基于PGA309实现的高精度压力变送器

论文摘要

对于广泛应用于压力测量的硅压阻式传感器,由于所用的半导体材料的固有特性,普遍存在着温度漂移和非线性等问题。在使用时都要经过输出信号的补偿与校正过程,补偿与校正技术直接决定着它的使用价值。另外,在许多场合压力传感器安装在测试点附近,接收装置远距离控制,所以要求信号传输线数量少、损耗小、抗干扰能力强。采用二线制电流传送方式可使电源和信号的传递使用同一对线完成,可较好地克服长距离传送使电压下降及来自电机、开关及其它工业设备的噪声对变送器的影响。本论文在充分研究传统补偿技术的基础上,采用智能化的模拟—数字混合信号调理技术,以TI公司生产的调理芯片PGA309为核心,设计开发出了高精度压力变送器。该变送器由硬件和软件两部分组成,主要解决了硅压阻式传感器的温度漂移和非线性等问题,使其输出精度达到了0.2%以内。论文中给出了误差补偿的总体方案、信号调理电路的设计技术和PGA309补偿软件的设计与实现。硬件方面,根据总体方案设计了以信号调理芯片PGA309为核心的补偿电路和以XTR115为核心的4-20mA电流转换电路。软件方面,采用VC++开发的PGA309误差补偿软件可以在任何Windows操作系统上运行。通过PC的串行接口实现了计算机与PGA309、EEPROM的通讯;数据处理过程基本实现了PGA309补偿过程的自动化;操作的人机界面简单、友好。该变送器经硬件、软件调试后,通过测试,运行稳定、可靠。对测定数据进行误差分析后,它的功能和性能指标达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究情况及发展趋势
• 1.3 课题的研究内容
• 1.4 课题的主要工作
• 1.4.1 方案确定
• 1.4.2 硬件设计与实现
• 1.4.3 软件设计与实现
• 1.4.4 试验设计与实现
• 1.5 课题的特点
• 第二章 压阻式传感器
• 2.1 传感器的定义与作用
• 2.2 传感器的静态特性
• 2.3 压阻式传感器的基本原理
• 2.4 压阻式传感器的特点
• 2.5 压阻式传感器的校正与补偿
• 2.5.1 校正方法
• 2.5.2 压阻式传感器的温度漂移
• 2.5.3 压阻式传感器的温度补偿
• 2.6 扩散硅压力传感器的温度漂移补偿方法
• 2.6.1 温度漂移硬件补偿
• 2.6.2 温度漂移软件补偿
• 第三章 PGA309组成及原理
• 3.1 PGA309的特征及概述
• 3.2 PGA309引脚功能
• 3.3 功能模块
• 3.3.1 增益定标模块
• 3.3.2 电压基准
• 3.3.3 温度测量模块
• 3.3.4 故障检测模块
• 3.3.5 激励及线性化模块
• 3.3.6 数字接口模块
• 3.3.7 上电和正常工作
• 3.4 PGA309补偿算法
• 3.4.1 主要公式
• 3.4.2 基于正交多项式的最小二乘法拟合
• 3.4.3 压力传感器数学模型
• 3.4.4 压力非线性校正
• 3.4.5 温度补偿
• 3.4.6 EEPROM的内容以及温度查询表校正
• 第四章 硬件设计
• 4.1 变送器框图设计
• 4.2 电源电路设计
• 4.3 PGA309与EEPROM的接口电路设计
• 4.4 串口通信电路设计
• 4.5 二线性电流环转换电路设计
• 4.5.1 XTR115性能
• 4.5.2 PGA309与XTR115的接口电路
• 4.6 测温模块
• 4.6.1 PGA309与测温模块的接口电路设计
• 4.6.2 电阻模拟二极管测温的方法
• 第五章 软件的设计与实现
• 5.1 PC对PGA309及EEROM的操作
• 5.1.1 单线访问PGA309
• 5.1.2 单线访问EEROM
• 5.2 PAG309补偿实现
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 测试内容
• 6.2 测试结果
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢
• 附录A 几个典型子程序
• 附录B 压力变送器的原理图和PCB图