。這樣PPT傳感器可以跳過255個讀數(shù)而使兩次輸出時間相隔51分,這種功能稱為空閑計數(shù)功能。PPT傳感器還可以設(shè)置為只有在壓力變化時(超過認定閥值)才輸出或只有當(dāng)上位機查詢時才輸出等其它工作模式。
PPT通過RS232總線聯(lián)網(wǎng)
一臺PC機最多可掛接89個PPT傳感器,每個PPT傳感器具有一個獨立的地址。利用這種網(wǎng)絡(luò)模式,用戶可以和一個傳感器、一組傳感器或網(wǎng)絡(luò)上所有的傳感器通訊。
外部控制模擬輸出
PPT傳感器的模擬輸出電壓可由上位機通過RS232串口控制,在這種模式下,PPT傳感器通過數(shù)字口輸出壓力數(shù)據(jù),同時,上位機也可以對PPT壓力傳感器的D/A輸出以及與測量壓力無關(guān)的模擬、電壓進行控制。
3 PPT壓力傳感器的引腳及參數(shù)
PPT系列精密智能型壓力傳感器的主要參數(shù)如下:
電源電壓范圍:5.5~30VDC;
量程:PPT系列智能壓力傳感器的量程如表1所列;
溫度輸出精度在±0.5℃以內(nèi);
模擬輸出電壓范圍:0~5V(用戶可調(diào)節(jié));
短路電流:最大10mA;
工作輸出電流:最大0.5mA;
負載電阻:最小10kΩ;
數(shù)字輸出波特率:1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800;
數(shù)據(jù)格式:1位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位;
奇偶校驗:無奇偶校驗,奇校驗,偶校驗;
握手協(xié)議:不支持;
可接觸的介質(zhì):
PPT的P1口(壓力口)適用于所有玻璃、304不繡鋼、Sn/Ag焊劑、環(huán)氧樹脂、黃銅、硅型O型環(huán)的液體及氣體。其管內(nèi)徑為0.6mm。而PPT傳感器的P2口(參考口)則適用于非常接觸、不易燃、非腐蝕性氣體。
PPT-R的壓力口與介質(zhì)的接觸面為316不繡鋼。
PPT 系列傳感器的管腳排列如圖2所示,其引腳定義如下:
腳1:RS-232發(fā)送(TD);
腳2:RS-232接收(RD);
腳3:機殼接地;
腳4:電源和信號公共地;
腳5:DC電源輸出;
腳6模擬輸出。
4 PPT系列智能壓力傳感器的應(yīng)用
在具體使用時,對于模擬輸出的PPT傳感器要求一點接地,這樣可以減小噪聲,也就是說,測量模擬輸出的儀器(如數(shù)字電壓表)的參考地應(yīng)該直接連接到PPT的信號地。另外,電源地也必須直接到PPT傳感器的信號地。
對于PPT傳感器的大多數(shù)測量參數(shù)和輸出特性,用戶都可以重新進行定義。下面就列舉幾個如何定義模擬輸出特性的例子。
4.1 輸出模擬電壓控制
PPT傳感器能夠把高低電平門限值按50mV的增量步長設(shè)置成0-5V之間的任何一個值。使用DB-9或DB-25針連接器可以把PPT的三個管腳連接到計算機的并口上,其連接對應(yīng)關(guān)系和表2所示。
表2 通訊線纜連接表
PPT傳感器 | DB-9針連接器 | DB-25針連接器 |
1-TXD傳輸信號 | 2-RXD | 3-RXD |
2-RXD接收信號 | 3-TXD | 2-TXD |
4-GND信號地 | 5-GND | 7-GND |
PPT傳感器默認的通訊設(shè)置波特率為9600bps,8個數(shù)據(jù)位,無奇偶校驗,一個停止位。用戶通過一個終端應(yīng)用程序可以重新定義PPT傳感器的零點壓力和滿量程輸出電壓。但終端應(yīng)用程序端的通訊設(shè)置必須和PPT傳感器保持一致。
當(dāng)PPT傳感器加上電源后,它就會自動傳輸一個描述PPT傳感器范圍和類型的啟動信號。當(dāng)機器準備好后,輸入下列命令并等待響應(yīng),即可確認計算機和PPT傳感器之間的通訊是否準備好。符號(cr)表示按ENTER或RETURN鍵:
輸入:﹡99S=(cr)
PPR 響應(yīng):?01S=00052036
如果一個PPT壓力傳感器的壓力范圍為0psi~20psi,輸出范圍為0V~5V,參照下面的例子即可將新的零點壓力輸出電壓定義為1V,滿量程輸出電壓定義為4.85V:
輸入 注釋
*00VE=RAM(cr) ; 寫使能
*00L=20(cr); 設(shè)置零點為1V
*00H=97(cr); 設(shè)置滿量程為4.85V
*00DA=ON(cr); 打開模擬輸出
*OOAN=ON(cr); 打開用戶電壓設(shè)置
*OOWE=(cr); 把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效
*OOSP=ALL(cr); 把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM
至此,PPT傳感器的模擬電壓輸出范圍便被設(shè)置為1V~4.85V。
如果PPT壓力傳感器的范圍為12psi~16psi,它本來的壓力量程為0psi~20psi,這樣,在數(shù)字模式下,可以通過使用壓力窗口(W)和偏置(O)命令來對壓力量程進行重新定義。方式如下:
輸入 注釋
*00WE=RAM(cr) ; 寫使能
