霍尼威爾PPT智能壓力傳感器及其應(yīng)用

作者：時間：2016-12-23 來源：網(wǎng)絡(luò)

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傳感器是霍尼威爾公司生產(chǎn)的高品質(zhì)壓力傳感器。可廣泛用于工業(yè)、航天、軍事、醫(yī)療器械、大氣環(huán)保檢測及家電等領(lǐng)域。文中介紹了PPT系列傳感器的特點(diǎn)、參數(shù)和引腳功能。最后介紹了PPT系列精密智能壓力傳感器的應(yīng)用電路及設(shè)置方法。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/333181.htm

根據(jù)半導(dǎo)體的硅阻效應(yīng)，在硅膜片上施加壓力將引起阻值的變化。這一點(diǎn)與應(yīng)變片的100倍，因此，它不會永久地伸展，而能在應(yīng)力消失后又恢復(fù)原來的形狀。作為壓力傳感膜片，硅優(yōu)于金屬，因為硅在工作范圍內(nèi)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(yè)設(shè)計生產(chǎn)，美國霍尼威爾公司生產(chǎn)的高品質(zhì)PPT智能壓力傳感器已在工業(yè)、航天、軍事、醫(yī)療器械、大氣環(huán)保檢測及家電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 壓力傳感器的選型

在選用壓力傳感器時，應(yīng)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(jìn)行壓力傳感器選擇之前，應(yīng)首先考慮材料、化學(xué)物質(zhì)、濃度、溫度、暴露時間、暴露形式、故障準(zhǔn)則和一般信息等方面的因素。同時還應(yīng)考慮應(yīng)用環(huán)境、

器件保護(hù)和在該區(qū)域的其它設(shè)備器件，以保證工作環(huán)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(diǎn)：

零點(diǎn)偏置；

零點(diǎn)溫度漂移；

靈敏度偏移；

線性誤差；

重復(fù)性誤差。

表1 PPT壓力傳感器的量程范圍

	PPT	PPT-R
表壓	0～1psi至0～500psi	0～20psi至0～2500psi
差壓	-1～1psi至-500～500psi	沒有差壓型
絕對壓力	0～15psi至0～500psi	0～20psi至0～2500psi

2 PPT 系列智力壓力傳感器的特點(diǎn)

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(zhì)的測量。PPT系列傳感器綜合了模式擬傳感器的技術(shù)特點(diǎn)，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(qū)和全壓略范圍內(nèi)對其數(shù)字輸出和模擬輸出進(jìn)行精確定標(biāo)。因此，它是一個既非常精確又標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓輸出裝置，也是一個完善的、具有地址的數(shù)字傳感器，并可在RS232總線上許多傳感器一起聯(lián)網(wǎng)使用。PPT傳感器可以幫助用戶向數(shù)字測量系統(tǒng)過渡，而不用增加新的昂貴的硬件設(shè)備。該系列傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PPT系列精密智能壓力傳感器的主要特點(diǎn)有如下幾個方面：

可組態(tài)的傳感器

PPT傳感器具有優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性；其壓力信號可由單片機(jī)設(shè)置為數(shù)字輸出模式，也可以設(shè)置為模擬輸出模式。這些特點(diǎn)使得PPT傳感器可作為一個高精度的標(biāo)準(zhǔn)模擬裝置而不需要連接數(shù)字通訊線路；作為一個用戶可組態(tài)的模擬傳感器，用戶可通過RS232總線給PPT組態(tài)，然后在現(xiàn)場作為模擬摶使用；而作為一個智能型且具有地址的數(shù)字輸出傳感器，它可進(jìn)行雙向通訊。該壓力傳感器可單獨(dú)工作，也可作為傳感器網(wǎng)絡(luò)上的一點(diǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)的模擬壓力傳感器

在許多應(yīng)用中，PPT傳感器可直接作為一個標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部壓力敏感器件的重復(fù)性非常好并可利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償,因而可獲得很高的穩(wěn)定性和精度.在-40～+85℃的溫度范圍內(nèi)，PPT傳感器具有0.05%FS的典型精度。

用戶可組態(tài)的模擬傳感器

利用RS232串口總線，用戶可通過PC發(fā)布指明令亞改變PPT傳感器的任何一個參數(shù)。所有組態(tài)的變化均可存放在PPT傳感器內(nèi)部的EEPROM中，并可由用戶可任意設(shè)計或取消。同時要可以通過幾條簡單的指令來根據(jù)各種不同的需要對模擬輸出進(jìn)行修改，如進(jìn)行最大和最小模擬輸出電壓的調(diào)節(jié)以及壓力量程的壓縮等。

帶有地址的智能傳感器

在數(shù)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(yīng)注意：由于壓力信號首先需要經(jīng)過數(shù)字化外理，所以數(shù)字輸出模式的組態(tài)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/cm2u27627毫巴、毫米汞柱、Mpau31859米汞柱等。另外，它還預(yù)認(rèn)有一個用戶自定義單位，因此，用戶不必不可為單位換算進(jìn)行額外的浮點(diǎn)運(yùn)算。Psi和其它單位之間的換算關(guān)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(diào)

