專利名稱：溫度校正壓力數據采集器及其測量熱網管道壓力的方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度校正壓力數據采集器及其測量熱網管道壓力的方法，屬于壓力數據采集技術領域。
背景技術：
壓力數據采集器主要應用在市政給水管網、供熱管網及燃氣管網等大型系統中， 它由壓力傳感器、放大器、A/D轉換器、顯示電路及復位電路等部位組成，在進行現場壓力測試的過程中，壓力傳感器、放大器、A/D轉換器及基準穩壓源都會由于受到溫度的影響，而造成很大的測量結果誤差。一般情況下壓力傳感器的溫漂在0. 01 % /°C 0. 03% /°C范圍內，放大器、A/D轉換器及基準穩壓源合成的溫漂在100ppm/°C左右。在哈爾濱地區的寒冷冬天，供熱管網的最高溫度可達120°C，管外溫度可達-10°C以下，在這種高溫差環境下，測供熱管網中的壓力時，如果沒有溫度校正，壓力傳感器將產生1 % 3%的誤差，放大器、A/ D轉換器及基準穩壓源的合成誤差將達到0. 35%;現有壓力數據采集器對壓力數據的測量， 均忽略了溫差造成的影響，而這種溫差很大的情況下，忽略溫度的影響測出的壓力數據是極不準確的，不能滿足科研及工程的要求，故需對壓力數據采集器進行溫度校正。
發明內容
本發明的目的是解決壓力數據采集器在進行現場壓力測量時忽略溫度影響使測量結果不準確的問題，提供一種溫度校正壓力數據采集器及其測量熱網管道壓力的方法。本發明所述溫度校正壓力數據采集器，它包括壓力傳感器、數據放大器、基準穩壓源、A/D轉換器、單片機、顯示電路、復位電路、非易失串行存儲器、串行通信接口和鋰電池及電壓轉換單元，它還包括第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，壓力傳感器用于測量管網管道內壓力，壓力傳感器的壓力信號輸出端連接數據放大器的壓力信號輸入端，數據放大器的壓力信號輸出端連接A/D轉換器的模擬信號輸入端，基準穩壓源用于調控A/D轉換器的輸出電壓，A/D轉換器的數字信號輸出端連接單片機的壓力數據信號輸入端，單片機的顯示信號輸出端連接顯示電路的顯示信號輸入端，單片機的復位信號輸入端連接復位電路的復位信號輸出端，單片機的存儲數據信號輸出端連接非易失串行存儲器的存儲數據信號輸入端，非易失串行存儲器的存儲數據信號輸出端連接單片機的存儲數據信號輸入端，單片機的數據傳輸接口與串行通信接口連接，鋰電池及電壓轉換單元為單片機提供工作電源，第一溫度傳感器用于采集壓力傳感器所處位置的水溫，第一溫度傳感器的水溫信號輸出端連接單片機的水溫信號輸入端，第二溫度傳感器用于采集所述壓力數據采集器內部的溫度，第二溫度傳感器的采集器溫度信號輸出端連接單片機的采集器溫度信號輸入端。本發明所述采用上述裝置測量熱網管道壓力的方法，通過鋼結構連接管機殼外側的外壁上的螺紋將機殼與待測壓力數據的管網管道相連接，使該管網管道內的水從鋼結構連接管的內孔流向溫度校正壓力數據采集器的殼體內；采用單片機對A/D轉換器輸入給單片機的壓力數據進行校正，獲得校正后的管網管道真實壓力P* :P 真=P 測+ AP^AP2,式中Pm為25°C的標準環境下A/D轉換器輸出的數字信號的壓力數據P 測=4095 X (VIN X G-0) / (VREF-O)，式中VIN為壓力傳感器的輸出電壓，G為數據放大器的增益，VREF為基準穩壓源的輸出電壓，式中數字0為OMPa時數據放大器的電壓輸出值和基準穩壓源的0點電壓，AP1為第一溫度傳感器的測量值T1改變時，獲得的第一修正值，AP1=Oi1(AT1Hb1)AT1,式中 和1^分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，AT1為第一溫度變化值，AT1 = T1HΔ P2為第二溫度傳感器的測量值T2改變時，獲得的第二修正值