*000=60(cr); 設(shè)置起始壓力為滿量程的60%
*00W=20(cr); 設(shè)置壓力窗口為滿量程的60%
*00WE=(cr); 把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效
*OOSP=ALL(cr); 把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM
通過上面兩個例子,壓力傳感器就可在12 psi時輸出1V而在16 psi時輸出4.85V。
4.2
遠程檢測控制如果要使用一個繪圖儀或其它模擬輸出設(shè)備來記錄和監(jiān)視遠端的壓力測量數(shù)據(jù),那么,一個有效的方法就是通過RS232總線讓PPT1壓力傳感器傳輸一個數(shù)字壓力信號到繪圖儀,然后在靠近繪圖儀的傳感器PPT2上把這個信號還原成模擬信號,圖3所示是一個遠程壓力檢測控制系統(tǒng)的連接圖。由于RS232總線具有很好的抗噪聲能力和很低的連接損耗,因此,用戶可以把兩個PPT傳感器之間的距離擴展到幾公里。
使用兩個PPT傳感器來進行遠距離檢測控制是一種簡單并且快速的實現(xiàn)方法,該方法對軟件沒有什么特殊要求。使用這種技術(shù)可以同時在RS232總線上掛接9個PPT傳感器,但在上電前,必須對傳感器進行下述定義:
輸入 注釋
(對PPT1的命令)
*00WE=RAM(cr) ; 寫使能
*00ID=01(cr); 設(shè)置器件ID為1
*01ID=91(cr); 設(shè)置組ID號為91
*01DA=U(cr); 設(shè)置為數(shù)字壓力輸出模式
*O1MO=P4(cr); 二進制輸出模式
*O1SP=ALL(cr); 把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效
*OOSP=ALL(cr); 把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM
(對PPT2的命令)
*00WE=RAM(cr) ; 寫使能
*00ID=02(cr); 設(shè)置器件ID為2
*02ID=91(cr); 設(shè)置組ID號為91
*02DA=R(cr); 設(shè)置為數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬輸出模式
*O2NE=DAC(cr); 寫DAC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器有效
*O2WE(cr); 把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效
*O2SP=ALL(cr); 把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM
另外,通過RS232總線可以將一個PPT連接到另外的PPT組上,但是要給每組定義一個唯一的組號,組號可以從90到98。
4.3 4-20mA電流環(huán)過程控制
4-20mA電流環(huán)接口在很多工業(yè)處理控制和工廠自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。采用電流環(huán)輸出在工廠環(huán)境中進行遠距離傳播具有很好的抗干擾性能。
圖4所示是選用一個AD694(4-20mA電流轉(zhuǎn)換器)和一個電容器來完成這項工作的電路圖。
該設(shè)計將40英寸水柱(1.5psi)時的輸出定義為4mA,把400英寸水柱(15psi)
時的輸出設(shè)定為20mA。如果讀取壓力的積分時間設(shè)定為1秒,則可以大大減少噪聲。把PPT連接到計算機上可通過輸入以下命令來實現(xiàn):
*00WE=RAM(cr) ; 寫使能
*00DU=INWC(cr); 設(shè)置單位為inwc(英寸水柱)
*00DA=B(cr); 壓力傳感器輸出模擬信號
*00F=400(cr); 設(shè)置滿量程為400inwc
*OOW=90(cr); 設(shè)置壓力窗口為360inwc(90%FS)
*OOO=10(cr); 設(shè)置壓力偏置為40inwc(10%FS)
*OOH=40(cr); 設(shè)置輸出最大為2V
*00AN=ON(cr); 輸出范圍40~400inwc,0~2V
*O0I=M10(cr); 設(shè)置積分時間為1秒
*O0WE(cr); 把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效
*O0SP=ALL(cr); 把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM
PPT系列智能壓力傳感器以其優(yōu)良的性能、靈活的組態(tài)、合理的價格而在航空儀表、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測及過程控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。
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