[0001] 本发明属于压力变送器技术领域，尤其涉及一种压力变送器及标定方法。

[0002] 变送器是一种能将工艺参数转换为电信号并将电信号输出的传感器，广泛应用于流程工业介质测量领域，例如在航海、石油、电力、化工、冶金、制药、轻工等行业中进行压力和液位测量。在航海领域中，船舶现场常需用到专业的船用变送器，但因在航线过程中，海水温度随地域与时间变化会产生较大的温度差异，同时海水水流速度变化幅度较快，水压强度差异较大，且海水带有一定腐蚀性，对于船用变速器的硬件要求以及测量精准度均有较高要求。在现有技术下，变送器检测模块与流体通道间常采用密封圈的结构来实现密封效果，保证内部检测模块元器件的正常使用，但在航海领域的流体检测中，常出现密封圈腐蚀、感压部件连接移位、高压环境下测量结果出现零点漂移等情况，同时测量流体温度变化较大，会引发零点热迟滞现象，对于检测精度会造成较大的误差。

[0026] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种压力变送器及标定方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

[0027] 第一实施例

[0028] 参看图1至图2，本实施例提供的压力变送器，包括感压部件3、PCBA信号传输板5、温度检测模块、壳体2与基座1。基座1包括连通的感压腔室与流体通道6，感压腔室内设有感压部件3，感压部件3侧向周部端面与感压腔室侧向周部端面固定连接，感压部件3与流体通道6接触端设有感压膜片4。温度监测模块封装于感压部件3内部，用于检测感压部件3温度。PCBA信号传输板5设于壳体2内且沿壳体2长度方向延伸，PCBA信号传输板5输入端与感压部件3输出端及温度检测模块输出端导通，用于采集感压部件3电信号并进行信号补偿修正处理。

[0029] 在本发明提供的压力变送器中，主要部件包括感应部件、PCBA信号传输板5、温度检测模块、壳体2与基座1五部分，其中壳体2与基座1限定出内部密封腔室，且基座1底部设有流体通道6以传输待测流体，基座1顶部设有感压腔室并用于放置感压部件3，感压部件3侧向周部端面与感压腔室侧向周部端面通过氩弧焊接方式实现固定连接并确保密封性，通过氩弧焊接方式实现感压部件3与基座1的连接，使得感压部件3整体稳定性更强，避免在测压过程中感压部件3受流体作用力下产生测量数据波动的情况，极大改善了测量数据的精准性，同时提升了测试量程，使得本发明提供的压力变送器最高可承受40Mpa强度的流体压力，此外本发明在感压部件3与基座1的连接中不再使用密封圈作为密封材料，使得本发明在极端测试环境下，如在航海领域中，避免温差变化及待测流体腐蚀性等环境因素对装置密封性产生影响，使得本发明具备更广泛的适用范围且可保证长期稳定的密封性能，同时在本发明提供的压力变送器中，PCBA信号传输板5与感压部件3均沿壳体2轴体方向延伸放置，使得本发明整体装置呈圆柱体，在航海等领域装备的过程中，通过圆柱体结构设计使得本发明可装配于狭窄环境中，具有更广泛的应用范围。

[0030] 感压部件3与流体通道6接触端设有感压膜片4，在流体通道6内流体作用力下，感压膜片4产生形变，其中感压部件3内设有MEMS感压芯片，MEMS感压芯片感受到流体压力并将压力输出成相应模拟电信号。感压部件3输出端与PCBA信号传输板5输入端连接，PCBA信号传输板5接收到感压部件3输出的模拟电信号后对信号进行处理，随后将信号通过传输接口输出为4‑20mA的电流信号或是基于RS‑485串行通信协议与主站及控制器进行信号通信。

[0031] 感压部件3内还封装有温度监测模块，用于检测感压部件3的实时温度，在流体压力测试过程中，感压部件3一端的感压膜片4与流体间接触会传递流体热量，即感压部件3温度会随流体温度而改变，在航海领域的测量中，流体温度随地理位置以及时间变化，会产生较大温差，对MEMS感压芯片敏感元件的尺寸结构以及电路元件均会产生影响，改变流体压力输出量，进而影响压力变送器的测试精度。通过温度监测模块设置可用于检测MEMS感压芯片的温度，并将温度数据传输至PCBA信号传输板5，通过主控芯片设置的温度补偿方案输出校正后的流体压力值，进而降低环境温度改变对于压力变送器测试精度的影响。

[0032] 优选的，基座1顶部设有第一外螺纹8，壳体2底部设有与第一外螺纹8匹配的内螺纹实现壳体2与基座1的螺纹连接，且第一外螺纹8的端部设有第一密封圈保证连接的密封性。同理，基座1底部设有第二外螺纹9，用于螺纹连接外部传压设备，且第二外螺纹9端部设有第二密封圈保证与外部传压设备间的连接密封性。

[0033] 优选的，壳体2顶部设有电气接口7，其中选用赫斯曼接头作为PCBA信号传输板5与外部设备间的连接元件，PCBA信号传输板5输出端设有导线与赫斯曼接头输入端连接，当PCBA信号传输板5中信号调理电路完成对信号的数据处理及温度补偿后，通过导线将信号传输至赫斯曼接头再输出为4‑20mA的电流信号或是基于RS‑485串行通信协议与主站及控制器进行信号通信。

