一种压力变送器和压力测量系统的制作方法

本实用新型涉及芯片技术领域，尤其涉及到一种单芯片一体式的单晶硅数字压力变送器和包括该压力变送器的压力测量系统。

背景技术：

例如智能型压力变送器等众多类型的压力变送器作为一种非常实用的现场压力检测仪表，已经被广泛应用于国民的生产、生活等诸多方面。然而，这些现有的压力变送器仍然存在着一些缺陷和不足之处。举例来讲，虽然传统的压力变送器在结构和原理上各不相同，但是它们普遍存在着诸如结构尺寸较大、元器件较多、生产工艺复杂、制造成本高、容易发生故障等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种压力变送器和压力测量系统，从而有效解决或缓解了现有技术中存在的以上这些问题和其他方面问题中的一个或多个。

首先，根据本实用新型的第一方面，它提供了一种压力变送器，其包括滤波模块，所述滤波模块与压力传感器相连以对其采集到的信号进行滤波整形，所述压力变送器还包括：调制芯片，其包括依次相连的运算放大模块、ADC转换模块、MCU数字信号处理模块和DAC转换模块，并且运算放大模块与所述滤波模块相连，用于将经过滤波整形后的传感器模拟信号处理成比例大小的模拟信号、然后输入到后面的ADC转换模块；并且调制芯片设置有分别用于输出DAC转换后的模拟输出信号的模拟通信接口和输出ADC转换后的数字输出信号的数字通信接口。

模拟输出信号是指传感器信号经过ADC、再经过MCU处理后、最后经过DAC转换的代表4-20mA电流或电压的模拟信号。本发明的这种结构设计可以增加仪表灵敏度和精度,并且所述调制芯片设置有ADC转换后的、经过温补的、带符号位的24位数字量。优选地，该数字量通过芯片自带的数字通信接口(SPI或I2C接口)输出。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述调制芯片还包括：

温度检测模块，其与所述压力传感器和所述MCU数字信号处理模块相连，用于检测所述压力传感器的实际温度并传送至所述MCU数字信号处理模块进行处理，以对所述压力传感器采集到的信号进行温度补偿和修正处理。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述数字通信接口是SPI接口或I2C接口，用于输出经过温度补偿和修正处理后的数字输出信号、未经过温度补偿和修正处理的数字输出信号和/或所检测到的压力传感器的实际温度。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述调制芯片与所述压力传感器被设置成一体式结构。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述调制芯片设置在所述压力传感器的管壳内。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述压力变送器还包括电源变换模块和外围电路，所述电源变换模块与电源相连并且与所述滤波模块、所述调制芯片和所述外围电路相连以向它们提供电能，所述外围电路与所述调制芯片相连用于向外提供电流或电压。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述滤波模块经由所述压力传感器的传感器信号输出接口与所述压力传感器相连，所述电源变换模块与所述传感器信号输出接口相连用于向所述压力传感器提供电能。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述外围电路被设置成向外提供4-20mA的电流。

在根据本实用新型的压力变送器中，可选地，所述压力传感器是单芯片一体式的单晶硅压力传感器。

另外，根据本实用新型的第二方面，它提供了一种压力测量系统，所述压力测量系统包括如以上任一项所述的压力变送器。

从与附图相结合的以下详细描述中，将会清楚地理解根据本实用新型的各技术方案的原理、特点、特征以及优点等。例如，将会明白的是，根据本实用新型的压力变送器具有结构紧凑、低成本、故障率低、测量方便且高精度等众多优点，它可以采用一体式整体结构，并且尤其具备进行二次开发的能力，以便满足更高的功能需求。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图只是出于解释目的而设计的，仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是一个根据本实用新型的压力变送器实施例的组成示意图。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本实用新型的压力变送器和压力测量系统的结构、组成、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明，而不应将它们理解为对本实用新型构成任何的限制。

此外，对于在本文所提及的实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，本实用新型仍然允许在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减而不存在任何的技术障碍，从而也应当认为这些根据本实用新型的更多实施例是在本文的记载范围之内。另外，在本文中涉及到的技术用语“连接”不仅包含了直接连接的方式，而且也包含了间接连接的方式。

在图1中仅示范性地图示出了一个根据本实用新型的压力变送器实施例的基本组成情况。在该实施例中，压力变送器1可以包括滤波模块3、调制芯片4、电源变换模块5和外围电路6，下面就结合这个示例来进行具体说明。

首先，对于滤波模块3来讲，它是与压力传感器(未示出)进行连接，用来对由压力传感器采集到的信号(例如代表现场压力大小的电压信号等)进行滤波整形处理，以便提高信号质量来进行后期处理。作为示例说明，可以如图1中所示出地将滤波模块3直接连接到压力传感器的传感器信号输出接口8，由此从压力传感器处获取采集到的信号。当然，在一些应用情形下，本实用新型也允许在滤波模块3和压力传感器再增加一些可能的单元、模块或元器件等，以便能更加灵活地满足各种实际需求。

在这个实施例中，调制芯片4可以包括依次连接的运算放大模块、ADC转换模块(Analog-to-Digital Converter：模数转换器模块)、MCU(Microprogrammed Control Unit：微程序控制单元)信号处理模块和DAC转换模块(Digital-to-Analog Converter：数模转换器模块)，并且其中的运算放大模块与上述的滤波模块3进行连接，如此就可以通过该调制芯片4将已经被滤波模块3进行滤波整形后的传感器模拟信号处理成比例大小的模拟信号、然后输入到后面的ADC转换模块，然后可以分别通过该调制芯片4上的模拟通信接口和数字通信接口2，例如SPI接口(串行外设接口)、I2C接口(一种两线制串行传输总线)等，向外输出DAC转换后的模拟输出信号和输出ADC转换后的数字输出信号，这样的模拟输出信号可以采用电压信号或电流信号等任何适宜形式。

