差壓傳感器簡介

差壓傳感器是一種廣泛應用于工程、工業(yè)和科學領域的傳感器，用于測量兩個壓力之間的差異。

其工作原理基于壓強與壓力的關系。

差壓傳感器圖

差壓傳感器通常由兩個與被測介質相連的輸入通道組成，分別測量被測介質中的兩個不同位置的壓力。這兩個通道可以是分隔的，也可以是通過一個薄膜或管道連接在一起。

當被測介質中的壓力不同，這兩個通道中的壓力也會有所不同。差壓傳感器會測量這兩個通道中的壓力差異，并將其轉換成相應的電信號輸出。

常用的差壓傳感器有基于壓電效應的壓電式傳感器和基于電阻效應的電阻式傳感器。

壓電式差壓傳感器利用壓電材料的特性，當被測介質施加壓力時，壓電材料會產生電荷。這個電荷信號經(jīng)過放大和轉換后，可以作為差壓傳感器的輸出信號。

電阻式差壓傳感器則是利用電阻的變化來測量差壓。其中一種常見的電阻式差壓傳感器是基于金屬薄膜的結構。當被測介質施加壓力時，金屬薄膜會發(fā)生變形，進而改變電阻值。

通過測量電阻值的變化，可以得到差壓傳感器的輸出信號。差壓傳感器通常具有高精度、快速響應和較寬的測量范圍。它們可以廣泛應用于氣體、液體和固體的壓力差測量，如氣象氣壓測量、液位測量、風速測量等。

在低溫行業(yè)，差壓傳感器可以被用作儲罐內液位檢測，如右圖，在罐底部引出一個導氣管到傳感器的液相，再在頂部引一根管子到氣相，根據(jù)壓強公式:

p=ρgh，Δp = Pa-Pb= Δhρg,

這樣根據(jù)密度就可以算出H高度了，或者折算成對應的毫米水柱。

以X廠家產品為例，內部使用的電路是電阻橋式電路，其輸出電壓范圍是60-160mv,對應量程為0-20Kpa,每個帕斯卡對應5μV。

接線圖如下:

接線圖

這里我們使用24位 ADC SSP1220對電壓數(shù)據(jù)進行采集，再折算成為對應的液位。

SSP1220簡介

SSP1220是矽朋微電子研發(fā)設計的一款精密24位模數(shù)轉換器，具備以下特點:

1.兩個差分輸入或四個單端輸入；

2.一個低噪聲可編程增益放大器 (PGA)；

3.兩個可編程激勵電流源；

4.一個電壓基準，一個振蕩器；

5.一個低側開關和一個精密溫度傳感器。

SSP1220能夠以高達2k SPS 采樣數(shù)據(jù)速率執(zhí)行轉換，并且能夠在單周期內穩(wěn)定。針對噪聲環(huán)境中的工業(yè)應用，當采樣頻率為20SPS時，數(shù)字濾波器可同時提供50Hz和60Hz抑制。

內部PGA提供高達128V/V的增益。使得SSP1220非常適用于小型傳感器信號測量 應用，例如電阻式溫度檢測器(RTD)、熱電偶、熱敏電阻和阻性橋式傳感器。 SSP1220在使用 PGA 時支持測量偽差分或全差分信號,也可以配置為禁用內部PGA，在禁用 PGA 后的占空比模式下運行功耗可低至120μA。

SSP1220薄型小外形尺寸(TSSOP)-16封裝，額定工作溫度范圍為-40°C至+125°C。

SSP1220引腳圖

SSP1220通過SPI與控制器通信，控制器為主模式，芯片為從模式,只能工作在模式1，即CPOL配置為0，CPHA配置為1（不支持其他模式）。

在SPI模式1下，SCLK在空閑狀態(tài)下保持低電平并且數(shù)據(jù)僅在SCLK上升沿進行傳輸或更改；主器件和從器件在SCLK下降沿鎖存或讀取數(shù)據(jù)。其SPI時序要求如下圖：

串行接口時序要求圖

參考電路設計

1.供電系統(tǒng)，輸入電壓3.6-5.5V,這里采用LDO直接降壓到3V,參考電壓為外置2.5V.

供電系統(tǒng)圖

2.SSP1220采樣電路

SSP1220采樣圖

接線圖

V+接到上橋臂B+;

V-接到下橋臂B-;

S+接到差分輸入高端；

S-接到差分輸入低端；

3.單片機和485電路，我們將數(shù)據(jù)轉成485輸出

485電路圖

4.實際測試數(shù)據(jù)

經(jīng)過實際測試

為了達到最佳精度，我們使用20SPS最低速率采樣，可以看到在100μV的位置上有10μV左右的波動，實際已經(jīng)能達到精度要求。