霍尼韋爾PPT智能壓力傳感器及其應用

摘 要：PPT系列 精密智能壓力傳感器是霍尼威爾公司生產的高品質壓力傳感器?？蓮V泛用于工業、航天、軍事、醫療器械、大氣環保檢測及家電等領域。文中介紹了PPT系列傳感器的特點、參數和引腳功能。最后介紹了PPT系列精密智能壓力傳感器的應用電路及設置方法。

關鍵詞：壓力;傳感器;檢測;控制

根據半導體的硅阻效應,在硅膜片上施加壓力將引起阻值的變化。這一點與應變片的100倍,因此,它不會永久地伸展,而能在應力消失后又恢復原來的形狀。作為壓力傳感膜片,硅優于金屬,因為硅在工作范圍內有著特別好的彈性,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設計生產,美國霍尼威爾公司生產的高品質PPT智能壓力傳感器已在工業、航天、軍事、醫療器械、大氣環保檢測及家電等領域得到了廣泛的應用。

1、壓力傳感器的選型

在選用壓力傳感器時,應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,應首先考慮材料、化學物質、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。同時還應考慮應用環境、器件保護和在該區域的其它設備器件,以保證工作環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;

重復性誤差。

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的測量。PPT系列傳感器綜合了模式擬傳感器的技術特點,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和全壓略范圍內對其數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、具有地址的數字傳感器,并可在RS232總線上許多傳感器一起聯網使用。PPT傳感器可以幫助用戶向數字測量系統過渡,而不用增加新的昂貴的硬件設備。該系列傳感器的內部結構如圖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：

可組態的傳感器

PPT傳感器具有優異的重復性和穩定性;其壓力信號可由單片機設置為數字輸出模式,也可以設置為模擬輸出模式。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字通訊線路;作為一個用戶可組態的模擬傳感器,用戶可通過RS232總線給PPT組態,然后在現場作為模擬摶 使用;而作為一個智能型且具有地址的數字輸出傳感器,它可進行雙向通訊。該壓力傳感器可單獨工作,也可作為傳感器網絡上的一點。

標準的模擬壓力傳感器

在許多應用中,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.由于其內部壓力敏感器件的重復性非常好并可利用單片機進行數字補償,因而可獲得很高的穩定性和精度.在-40～+85℃的溫度范圍內,PPT傳感器具有0.05%FS的典型精度。

用戶可組態的模擬傳感器

利用RS232串口總線,用戶可通過PC發布指明令亞改變PPT傳感器的任何一個參數。所有組態的變化均可存放在PPT傳感器內部的EEPROM中,并可由用戶可任意設計或取消。同時要可以通過幾條簡單的指令來根據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節以及壓力量程的壓縮等。

帶有地址的智能傳感器

在數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。但應注意：由于壓力信號首先需要經過數字化外理,所以數字輸出模式的組態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/cm2\u27627毫巴、毫米汞柱、Mpa\u31859米汞柱等。另外,它還預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

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。這樣可以提高數字控制系統在不同環境條件下的適應性和抗干擾能力。

跟蹤輸入變化

有時用戶需要在壓力發生快速變化時使采樣速率隨之加速,因此,該PPT可以設定2倍加速。用戶可設置一個閥值,當壓力在閥值范圍內波動時,采樣速率自動加速,當壓力在一個新的水平上穩定下來年采樣速率以恢復原樣。

降低壓力讀數速率

當壓力緩慢變化或者不變時,用戶可以降低輸出讀數速率。這樣PPT傳感器可以跳過255個讀數而使兩次輸出時間相隔51分,這種功能稱為空閑計數功能。PPT傳感器還可以設置為只有在壓力變化時（超過認定閥值）才輸出或只有當上位機查詢時才輸出等其它工作模式。

PPT通過RS232總線聯網

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。利用這種網絡模式,用戶可以和一個傳感器、一組傳感器或網絡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傳感器通過數字口輸出壓力數據,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的模擬、電壓進行控制。

3、PPT壓力傳感器的引腳及參數

PPT系列精密智能型壓力傳感器的主要參數如下：

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;

