提高氣體壓力傳感器系統適應工業(yè)現場(chǎng)的能力方案

傳統氣體壓力測量?jì)x器的傳感器部分與數據采集系統是分離的，抗干擾的能力較差，并且通常被測對象的壓力變化較快。因此不僅要求系統具有較快的數據吞吐速率，而且要能夠適應復雜多變的工業(yè)環(huán)境，具有較好抗干擾性能、自我檢測和數據傳輸的功能。

在此，利用FPGA具有擴展靈活，可實(shí)現片上系統(SoC)，同時(shí)具有多種IP核可供使用等優(yōu)點(diǎn)，設計了能夠控制多路模擬開(kāi)關(guān)、A/D轉換、快速數據處理與傳輸、誤差校正、溫度補償的智能傳感器系統;同時(shí)將傳感器與數據采集處理控制系統集成在一起，使系統更加緊湊，提高了系統適應工業(yè)現場(chǎng)的能力。

1 系統性能及元器件

1.1 智能傳感器系統性能要求

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

1.2 系統主要元器件及性能

根據系統的精度指標的要求選擇器件：

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(hù)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轉換器 選擇內含采樣保持器的12位A/D轉換器AD1*,其轉換時(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(kāi)關(guān) 采用四選一多路模擬開(kāi)關(guān)AD7502,其引腳設置為EN=1的使能信號;A1A0引腳為通道選擇信號。

輸出電平轉換接口 系統使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C電平的轉換。

2 系統誤差校正方法

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為被測信號;y為系統輸出;ε，k,i為影響系統的未知量。

誤差校正過(guò)程為：

當S1閉合時(shí)，x=0,依據誤差校正公式得到式(2)，用于系統零點(diǎn)校準;

當S2閉合時(shí)，x=E(標準電壓)，得到公式(3)，用于系統增益誤差校正;