更具体来讲，运算放大模块可用来对从滤波模块3获得的经过滤波整形后的压力传感器采集信号进行放大处理，ADC转换模块可用来对经由运算放大模块放大处理后的信号进行处理来产生并输出对应的数字输出信号，MCU数字信号处理模块可用来对压力传感器采集信号进行温度补偿和修正处理处理(这将在下文中进行说明)，DAC转换模块可用来对经由运算放大模块放大处理后的信号进行处理来产生并输出对应的模拟输出信号。

如上所述，从输入压力传感器的模拟信号到输出对应的模拟信号-电流或电压信号-或数字输出信号的全部处理过程都可以使用单一的调制芯片4来完成。因此，与现有技术相对比，采用以上调制芯片4不仅能实现传统压力变送器的所有功能，而且可以成功克服这些传统压力变送器所存在的结构复杂、元器件多、制造工艺复杂、产品成本高等问题，从而使得产品的结构大大精简，并且能有效节约成本，简化生产流程，减少产品的故障率，因此根据本实用新型的压力传感器具有智能化的特点，其具备了明显优于现有技术的优势。

对于调制芯片4来讲，在可选情形下还可进一步配置温度检测模块，该温度检测模块是与压力传感器和MCU数字信号处理模块进行连接，用来检测压力传感器的现场实际温度，并将检测到的实际温度数据传送给MCU数字信号处理模块进行处理，以便能够针对通过压力传感器采集到的信号进行温度补偿和修正处理，由此可以促使所产生并输出的数字输出信号或模拟输出信号具备更高的精度。作为示例说明，MCU数字信号处理模块可以根据内置算法并调取预先存储于调制芯片4中的补偿参数来进行温度补偿和修正处理，例如可以采用线性修正方式来进行相应的数值处理。

需要指出的是，由于在调制芯片4中专门配置了例如可采用SPI接口或I2C接口等形式的数字通信接口2，用来向外输出已经实现上述温度补偿和修正处理处理后的数字输出信号、没有经过温度补偿和修正处理的数字输出信号和/或所检测到的压力传感器的现场实际温度，因此可以为根据本实用新型的压力传感器的使用者提供更多的有针对性的选择。此外，通过提供数字通信接口2，可以将由调制芯片4中的ADC转换模块转换处理后的数字信号非常方便地直接输出，从而使得根据本实用新型的压力传感器具备了进行产品二次开发的能力，即如果对于压力变送器具有更高、更复杂的功能要求的话，那么可以在此基础上非常轻松地实现二次开发。

请再参阅图1，在压力变送器1中还设置了电源变换模块5和外围电路6，下面就接着介绍这两个部分。

对于电源变换模块5来讲，它是与电源、滤波模块3、调制芯片4和外围电路6相连，以便在该电源变换模块5上电后，由其来为以上这些模块或元器件提供正常工作所需要的电能。如图1所示，在可选情形下，可以在压力变送器1中设置电源输入接口7，通过将电源变换模块5和电源都连接到该电源输入接口7上来为电源变换模块5本身提供电能。

此外，在可选情形下，可以将电源变换模块5与压力传感器的传感器信号输出接口8进行连接，以便通过该电源变换模块5来为该压力传感器提供电能，从而方便现场测量工作而不必为压力传感器另外配置电源，这也有助于简化压力变送器的整体结构，并且降低产品成本。

对于外围电路6来讲，它是布置在调制芯片4的外围并且与该调制芯片4相连，用于向外输出所希望的电压或电流以方便现场实际应用。例如，如图1所示，可以将外围电路6与上述的电源输入接口7相连，通过该外围电路6向外提供4-20mA的电流，从而能为例如大多数功能要求单一的现场应用带来很大的便利性。

对于本领域技术人员来讲，通过示例性地介绍上述实施例已经使得根据本实用新型的压力变送器的基本组成、工作原理和技术优势等内容变得容易理解。但是，应当明白的是，在不脱离本实用新型主旨的情况下，本实用新型允许进行各种可能的灵活设计、改变和调整，以便更好地满足实际应用需求。

例如，在一些实施例中，可以将调制芯片4和压力传感器设置成一体式结构，例如可以将调制芯片4直接设置在压力传感器的管壳内，从而可以形成一体式单芯片的智能型压力变送器，由此能够有效简化整体结构，降低成本并减少外围元器件，而采用这种简洁的结构也非常有利于降低产品的故障率。

当然，在某些情形下，也有可能将上述的调制芯片4和压力传感器分别单独布置，而不必将它们布置在一起。

此外，在根据本实用新型的压力变送器中，压力传感器可以采用单晶硅压力传感器，通过该单晶硅压力传感器与滤波模块、调制芯片或者还包括以上所讨论的其他模块或元器件等进行配合，就可以完成智能型压力变送器从单晶硅压力传感器的采集信号到运算放大模块、ADC转换模块、DAC转换模块进行多种数据处理、进行温度补偿和修正处理等这些功能，从而使得产品结构大大简化，在具备高精度的同时实现低故障率。

综上所述，由于根据本实用新型的压力变送器具有明显优于现有压力变送器的这些技术优势，因此非常适合将该压力变送器配置到压力测量系统中，用来提供相应的压力检测功能。由此，使得根据本实用新型设计提供的压力测量系统也能够同样具备如前文所讨论的这些显著技术优势。

以上仅以举例方式来详细阐明根据本实用新型的压力变送器和压力测量系统，这些个例仅供说明本实用新型的原理及其实施方式之用，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本实用新型的范畴并为本实用新型的各项权利要求所限定。