PPT傳感器可對每次測量的壓力信號進(jìn)行積分,積分時間可在8ms至12s之間選擇。這樣可以提高數(shù)字控制系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下的適應(yīng)性和抗干擾能力。

跟蹤輸入變化

有時用戶需要在壓力發(fā)生快速變化時使采樣速率隨之加速，因此，該P(yáng)PT可以設(shè)定2倍加速。用戶可設(shè)置一個閥值，當(dāng)壓力在閥值范圍內(nèi)波動時，采樣速率自動加速，當(dāng)壓力在一個新的水平上穩(wěn)定下來年采樣速率以恢復(fù)原樣。

降低壓力讀數(shù)速率

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

PPT通過RS232總線聯(lián)網(wǎng)

一臺PC機(jī)最多可掛接89個PPT傳感器，每個PPT傳感器具有一個獨(dú)立的地址。利用這種網(wǎng)絡(luò)模式，用戶可以和一個傳感器、一組傳感器或網(wǎng)絡(luò)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(jī)通過RS232串口控制，在這種模式下，PPT傳感器通過數(shù)字口輸出壓力數(shù)據(jù)，同時，上位機(jī)也可以對PPT壓力傳感器的D/A輸出以及與測量壓力無關(guān)的模擬、電壓進(jìn)行控制。

3 PPT壓力傳感器的引腳及參數(shù)

PPT系列精密智能型壓力傳感器的主要參數(shù)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(nèi)；

模擬輸出電壓范圍：0～5V（用戶可調(diào)節(jié)）；

短路電流：最大10mA；

工作輸出電流：最大0.5mA；

負(fù)載電阻：最小10kΩ；

數(shù)字輸出波特率：1200，2400，4800，9600，14400，19200，28800；

數(shù)據(jù)格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位；

奇偶校驗：無奇偶校驗，奇校驗，偶校驗；

握手協(xié)議：不支持；

可接觸的介質(zhì)：

PPT的P1口（壓力口）適用于所有玻璃、304不繡鋼、Sn/Ag焊劑、環(huán)氧樹脂、黃銅、硅型O型環(huán)的液體及氣體。其管內(nèi)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(zhì)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(fā)送（TD）；

腳2：RS-232接收（RD）；

腳3：機(jī)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(yīng)用

在具體使用時，對于模擬輸出的PPT傳感器要求一點(diǎn)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(shù)字電壓表）的參考地應(yīng)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(shù)測量參數(shù)和輸出特性，用戶都可以重新進(jìn)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(shè)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(jī)的并口上，其連接對應(yīng)關(guān)系和表2所示。

表2 通訊線纜連接表

PPT傳感器	DB-9針連接器	DB-25針連接器
1-TXD傳輸信號	2-RXD	3-RXD
2-RXD接收信號	3-TXD	2-TXD
4-GND信號地	5-GND	7-GND

PPT傳感器默認(rèn)的通訊設(shè)置波特率為9600bps，8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，一個停止位。用戶通過一個終端應(yīng)用程序可以重新定義PPT傳感器的零點(diǎn)壓力和滿量程輸出電壓。但終端應(yīng)用程序端的通訊設(shè)置必須和PPT傳感器保持一致。

當(dāng)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(dāng)機(jī)器準(zhǔn)備好后，輸入下列命令并等待響應(yīng)，即可確認(rèn)計算機(jī)和PPT傳感器之間的通訊是否準(zhǔn)備好。符號（cr）表示按ENTER或RETURN鍵：

輸入：﹡99S=（cr）

PPR 響應(yīng)：？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(diǎn)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(shè)置零點(diǎn)為1V

*00H=97（cr）；設(shè)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(shè)置

*OOWE=（cr）；把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效

*OOSP=ALL（cr）；把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM

至此，PPT傳感器的模擬電壓輸出范圍便被設(shè)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(shù)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(jìn)行重新定義。方式如下：

輸入注釋

*00WE=RAM（cr）；寫使能

*000=60（cr）；設(shè)置起始壓力為滿量程的60%

*00W=20（cr）；設(shè)置壓力窗口為滿量程的60%

*00WE=（cr）；把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效

*OOSP=ALL（cr）；把改變的數(shù)據(jù)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(yuǎn)程檢測控制

如果要使用一個繪圖儀或其它模擬輸出設(shè)備來記錄和監(jiān)視遠(yuǎn)端的壓力測量數(shù)據(jù)，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(shù)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(yuǎn)程壓力檢測控制系統(tǒng)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(kuò)展到幾公里。

使用兩個PPT傳感器來進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測控制是一種簡單并且快速的實現(xiàn)方法，該方法對軟件沒有什么特殊要求。使用這種技術(shù)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(jìn)行下述定義：

輸入注釋

（對PPT1的命令）

*00WE=RAM（cr）；寫使能

*00ID=01（cr）；設(shè)置器件ID為1

*01ID=91（cr）；設(shè)置組ID號為91

*01DA=U（cr）；設(shè)置為數(shù)字壓力輸出模式

*O1MO=P4（cr）；二進(jìn)制輸出模式

*O1SP=ALL（cr）；把數(shù)據(jù)存儲到EEPROM有效

*OOSP=ALL（cr）；把改變的數(shù)據(jù)存儲到EEPROM

（對PPT2的命令）

*00WE=RAM（cr）；寫使能