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ADI 的壓力變送器解決方案

 2013-08-28

工業壓力變送器系統原理和典型架構

壓力變送器可以測量三個以上最常見工業測量物件:流速、壓力、液位等。它採用的壓力感測器的原理各不相同,包括壓阻效應類型、電容類型和微諧振器類型。所有這些類型都使用矽單晶的薄膜作為壓力接收元件。智慧壓力變送器應用了多壓阻計感測器,可以測量三個指標,即差分壓力、靜態壓力和溫度。

 

通常,壓力變送器可以採用電池、線路電源或環路電源供電,並包括電源、壓力/溫度感測器、信號調理、ADC、處理器、顯示器、鍵盤、邏輯I/O以及多種通信機制,例如4 mA至20 mA、HART、RS-485/RS-422/RS-232、PROFIBUS、Modbus和foundation等。

 

必需部件圖片                                                                                        可選部件圖片

 

 

工業壓力變送器系統設計考慮事項和主要挑戰

要設計出適當的壓力變送器系統,設計人員必須考慮眾多不同設計要求,包括精度、零漂移、溫度和靜態壓力補償。

  • 除了差分壓力信號,必須考慮通過溫度和靜態壓力信號進行特性補償。
  • 預防性維修可檢測感測器老化或任何異常。
  • 壓力變送器產品的最大量程可高達200:1,上限甚至可達15,000 psi。
  • 測量精度最高可以達到滿量程範圍的0.04%,通常需要16至24位元的模數轉換器。
  • 與不同現場匯流排的連接,例如HART、PROFIBUS、Modbus、foundation、RS-485/RS-422/RS-232、無線HART等。
  • 感測器、調理電路、系統電源、通信和I/O之間可能需要隔離;隔離等級從1 kV到2.5 kV不等。
  • 採用電池和環路供電的差分壓力變送器需要精心選擇的超低功耗元件,例如MCU、AMP、ADC和基準電壓源。

 

工業現場溫度環境非常複雜,甚至異常惡劣。為了能夠在較寬的溫度範圍內工作,低溫漂移係數和低功耗對差分壓力變送器非常重要。ADI公司提供完美的產品組合,包括精密放大器、精密基準電壓源、精密模數轉換器和低功耗Cortex-M3內核微處理器等。

 

除此之外,低功耗系統中的抗電磁干擾能力(如電湧、EFT和ESD等)也是壓力變送器面臨的嚴峻挑戰。ADI器件的高ESD抑制能力能夠大大改善產品的可靠性和穩定性。

 

此外,壓力變送器內部的空間有限,要求高系統密度。因而必須減小器件尺寸。近來,集成技術的進步使得系統設計人員能夠採用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解決方案,而其性能與那些大型系統不相上下。持續的技術進步要求既能不斷促進這些解決方案集成,同時還提高其性能和診斷能力。

 

ADI公司提供面向市場定制的解決方案,以便簡化設計過程。這些解決方案採用業界領先技術,並提供眾多設計選項:從採用分立器件的實施方案到全集成式解決方案,應有盡有。

 

ADI公司的整體解決方案

借助ADI公司的放大器、資料轉換、信號處理、通信和電源技術以及專業經驗,可以實現高解析度、低雜訊、低功耗的工業壓力變送器系統。

(注:虛線部分可能是部分可選或高度集成的,取決於不同應用。)

  

分立信號調理的信號鏈

 

 注:以上信號鏈代表分立信號調理設計的系統框圖。

 

集成信號調理的信號鏈

 

 注:以上信號鏈代表集成信號調理設計的系統框圖。