Δ P2 = (a2 ( Δ T2) +b2) Δ T2，式中 和Id2分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，Δ T2為第二溫度變化值，AT2 = T2-25°C。本發明的優點是本發明在原有壓力數據采集器的基礎上增加了兩個溫度傳感器，通過兩個溫度傳感器分別采集壓力傳感器所處位置和壓力數據采集器內部的溫度值， 直接對現場直接測量的壓力數值進行校正，使壓力數據采集器的應用場合大大拓寬，不再受溫度影響的限制，克服了由于溫度影響造成的壓力數據采集器測量數據不準確的缺陷。本發明不僅可應用于市政供水管網，也可以應用于溫差變化很大的供熱管網；它在滿足實際工程測量的需要的同時，也滿足了測量精度要求較高的科學研究的要求。
圖1為本發明所述溫度校正壓力數據采集器的結構示意圖；圖2為溫度校正壓力數據采集器實施的安裝示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的溫度校正壓力數據采集器，它包括壓力傳感器1、數據放大器2、基準穩壓源3、A/D轉換器4、單片機5、 顯示電路6、復位電路7、非易失串行存儲器8、串行通信接口 9和鋰電池及電壓轉換單元 10，它還包括第一溫度傳感器11和第二溫度傳感器12，壓力傳感器1用于測量管網管道內壓力，壓力傳感器1的壓力信號輸出端連接數據放大器2的壓力信號輸入端，數據放大器2的壓力信號輸出端連接A/D轉換器4的模擬信號輸入端，基準穩壓源3用于調控A/D轉換器4的輸出電壓，A/D轉換器4的數字信號輸出端連接單片機5的壓力數據信號輸入端，單片機5的顯示信號輸出端連接顯示電路6的
5顯示信號輸入端，單片機5的復位信號輸入端連接復位電路7的復位信號輸出端，單片機5 的存儲數據信號輸出端連接非易失串行存儲器8的存儲數據信號輸入端，非易失串行存儲器8的存儲數據信號輸出端連接單片機5的存儲數據信號輸入端，單片機5的數據傳輸接口與串行通信接口 9連接，鋰電池及電壓轉換單元10為單片機5提供工作電源，第一溫度傳感器11用于采集壓力傳感器1所處位置的水溫，第一溫度傳感器11 的水溫信號輸出端連接單片機5的水溫信號輸入端，第二溫度傳感器12用于采集所述壓力數據采集器內部的溫度，第二溫度傳感器 12的采集器溫度信號輸出端連接單片機5的采集器溫度信號輸入端。
具體實施方式
二 本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述鋰電池及電壓轉換單元10為3. 6V鋰電池及電壓轉換單元。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式一或二的進一步說明，單片機5的型號為 MSP430F149。采用MSP430F149單片機作為壓力數據采集器的核心部件，可以充分利用 MSP430F149的超低功耗的性能和豐富的對外接口能力，可直接與壓力、溫度傳感器連接及進行系統的功耗控制。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式一至三的進一步說明，本實施方式還包括機殼和鋼結構連接管13，鋼結構連接管13的一端嵌入機殼，并與機殼固定連接，所述鋼結構連接管13位于機殼外側的外壁上帶有螺紋，壓力傳感器1位于機殼內，并且其壓力測量面覆蓋在鋼結構連接管13的內孔上，用于測量該內孔內的壓力，鋼結構連接管13位于機殼內側的外側壁上開有凹槽，第一溫度傳感器11通過導熱硅膠固定在該凹槽內，鋼結構連接管13的內孔與殼體內密閉，數據放大器2、基準穩壓源3、A/D轉換器4、單片機5、顯示電路6、復位電路7、非易失串行存儲器8、串行通信接口 9、鋰電池及電壓轉換單元10和第二溫度傳感器12均位于殼體內。
具體實施方式
五本實施方式為對實施方式一至四的進一步說明，所述結構連接管13的內孔直徑為2. 5mm。選取內孔直徑為2. 5mm的鋼結構連接管13，使該內孔直徑略大于第一溫度傳感器 11的尺寸，既可以滿足第一溫度傳感器11的尺寸要求，又可以在鋼結構連接管13的凹槽內充滿一定量的導熱硅膠。
具體實施方式
六下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式為基于實施方式一至五所述采用溫度校正壓力數據采集器測量熱網管道壓力的方法，通過鋼結構連接管13機殼外側的外壁上的螺紋將機殼與待測壓力數據的管網管道相連接，使該管網管道內的水從鋼結構連接管13的內孔流向溫度校正壓力數據采集器的殼體內；采用單片機5對A/D轉換器4輸入給單片機5的壓力數據進行校正，獲得校正后的管網管道真實壓力P P 真=P測+ AP1+Δ P2,式中Pm為25°C的標準環境下A/D轉換器4輸出的數字信號的壓力數據P 測=4095 X (VIN X G-0) / (VREF-O)，
