王大碩姜超高春青
（博益（天津）氣動研究所****天津３００４５７）
摘要：微小氣體壓力測量儀表的市場需求旺盛，但國內產品質量難以滿足使用者要求。本文詳細介紹了此類儀表的一種設計原理，給出了技術實現方法，並成功研發出具有國內先進水平的高精度數字壓力袁。
關鍵詞：微壓高精度
目前，很多任務業領域都需要用到微壓測量儀表，尤其是燃氣具生產企業，隨著我國國家標準和市場需求水平的進一步提高，有越來越多的企業購買此類儀表用作產品檢測。國內微壓測量儀器的研發起步較晚，質量效能一時無法滿足使用者要求，同時進口產品普遍存在**高、售後服務不及時、技術支援困難等諸多問題。本文以我所研發的ｂｇ８０系列高精度微差壓數字壓力表為例，闡述了該類壓力表的技術實現方法。
一氣體壓力感測器的選擇
壓力感測器是壓力表的核心部件，有電容式、壓阻式、隧道式等若干種型別。對於微小氣體壓力的測量儀表，主要效能指標依賴予感測器的靜態特性，其中包括：線性度、靈敏度、遲滯和重複性。
本表採用美國ｓｍｉ公司ｍｅｍｓ技術生產的壓阻式感測器，不僅符合上述特性，同時具有高過載低量程等特點，完全符合專案開發預期效能要求。
二硬體和軟體設計
１模擬電路設計：
感測器輸出的電壓訊號通過前置放大電路進行線性放大和降噪處理後與ｄａ晶元輸出組成減法電路，方便使用者硬體調零。為實現高精度的目標要求，運放元件均使用德州儀器（ｔｉ）生產的ｔｌｅ２０００系列產品。電壓源１４０３為ａｄ元件提供電壓基準，保證模擬數字的轉換精度。
為簡化系統設計，電流輸出轉換電路直接使用整合晶元ｘｔｒｌｌ０，同時減少內部干擾。模擬電路示意圖見圖１，前置放大電路示意圖見圖２。
（圖１）（圖２）
２．數位電路設計：
ｃｐｕ採用ｐｈｉｌｉｐｓ生產的ｐ８９ｖ５１系列微控制器，內建這樣外圍電路不用擴充套件ｒｏｍ和ｒａｍ，增強系統的穩定性。採用技術成熟的８２５５作為介面晶元，控制輸入和輸出，簡單實用。序列儲存晶元ｘ５０４５記錄各項資料。
四位數碼管顯示。ａｄ取樣使用ｔｌｃ７１３５，取樣精度可達１４位，取樣頻率基準由４０６０分頻獲得，整機響應速度控制在０．２秒以內。數位電路示意圖見圖３。
３．軟體設計：
程式語言採用當前流行的ｃ語言，編譯環境使用德國ｋｅｉｌ公司的ｕｖｉｓｉｏｎ２。鑑於硬體ｒａｍ容量稍小，同時壓力表控制並不複雜且對時序無嚴格要求，所以沒有使用作業系統。設計完成後證明，前後臺系統完全可以滿足當前軟體設計要求。
由於後台軟體的執行時間遠小於前台執行間隔時間，所以可以保證不會遺漏ａｄ取樣值。軟體流程圖標意圖見圖４。
在使用者介面中，使用者可根據現場需要開啟軟體濾波功能，濾波採用移動平均方法，
公式如下：
ｚ＝土ｈ』吳垃，
ｘ：濾波後的ａｄ取樣值
ｘ１，ｘ２，ｘ３：最新的三次ａｄ取樣值
（圖３）２１０
（圖４）
ｑ目ａⅻ；ｊ，ｄ
圜凰黔辮鬈辮擎擎闌閡辮
三資料分析
以正負ｌｏｋｐａ壓力表為實驗物件，實驗資料見表１和表２。
基準壓顯示壓基準壓顯示壓如／ｐａ力／ｐａ力／ｐａ力／ｐａ０００ｏ
（表１）
示值波動零點漂移
時間／ｍｉｎ顯示值／ｐａ時間／ｍｉｎ顯示值
基準２７９９９１５０
４８０００３００
６８００１４５０
８７９９９６００
１０８０００
波動值１
（表２）
分析實驗資料可得：基本誤差（±０．１％，回程誤差《０．１％，重複性誤差（０．１％，零點漂移＜士０．０２％。此壓力表主要效能引數均超過研發預期目標。
四結束語
基於ｉ二述原理設計的壓力表耐壓能力強、線性度好、零漂小。直接通過鍵盤調零，方便使用者。報警值使用者可自行設定。
具有自檢功能和軟體濾波功能。通過串臼採集資料，可以使現場實時監測更容易。更換同一型別其它量程的感測器時，通過軟體設定即可使用，進一步節約生產成本，適合大量生產。
目前該產品已在燃氣具檢測等工業生產領域內應用，市場反饋良好。通過增強壓力表的軟硬體功能可以更加適應自動化生產線的要求。
致謝：感謝國家燃氣用具質量監督檢驗中心和上海能率公司給予此專案的大力支援。
１．胡偉，季曉衡．微控制器ｃ程式設計及應用例項人民郵電出版社２００３
２．ｄ．沃布沙爾電子儀器的電路設計科學出版社１９８６２１１
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