利用可变幅度传感器激励的过程测量系统技术方案

利用可变幅度传感器激励的过程测量系统包括：传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；和测量电路，将所述传感器信号转换成测量数据。控制电路控制所述传感器激励的幅度，以在所述传感器的整个操作比范围(operating?ratio?range)上使信号强度最大。这样提高了所述测量电路的分辨率和噪声抑制。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】利用可变幅度传感器激励的过程测量系统包括：传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；和测量电路，将所述传感器信号转换成测量数据。控制电路控制所述传感器激励的幅度，以在所述传感器的整个操作比范围(operating?ratio?range)上使信号强度最大。这样提高了所述测量电路的分辨率和噪声抑制。【专利说明】利用可变幅度传感器激励的过程测量系统
本专利技术涉及一种过程测量系统。具体地，本专利技术涉及将模拟传感器信号转换成数字测量数据的测量电路系统的分辨率提高和噪声抑制。
技术介绍
过程变送器是一种用于监测工业过程操作的设备。所述过程变送器包括传感器，所述传感器用感测元件响应已测量过程变量或者参数，并且将所述过程参数转换成标准化信号，所述标准化信号是所述已测量参数的函数。过程参数的示例包括压力、温度、流量、电导率和pH值。在Roger L.Frick 和 David A.Broden 的美国专利 N0.6，295，875 中描述了这样一种变送器。这种变送器电容式传感器，所述电容式传感器采用具有可偏转的感测膜片(deflectable sensing diaphragm)以及三个或更多电容器电极,所述电容器电极利用所述膜片形成分离的电容式感测元件。所述电容器元件中的两个是差分设置的基本感测电容器，使得所述基本感测电容器的电容与所述过程变量成反比变化。第三和第四电容器元件是补偿电容器，提供对与所述基本电容器相关联的偏移误差或滞后加以表示的信号。当将压力施加至所述膜片的一侧或者双侧，所述膜片偏转。通过测量与所述偏转相关的电容比的变化可以检测所述膜片的偏转。利用模数转换器将这个电容比转换为数字格式。在Roger L.Frick、Bennett L.Louwagie 和 Adrian C.Toy 的美国专利N0.5，637，802和N0.6，089，097中描述了另一种类型的变送器。这两个专利所述的变送器利用两个绝对压力传感器来测量压差以及两个绝对压力，在压差测量上具有较高分辨率。一种特别有利形式的模数转换器利用Σ -Λ (或Λ- Σ )调制器。在RogerL.Frick 和 John P.Schulte 的美国专利 N0.5, 083, 091、Michael Gaboury 的美国专利N0.6，140，952、Rongtai Wang 的美国专利 N0.6，509，746 和 Rongtaiffang 的美国专利N0.6，516，672中描述了 Σ -Δ调制器在变送器中的使用。在具有将Σ -Δ调制器用作电容-数字(CD)转换器的变送器中，激励电路给所述电容式传感器元件提供电荷包。基于这个电容元件的电容值给所述传感器元件充电。将所述电荷传递至所述Σ-Δ调制器的积分器/放大器以产生作为电容比的函数的一位二进制输出。所述CD调制器的基本功能是将所述电容比转换成PDM(脉冲密度调制)信号。对于利用Σ -Δ架构的⑶调制器，实际过程涉及将电荷比转换成PDM信号。在正常的操作条件下，由于所述电荷与所述电容成正比，因此所述电荷比等于所述电容比。
技术实现思路
