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基于網(wǎng)絡(luò)的智能精密壓力傳感器原理與應(yīng)用

  1 引言
  最近,美國霍尼威爾(Honeywell)公司先后推出了PPT系列、PPTR系列和PPTE系列可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的智能精密壓力傳感器。這些傳感器將壓敏電阻傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、存儲器(RAM、E 2PROM)和接口電路集于一身,不僅達到了高性能指標,還極大地方便了用戶。這些產(chǎn)品可廣泛用于工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、自動控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

  2 PPT、PPTR系列壓力傳感器的性能

  (1)PPT系列傳感器采用鋼膜片,帶RS-232 接口,傳感器距離不超過18m,適合測量快速變化或緩慢變化的各種不易燃、無腐蝕性氣體或液體的壓力(即表壓)、壓差及絕對壓力,測量精度高達±0.05%(滿量程時的典型值),而過去的集成壓力變送器最高只能達到±0.1%的精度。PPTR系列產(chǎn)品帶RS-485接口,傳輸距離可達幾千米,它采用不銹鋼膜片,能測量具有腐蝕性的液體或氣體,測量精度為±0.1%。

  (2)它屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時能確定每個傳感器的全局地址、組地址和設(shè)備識別號ID地址,能實現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和資源共享,用戶可通過網(wǎng)絡(luò)獲取任何一個傳感器的數(shù)據(jù)并對該傳感器的參數(shù)進行設(shè)置,所設(shè)定的參數(shù)就保存在E2PROM中。

  (3)能輸出經(jīng)過校準后的壓力數(shù)字量和模擬量,它既是一個精密數(shù)字壓力傳感器,又是一個模擬式標準壓力傳感器,模擬輸出電壓在0~5V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),可作為標準壓力信號源來使用。用戶不用主機即可獲得模擬輸出。

  (4)可通過接口電路與PC機進行串行通信,一臺PC機最多可掛接89個傳感器。串行通信時有7種波特率可供選擇,最高達28800bit/s。上電后默認的波特率為9600bit/s。數(shù)字格式為1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位。

  (5)有12種壓力單位可供選擇,包括國際單位制Pa(帕)、非國際單位制P0(大氣壓)、bar (巴)、mmHg(毫米汞柱)等,基本壓力電位是psi(磅/平方英寸)。量程從1psi到500psi(即 6.8946kPa~3.4473MPa),總共有10種規(guī)格。

  (6)利用內(nèi)部的集成溫度傳感器來檢測傳感器溫度并對壓力進行補償。測溫誤差小于0.5℃。

  (7)電源電壓的范圍是5.5~30V,工作電流為15~30mA,工作溫度范圍是-40~+85℃。

  3 工作原理

  3.1 引腳功能
  PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的外形尺寸均為24.8mm×62.2mm。它有兩個壓力口P1和P2,以PPT系列為例,P1口適合接不易  燃、無腐蝕性的液體或氣體,P2口只能接氣體。6芯插座上的第1腳為RS-232接口的正端,第2腳為負端。第3腳為外殼接地端(GND),第4腳為直流電源輸入端(U S),第6腳為模擬電壓輸出端(UO )。PPTR系列插座上的A~F依次對應(yīng)于1~6腳,區(qū)別僅是A、B腳分別為RS-485接口的正端、負端。為了降低噪聲,做模擬輸出時需要單點接地,應(yīng)將電源地、測量儀表(如數(shù)字電壓表)的參考地,直接連傳感器的信號地。

  3.2 工作原理
  PPT智能壓力傳感器的內(nèi)部框圖如圖1所示。主要包括8部分:①壓力傳感器;②溫度傳感器;③16位A/D轉(zhuǎn)換器;④微處理器(umP)和隨機存取存儲器(RAM);⑤電擦寫只讀存儲器(E2PROM);⑥RS-232(或RS-485)串行接口; ⑦12位D/A轉(zhuǎn)換器(DAC);⑧電壓調(diào)節(jié)器。下文中除具體說明系列號以外,所有PPT、PPTR系列均用PPT表示,并簡稱為PPT單元。



 PPT單元的核心部件是一個硅壓阻性傳感器,內(nèi)含對壓力和溫度敏感的元件。代表溫度和壓力的數(shù)字信號送至 mP中進行處理,可在-40~+85℃范圍內(nèi)獲得經(jīng)過溫度補償和壓力校準后的輸出。輸出形式見表1。在測量快速變化的壓力時,可選擇跟蹤輸入模式,預(yù)先設(shè)定好采樣速率的閾值,當(dāng)被測壓力在閾值范圍內(nèi)波動時,采樣速率就自動提高一倍。一旦壓力趨于穩(wěn)定,又恢復(fù)正常采樣速率。 PPT還具有空閑計數(shù)功能,在測量穩(wěn)定或緩慢變化的壓力時,可自動跳過255個中間讀數(shù),延長兩次輸出的時間間隔。此外,它還可設(shè)定成僅當(dāng)壓力超過規(guī)定值時才輸出或者等主機查詢時才輸出的工作模式。為適應(yīng)不同環(huán)境,提高PPT的抗干擾能力,A/D轉(zhuǎn)化器的積分時間可在8ms~10s范圍內(nèi)設(shè)定。