式中VIN為壓力傳感器1的輸出電壓，G為數據放大器2的增益，VREF為基準穩壓源3的輸出電壓，式中數字0為OMPa時數據放大器2的電壓輸出值和基準穩壓源3的0點電壓，AP1為第一溫度傳感器11的測量值T1改變時，獲得的第一修正值，AP1=Oi1(AT1Hb1)AT1,式中 和1^分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，AT1為第一溫度變化值，AT1 = T1^S0C ；Δ P2為第二溫度傳感器12的測量值T2改變時，獲得的第二修正值
Δ P2 = (a2 ( Δ T2) +b2) Δ T2，式中 和Id2分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，Δ T2為第二溫度變化值，AT2 = T2-25°C。本實施方式中采用第一溫度傳感器11對壓力傳感器1的溫度進行校正，采用第二溫度傳感器12對數據放大器2、基準穩壓源3和A/D轉換器4的溫度進行校正。由于壓力傳感器1處于管網管道內的水溫度場中，與管道液體接觸，數據放大器 2、基準穩壓源3和A/D轉換器4處于管道外的空氣溫度環境中，兩區域的溫差較大，因此需要分別測量兩個溫度場的溫度，故兩個溫度傳感器的安裝位置非常重要。通過對溫度場的分析，將兩個溫度傳感器按照圖2所示位置安裝。第一溫度傳感器11實際要測量的是壓力傳感器1附近的表面溫度，由于鋼結構連接管13的高導熱系數，將第一溫度傳感器11設置于鋼結構連接管13的凹槽內，并在凹槽內充滿導熱硅膠，使第一溫度傳感器11測得的溫度即為壓力傳感器1的溫度。第二溫度傳感器12采集的為溫度校正壓力數據采集器自身形成的封閉的空間溫度，可將其直接設置于電路板上。采用兩溫度傳感器采集獲得的數據，即可實現對壓力數據的校正。第一溫度傳感器11和第二溫度傳感器12均可采用數字式溫度傳感器，以保證對測量精度無影響。壓力傳感器1的輸出電壓VIN，數據放大器2的增益G及基準穩壓源3的輸出電壓 VREF與溫度的關系均為采用二次曲線進行描述。壓力傳感器1的輸出電壓VIN SP3m和第一溫度傳感器11的測量值T1的函數，數據放大器2的增益G是第二溫度傳感器12的測量值T2的函數。
具體實施方式
七本實施方式為對實施方式六的進一步說明，單片機5的型號為 MSP430F149。采用MSP430F149單片機作為壓力數據采集器的核心部件，可以充分利用 MSP430F149的超低功耗的性能和豐富的對外接口能力，可直接與壓力、溫度傳感器連接及進行系統的功耗控制。本發明方法在實施時，可具體設定采樣時間，然后進行一系列的采樣并進行結果校正后，最后通過顯示電路6對最終壓力數據進行顯示。
權利要求
1.一種溫度校正壓力數據采集器，它包括壓力傳感器(1)、數據放大器O)、基準穩壓源(3)、A/D轉換器(4)、單片機(5)、顯示電路(6)、復位電路(7)、非易失串行存儲器(8)、 串行通信接口(9)和鋰電池及電壓轉換單元(10)，其特征在于它還包括第一溫度傳感器(11)和第二溫度傳感器(12)，壓力傳感器(1)用于測量管網管道內壓力，壓力傳感器(1)的壓力信號輸出端連接數據放大器O)的壓力信號輸入端，數據放大器O)的壓力信號輸出端連接A/D轉換器(4) 的模擬信號輸入端，基準穩壓源C3)用于調控A/D轉換器的輸出電壓，A/D轉換器(4) 的數字信號輸出端連接單片機(5)的壓力數據信號輸入端，單片機(5)的顯示信號輸出端連接顯示電路(6)的顯示信號輸入端，單片機(5)的復位信號輸入端連接復位電路(7)的復位信號輸出端，單片機(5)的存儲數據信號輸出端連接非易失串行存儲器(8)的存儲數據信號輸入端，非易失串行存儲器(8)的存儲數據信號輸出端連接單片機(5)的存儲數據信號輸入端，單片機(5)的數據傳輸接口與串行通信接口(9)連接， 鋰電池及電壓轉換單元(10)為單片機( 提供工作電源，第一溫度傳感器(11)用于采集壓力傳感器(1)所處位置的水溫，第一溫度傳感器(11) 的水溫信號輸出端連接單片機(5)的水溫信號輸入端，第二溫度傳感器(1 用于采集所述壓力數據采集器內部的溫度，第二溫度傳感器(12)的采集器溫度信號輸出端連接單片機(5)的采集器溫度信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的溫度校正壓力數據采集器，其特征在于所述鋰電池及電壓轉換單元(10)為3. 6V鋰電池及電壓轉換單元。