过程测量系统包括:传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；测量电路，用于将所述传感器信号转换成测量数据；以及控制电路，将根据所述测量数据控制所述传感器信号的幅度，以便充分利用所述测量电路的动态范围。在另一个实施例中，过程和测量系统包括:传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；测量电路，用于将所述传感器信号转换成测量数据；以及控制电路，在传感器的整个操作范围上使所述传感器信号的信号强度最大。因此所述控制电路通过所述测量电路提高了分辨率和噪声抑制。在另一个实施例中，过程测量系统包括:传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；模数转换器，用于将所述传感器信号转换成测量数据；以及控制电路，用于根据来自所述模数转换器的信号控制所述传感器的激励幅度的函数。【专利附图】【附图说明】图1是开关电容器电荷积分器的简化电气示意图。图2是传感器电容级别对电容压差传感器的归一化压力的曲线。图3是脉冲密度调制(PDM)和控制电压对具有Σ -Δ模数转换的电容压差传感器的归一化压力的曲线。图4是示出了根据归一化压力的电容压差传感器的变幅激励VX的曲线，在零压差处具有最大激励。图5是利用传感器可变幅度激励的电容传感器系统的一个实施例的方框图。图6是利用传感器可变幅度激励的电容传感器系统的另一个实施例的方框图。【具体实施方式】在测量仪器中模数(A/D)电路的分辨率和噪声抑制受限于传感器信号强度。通常，当增加信号强度时会实现性能改善。本专利技术通过根据输入条件控制传感器激励的幅度来在传感器的整个操作范围上使信号强度最大。在下面的描述中，将在电容压差传感器的背景下讨论本专利技术的可变幅度传感器激励。然而，应当理解，本专利技术也适用于其他类型的传感器。由罗斯蒙德公司制造的电容压差传感器以利用开关电容器Σ -ΛΑ/D转换器的信号调节为特点。可以在本专利技术的
技术介绍
所描述的美国专利中找到这种类型信号调节的示例，所述全部专利均已转让给罗斯蒙德公司并且将其内容结合在此作为参考。在这些类型的Σ -ΛΑ/D转换器中的基础信号是从所述电容传感器得到的电荷包。基于开关电容器电荷积分器将从所述传感器得到的电荷包集成在Σ -Δ调制器中。在图1中示出了用在Σ -Δ调制器内的开关电容器电荷积分器的简化示意图。在这个简化示意图中，示出了单个传感器电容器。然而，对于利用Σ -Δ转换器的电容压力传感器，典型的是具有多个传感器和多个电容器。在图1中示出的开关电容器电荷积分器10包括感测电容器CS、开关SWla、Sfflb,SW2a和SW2b、积分电容器Cl以及运算放大器(opamp)12。开关SWla连接在直流电压VP和电容器CS之间。开关SW2a连接在直流电压VN和电容器CS之间。开关SWlb连接在电容器CS和opampl2的非反相(正)输入16之间，还连接至地14。开关SW2b连接在电容器CS和opampl2的反相(负)输入18之间。电容器Cl连接在输出20和opampl2的反相输入18之间。输出电压Vo出现在opampl2的输出20处。来自传感器电容器Cs的电荷包的处理发生在两个阶段。在第一阶段期间，开关Sffla和SWlb是接通的(并且开关SW2a和SW2b是关断的)，这样给传感器电容器Cs充电:Qsi = Cs* VP在第二阶段期间，开关SW2a和SW2b是接通的(并且开关SWla和SWlb是关断的)，这样给传感器电容器Cs充电:Qs2 = CS*VNVP和VN是固定的直流电压，所述电压给传感器Cs设置激励电压Vx的电平。电荷的净变化是(Qs1-Qs2) = Cs*(VP-VN) = CS*VX，其中Vx = VP-VN。将这个电荷传递至所述积分电容器Cp所述opamp的输出电压的变化量为:AV0 = Y^CsZC1在这类系统的设计中，重要的是将opampl2的输出电压Vo限制在所述放大器的极限中:0 < V0 < VDD,其中OV和VDD是opamp 12的供电轨(supply rails)。如果不这样做，opampl2将不能维持上述的电荷关系并且所述Σ _ △ A/D转换器的操作将会受到损害。系统设计者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程测量系统，包括：传感器，用于根据过程参数产生传感器信号；测量电路，用于将所述传感器信号转换成测量数据；以及控制电路，用于根据所述测量数据控制所述传感器信号的幅度，以便充分利用所述测量电路的动态范围。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·保罗·舒尔特，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：实用新型
国别省市：