  PPT能提供三級尋址方式。最低級尋址方式是設(shè)備識別號ID。該地址級別允許對任何單個的PPT進行地址分配,ID的分配范圍是01~89。00為空地址,專用于未指定地址的PPT。因此,一臺主機最多可以配89個PPT。若某只PPT未被分配ID地址(或ID未被存入E 2PROM中),上電后就分配為空地址。第二級尋址方式為組地址,地址范圍是90~98,共9組。通過ID指令,每個PPT都可以分配到一個組地址,允許主機將指令傳給具有相同組地址的幾個PPT。組地址的默認值為90。最高級尋址方式為全局地址,該地址為99。主機通過串行口可連接9組總共89個PPT。

  4 智能壓力傳感器的應(yīng)用

  4.1 PPT模擬輸出的配置
  單獨使用一個PPT,能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬式壓力傳感器。其最大優(yōu)點是不需要校準即可達到高精度指標。PPT模擬輸出與測量儀表的接線如圖2所示。用戶既可通過數(shù)字電壓表(DVM)讀取壓力的精確值,亦可利用模擬式電壓表(V)來觀察壓力的變化過程及變化趨勢。對PPT進行設(shè)置后,它還能在傳送壓力數(shù)據(jù)的同時,接收來自控制處理器的閥門控制信號,以實現(xiàn)壓力自動調(diào)節(jié),這對于壓力測控系統(tǒng)非常有用。閥門控制數(shù)據(jù)可以和壓力數(shù)據(jù)無關(guān)。

 


  4.2 遠程模擬壓力信號的傳輸與記錄
  PPT的模擬信號可直接送給記錄儀來記錄壓力波形,但在遠距離傳輸模擬信號時很容易受線路干擾及環(huán)境噪聲的影響,還會造成信號衰減。為解決上述問題,可按圖3所示,在終端增加一個PPT。首先由PPT1發(fā)送壓力數(shù)據(jù),然后遠程傳輸給 PPT2,再將PPT2的模擬輸出接記錄儀。這種方法適用于RS-485接口,傳輸距離可達數(shù)千米。若采用帶RS-232接口的PPT系列傳感器,需增加驅(qū)動器和中繼器。該方案的另一優(yōu)點是傳輸速率快,當(dāng)波特率選28800bit/s時,數(shù)據(jù)傳輸所造成的延遲時間不超過2ms。


 


  4.3 PPT與主機的接線
  PPT與主機的接線如圖4所示。圖中的D9、D25 分別代表主機上的9針和25針插座。

  4.4 RS-485多點網(wǎng)絡(luò)
  RS-485網(wǎng)絡(luò)是以主機為起點、以距主機最遠端為終點,它采用多點網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),亦稱星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)不僅傳輸距離遠,而且在不斷開網(wǎng)絡(luò)的情況下即可增、減PPT的數(shù)目。RS-485最多只能連接32個PPT單元,利用中繼器可擴展到89個 PPT單元。在RS-485的始端與末端,需分別并聯(lián)一只120Ω的電阻作匹配負載。

  具有6個PPT單元的RS-485多點網(wǎng)絡(luò)如圖5所示。在該網(wǎng)絡(luò)中,各PPT單元的ID地址可以不按照順序排列。下面通過一個例子來介紹傳輸全局地址及分配組地址的過程:

  (1)首先傳送全局指令*99WE和*99S=00001234,這將使ID號為#00001234的PPT單元在下一條指令之前指定自己的ID號,并做好接受新指令的準備。然后傳送*99WE,*99ID=02, *02WE和*02SP=ALL指令,完成設(shè)備ID的地址分配。只要在RS-485網(wǎng)絡(luò)上重復(fù)上述過程,即可完成ID地址的分配工作;

  (2)分配組地址:一旦設(shè)置好設(shè)備的ID,即可進行組ID的分配。同一組中的每個PPT單元必須有一個始于01的子地址。子地址將告知每一個 PPT單元在組地址指令中的響應(yīng)順序。若要設(shè)置設(shè)備ID=02的組地址為91,子地址01,可傳送下述命令:*02WE,*02ID=9101,*02WE,*02SP=ALL。當(dāng)?shù)谝粭l指令傳送到第91組時,ID=02 的單元就會第一個做出響應(yīng)。

 

來源:賽斯維傳感器網(wǎng)



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主營產(chǎn)品類型:Sick傳感器,Sick激光掃描儀,Sick安全光柵,sick激光掃描儀,編碼器,安全光柵,安全繼電器,CAPTRON觸摸開關(guān)

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