3.根據權利要求1或2所述的溫度校正壓力數據采集器，其特征在于單片機(5)的型號為 MSP430F149。
4.根據權利要求1所述的溫度校正壓力數據采集器，其特征在于它還包括機殼和鋼結構連接管(13)，鋼結構連接管(13)的一端嵌入機殼，并與機殼固定連接，所述鋼結構連接管(1 位于機殼外側的外壁上帶有螺紋，壓力傳感器(1)位于機殼內，并且其壓力測量面覆蓋在鋼結構連接管(13)的內孔上，用于測量該內孔內的壓力，鋼結構連接管(13)位于機殼內側的外側壁上開有凹槽，第一溫度傳感器(11)通過導熱硅膠固定在該凹槽內，鋼結構連接管(1 的內孔與殼體內密閉，數據放大器O)、基準穩壓源(3)、A/D轉換器、單片機(5)、顯示電路(6)、復位電路(7)、非易失串行存儲器(8)、串行通信接口(9)、鋰電池及電壓轉換單元(10)和第二溫度傳感器(1 均位于殼體內。
5.根據權利要求4所述的溫度校正壓力數據采集器，其特征在于所述結構連接管(13)的內孔直徑為2.5mm。
6.采用權利要求4所述溫度校正壓力數據采集器測量熱網管道壓力的方法，其特征在于通過鋼結構連接管(1 機殼外側的外壁上的螺紋將機殼與待測壓力數據的管網管道相連接，使該管網管道內的水從鋼結構連接管(13)的內孔流向溫度校正壓力數據采集器的殼體內；采用單片機( 對A/D轉換器(4)輸入給單片機(5)的壓力數據進行校正，獲得校正后的管網管道真實壓力P : P 真=P測+ δρ1+δρ2，式中25°C的標準環境下A/D轉換器(4)輸出的數字信號的壓力數據 Psj= 4095 X (VIN X G-0)/(VREF-O)，式中VIN為壓力傳感器(1)的輸出電壓，G為數據放大器⑵的增益，VREF為基準穩壓源⑶的輸出電壓，式中數字0為OMPa時數據放大器⑵的電壓輸出值和基準穩壓源(3) 的0點電壓，AP1為第一溫度傳感器(11)的測量值T1改變時，獲得的第一修正值， AP1 = (Ei1(AT1Hb1) Δ T1,式中％和Id1分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，AT1為第一溫度變化值， AT1 = T「25°C ；Δ P2為第二溫度傳感器(12)的測量值T2改變時，獲得的第二修正值 AP2 = ( (AT2)+b2) Δ T2,式中％和Id2分別為由實驗獲取的二次修正曲線的各項系數，AT2為第二溫度變化值， AT2 = T2-25°C。
7.根據權利要求6所述的采用溫度校正壓力數據采集器測量熱網管道壓力的方法，其特征在于單片機(5)的型號為MSP430F149。
全文摘要
溫度校正壓力數據采集器及其測量熱網管道壓力的方法，屬于壓力數據采集技術領域。它解決了壓力數據采集器在進行現場壓力測量時忽略溫度影響使測量結果不準確的問題。它由壓力傳感器、數據放大器、基準穩壓源、A/D轉換器、單片機、顯示電路、復位電路、非易失串行存儲器、串行通信接口、鋰電池及電壓轉換單元、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器；通過鋼結構連接管機殼外側的外壁上的螺紋將機殼與待測壓力數據的管網管道相連接，使管網管道內的水從鋼結構連接管的內孔流向溫度校正壓力數據采集器的殼體內；用單片機對A/D轉換器輸入給單片機的壓力數據進行校正，獲得校正后的管網管道真實壓力P真。本發明適用于熱網管道壓力的檢測。
文檔編號G01L9/00GK102305686SQ20111014287
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者張建利, 郝江文 申請人:哈爾濱工業大學