模擬輸出電壓范圍：0～5V（用戶可調節）;

短路電流：最大10mA;

工作輸出電流：最大0.5mA;

負載電阻：最小10kΩ;

數字輸出波特率：1200,2400,4800,9600,14400,19200,28800;

數據格式：1位起始位,8位數據位,1位停止位;

奇偶校驗：無奇偶校驗,奇校驗,偶校驗;

握手協議：不支持;

可接觸的介質：

PPT的P1口（壓力口）適用于所有玻璃、304不繡鋼、Sn/Ag焊劑、環氧樹脂、黃銅、硅型O型環的液體及氣體。其管內徑為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（如數字電壓表）的參考地應該直接連接到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傳感器的大多數測量參數和輸出特性,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,其連接對應關系和表2所示。

PPT傳感器默認的通訊設置波特率為9600bps,8個數據位,無奇偶校驗,一個停止位。用戶通過一個終端應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。但終端應用程序端的通訊設置必須和PPT傳感器保持一致。

當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。當機器準備好后,輸入下列命令并等待響應,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：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）; 設置零點為1V

＊00H=97（cr）; 設置滿量程為4.85V

＊00DA=ON（cr）; 打開模擬輸出

＊OOAN=ON（cr）; 打開用戶電壓設置

＊OOWE=（cr）; 把數據存儲到EEPROM有效

＊OOSP=ALL（cr）; 把改變的數據存儲到EEPROM

至此,PPT傳感器的模擬電壓輸出范圍便被設置為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）; 設置起始壓力為滿量程的60%

＊00W=20（cr）; 設置壓力窗口為滿量程的60%

＊00WE=（cr）; 把數據存儲到EEPROM有效

＊OOSP=ALL（cr）; 把改變的數據存儲到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備來記錄和監視遠端的壓力測量數據,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方法,該方法對軟件沒有什么特殊要求。使用這種技術可以同時在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）; 設置器件ID為1

＊01ID=91（cr）; 設置組ID號為91

＊01DA=U（cr）; 設置為數字壓力輸出模式

＊O1MO=P4（cr）; 二進制輸出模式

＊O1SP=ALL（cr）; 把數據存儲到EEPROM有效

＊OOSP=ALL（cr）; 把改變的數據存儲到EEPROM

（對PPT2的命令）

＊00WE=RAM（cr） ; 寫使能

＊00ID=02（cr）; 設置器件ID為2

＊02ID=91（cr）; 設置組ID號為91

＊02DA=R（cr）; 設置為數字轉換成模擬輸出模式

＊O2NE=DAC（cr）; 寫DAC數據轉換器有效

＊O2WE（cr）; 把數據存儲到EEPROM有效

＊O2SP=ALL（cr）; 把改變的數據存儲到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電流環過程控制

4-20mA電流環接口在很多工業處理控制和工廠自動化系統中具有廣泛的應用。采用電流環輸出在工廠環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電流轉換器）和一個電容器來完成這項工作的電路圖。

該設計將40英寸水柱（1.5psi）時的輸出定義為4mA,把400英寸水柱（15psi）

時的輸出設定為20mA。如果讀取壓力的積分時間設定為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：

＊00WE=RAM（cr） ; 寫使能

＊00DU=INWC（cr）; 設置單位為inwc（英寸水柱）

＊00DA=B（cr）; 壓力傳感器輸出模擬信號

＊00F=400（cr）; 設置滿量程為400inwc

＊OOW=90（cr）; 設置壓力窗口為360inwc（90%FS）

＊OOO=10（cr）; 設置壓力偏置為40inwc（10%FS）

＊OOH=40（cr）; 設置輸出最大為2V

＊00AN=ON（cr）; 輸出范圍40～400inwc,0～2V

＊O0I=M10（cr）; 設置積分時間為1秒

＊O0WE（cr）; 把數據存儲到EEPROM有效

＊O0SP=ALL（cr）; 把改變的數據存儲到EEPROM

PPT系列智能壓力傳感器以其優良的性能、靈活的組態、合理的價格而在航空儀表、醫療設備、環境監測及過程控制系統中具有廣泛的應用。