今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權專利——一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器。該專利由特福?。ㄉ虾＃┛萍加邢薰旧暾?，并于2016年10月5日獲得授權公告。

內容說明

本發(fā)明涉及一種壓力變送器，具體是指一種具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器，應用于氣液聯(lián)動執(zhí)行器破管保護電子單元。

發(fā)明背景

氣液聯(lián)動執(zhí)行器是一種安裝在天然氣輸氣管線上的閥門驅動裝置，其工作原理是通過天然氣管線中的天然氣作為動力源驅動閥門。破管保護電子單元為氣液聯(lián)動執(zhí)行器的一個附件，其作用是實時監(jiān)測天然氣管線的壓力和壓降速率，如果天然氣管線出現(xiàn)異常，壓力或壓降速率超過設定值，則破管保護電子單元發(fā)出電信號，驅動氣液聯(lián)動執(zhí)行器打開或關閉閥門，保護管線。因此，破管保護電子單元的可靠性直接影響輸氣管道的安全，提升破管保護電子單元的可靠性成為各個執(zhí)行器廠家關注的重點。而壓力變送器是破管保護電子單元的信號傳遞的重要環(huán)節(jié)，其作用是將壓力傳感器輸出的mV信號轉換成較高的電流信號（4~20mA）、電壓信號（0~10V）或現(xiàn)場總線信號（ModBus、Profibus等）傳輸給遠方用戶。

但傳統(tǒng)的壓力變送器在氣液聯(lián)動執(zhí)行器破管保護電子單元上的應用上卻出現(xiàn)了很大的缺點，其表現(xiàn)在：功耗較高，普通壓力變送器為了實現(xiàn)傳輸距離遠的目的通常采用24VDC工作電壓，無論是電流信號、電壓信號或現(xiàn)場總線信號，其工作電流均在十幾毫安到一百毫安之間及功耗為0 .2W到2W。而破管保護電子單元大多為電池供電，要求破管保護電子單元的功耗盡量低。因此，普通壓力變送器很難達到低功耗的要求；無壓降速率計算，普通壓力變送器通常只變送壓力數(shù)據(jù)。而破管保護電子單元為了檢測天然氣管線是否正常，不僅需要壓力數(shù)據(jù)，而且也需要壓降速率數(shù)據(jù)。通常的做法是破管保護電子單元接收壓力變送器的數(shù)據(jù)，然后通過破管保護電子單元內部的CPU計算壓降速率。

該模式的缺點在于，電子單元CPU的數(shù)據(jù)處理負擔較重，很難處理多組壓力變送器的數(shù)據(jù)，因此電子單元基本采用單壓力傳感器模式。此外，壓力變送器數(shù)據(jù)轉換和傳輸?shù)臅r間不確定，壓降速率的精度很難保證。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點和不足，而提供一種帶有具有壓降速率檢測的低功耗壓力變送器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是包括以下模塊：電源模塊，用于給變送器工作提供電力；中央處理器，該中央處理器上集成設置有模數(shù)變換器和通用異步接收/發(fā)送裝置；RS485通訊模塊，該RS485通訊模塊與中央處理器的通用異步接收/發(fā)送裝置相互通信連接；所述的模數(shù)變換器用于接收壓力傳感器的mV信號并將其轉換成壓力數(shù)字信號提供給中央處理器，中央處理器根據(jù)壓力數(shù)字信號得出壓力值并計算出壓降速率值，并通過通用異步接收/發(fā)送裝置傳輸給RS485通訊模塊輸出。壓降速率的計算是通過ΔP/t來確定的，其中ΔP為壓力的變化值，t為變化時間。

進一步的，所述的中央處理器為超低功耗的嵌入式中央處理器，并設置用于記錄采樣周期指令的FLASH存儲器，所述的電源模塊上設置用于給壓力傳感器供電的第一電源輸出線路、以及用于給RS485通訊模塊供電的第二電源輸出線路、以及用于給中央處理器供電的第三電源輸出線路，所述的中央處理器內設置有周期計時器，該中央處理器根據(jù)FLASH存儲器的采樣周期指令以及周期計時器輸出用于控制電源模塊工作的低功耗控制信號。

本發(fā)明的優(yōu)點在于超低功耗及 壓力變送器可計算壓降速率。

由于在破管保護電子單元中壓力變送器的位置靠近電子單元控制器，其傳輸距離不超過50m，因此，壓力變送器的工作電壓可采用5VDC。為了減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的電流，壓力變送器采用3 .3V的RS485通信模式。由于破管保護電子單元并不需要實時傳輸數(shù)據(jù)，因此，壓力變送器可根據(jù)用戶需要定時采集壓力數(shù)據(jù)，而在非工作時間內，采用低功耗休眠模式降低能耗損失。因此，可將壓力傳感器數(shù)據(jù)采集時的功耗降低到15mW，而在低功耗休眠模式下，壓力變送器的功耗為2mW，基本不消耗電能。

由于破管保護電子單元需要通過天然氣管道的壓降速率值來保護管道，而普通壓力變送器無法輸出壓降速率值。為了解決這個問題。我們將壓降速率的計算移到了變送器端。這樣傳感器采集的壓力可立即通過壓力變送器計算出壓降速率，這樣可大大提高壓降速率的計算精度。而且，每個變送器都可以通過自己的CPU計算壓降速率，不常用電子單元的CPU資源，這樣就為一個電子單元控制器采集多組壓力變送器數(shù)據(jù)提供了可能?？煞奖愕慕M成壓力變送器網(wǎng)路。

終上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的壓力變送器不僅可以變送壓力值，還可以變送壓降速率值，這樣不僅提升壓降速率的精度，減輕破管保護電子單元的計算壓力。而且，還為破管保護電子單元采集多組壓力和壓降速率值提供了可能，因為，如果采集多組壓力和壓降速率值提高破管保護電子單元的穩(wěn)定性的同時還存在2個重大問題：多只傳感器和變送器的功耗會大大增加，這對于靠電池供電的破管保護電子單元是不允許的； 如果將多只壓力傳感器的數(shù)據(jù)放到電子單元內計算壓降速率，電子單元的計算量會大大增加，而且在變送器數(shù)據(jù)的傳輸過程中還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的損失和時間的不確定性。因此使其可靠性得不到保證。

本發(fā)明的壓力變送器為高穩(wěn)定性的破管保護電子單元（需要采集多組壓力和壓降速率值）提供了可能。