[0034] 优选的，壳体2内壁面设有固定架，通过螺钉与固定架实现将PCBA信号传输板5固定于壳体2内侧，配合感压部件3与基座1的固定连接，保证内部电器元件与连接线路的稳定性，进一步提升本发明的测量精准度。

[0035] 优选的，PCBA信号传输板5中设有信号调理电路，其中信号调理电路主控芯片采用NSA2860芯片，NSA2860芯片具备16位或24位的信号处理能力，放大增益范围在0到128PGA之间。当NSA2860芯片接收到MEMS感压芯片输出至PCBA信号传输板5的模拟电信号后，NSA2860主控芯片对采集到的模拟电信号进行放大、滤波与线性化等处理，以增强信号的质量和幅度，并确保信号的稳定性，将经调理后的模拟电信号通过模数转换器转变为数字电信号，随后基于温度监测模块输出的MEMS感压芯片温度值与温度补偿算法对该数字电信号进行温度补偿修正，以修正MEMS感压芯片与PCBA信号传输板5的温度变化及输入压力值变化对测量结果产生的误差，保证测量数据的精准性，最后PCBA信号传输板5将温度补偿后的数字信号输出至外部主站或控制器以实现设备通信、数据传输或操作控制。

[0036] 第二实施例

[0037] 参看图3，基于上述实施例，本发明还提供了压力变送器标定方法，应用于上述的压力变送器，其中，所述压力变送器标定方式包括如下步骤：

[0038] S1：在标定温度下分别调整电流输出为标定电流数值，依次记录标定电流数值在标定温度下分别对应的第一压力码值，将第一压力码值与对应标定电流数值录入至微控制器中；

[0039] S2：在标定温度下分别调整输入压力为标定压力数值，并依次记录标定压力数值在标定温度下分别对应的第二压力码值；

[0040] S3：对标定温度、标定压力数值与第二压力码值数据进行线性拟合得到修正函数，并将修正函数录入至微控制器中；

[0041] S4：将第二压力码值对照第一压力码值并输出相应电流数值。

[0042] 本发明提供的一种压力变送器标定方式，其中标定温度至少包括‑20℃、20℃与60℃，标定电流数值至少包括4mA、8mA、12mA、16mA、20mA，分别在不同标定温度条件下限定PCBA信号传输板5输出电流为标定电流数值，再通过测试软件得到在不同标定温度下，不同的标定电流数值对应的压力码值，其中压力码值、标定电流数值及标定温度三者之间存在对应关系，通过线性拟合可得到电流‑码值函数，代表在不同温度条件下，NSA2860主控芯片输出的压力码值数据与输出电流值之间线性关系，将电流‑码值函数录入至NSA2860芯片中，使得NSA2860芯片最终输出的电流结果可消除PCBA信号传输板5在温度影响下的误差，通过校准压力码值与输出电流值间对应关系，提高压力变送器输出电流信号的精准性。

[0043] 标定温度下，输出电流数值与压力码值对应数据如表1所示：

[0044] 表1

[0045]

[0046] 同理在不同标定温度下，基于MEMS感压芯片测试量程，对感压部件3一侧的感压膜片4施加作用力，在0至满量程作用力数值范围内，作用力以MEMS感压芯片测试量程10％的力度数值逐渐增加，记录NSA2860主控芯片输出的压力码值数据，即测得在单组标定温度下不同输入压力值与输出的压力码值间对应的测试数据，将标定温度下的输入压力值与输出压力码值数据通过线性拟合方式可得到压力‑码值函数，用于表示在标定温度下输入压力值与输出压力码值间对应关系。

[0047] 以20℃为例，输入压力值与输出压力码值对应数据如表2所示：

[0048] 表2

[0049]

[0050] 将标定温度、MEMS感压芯片输入压力值与NSA2860主控芯片输出压力码值三者数据进行线性拟合，得到不同输入压力值与不同温度条件下的对应关系，其中输入压力值以MEMS感压芯片测试量程10％的压力数值作间隔设置，即共设有的以温度为变量以压力码值为输出量的11条温度‑码值函数，并将所述温度‑码值函数录入NSA2860芯片。

[0051] 以MEMS感压芯片量程的0、50％与100％作为输入压力值为例，在标定温度下，压力码值数据如表3所示：

[0052] 表3

[0053]

[0054] 在本发明提供的压力变送器测量过程中，通过MEMS感压芯片接收流体作用力，并通过MEMS感压芯片测试量程确认流体作用力压力区间，即可将压力值带入压力‑码值函数确认输入压力区间内的相邻两条温度‑码值函数，再通过最小二乘法将所述两条温度‑码值函数进行拟合得到与输入压力值对应的最终温度‑码值函数，带入温度检测模块输出的温度数值即可计算得到准确的输出压力码值，最终将该输出压力码值再带入电流‑码值函数中得到输出电流值。通过本发明提供的压力变送器标定方法，实现对于不同温度与不同流体作用力条件下MEMS感压芯片与PCBA信号传输板5的信号误差校准，使得本发明提供的压力变送器不受温度与流体作用力变化影响，检测结果更为精准稳定，压力变送器输出精度可保持于0.05％FS以内，年漂移量可保持在0.10％FS以内。

[0055] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。