CN114184233B - 一种智能传感器模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，公开一种智能传感器模块及其控制方法。该智能传感器模块通过不同量程差压传感器的组合解决了现有技术中量程范围与测量精度之间的矛盾，同时，采用堆叠设计集成了多种传感器，减小了集成多种传感器所需的体积。一种智能传感器模块的控制方法，能够根据实测压差的大小选择不同量程级别的压差传感器的监测结果，实现扩大迁移比的同时提高测量精度。

Description

一种智能传感器模块及其控制方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种智能传感器模块及其控制方法。

背景技术

多参量传感器(变送器)是一种集差压、压力、温度变送器为一体的新型传感器。多参量传感器可以接受多种信号输入，并统一输出4-20mA的标准信号或其他标准信号，可用于测量压差、压力、温度等,能够替代原来的智能差压变送器、压力变送器、温度变送器等独立仪器。

现有技术中，差压传感器(变送器)产品,因材料及技术限制，单一产品测量范围有限，目前行业量程迁移比最大为400:1，且精度误差随着量程比的扩大而增大。这就造成了一组矛盾，即大量程的差压传感器测量小压差时精度差，不能达到使用要求(0.05％F.S.-0.5％F.S.)；小量程的差压传感器测量大压差时量程不够。例如，现有量程为0-40Kpa的A传感器与量程为0-6Kpa的B传感器(按照全量程1‰的误差计算)，用A传感器和B传感器分别测量6Kpa的压力，则A的测量误差为400pa，B的测量误差为6pa，相差100倍。但用A传感器时,低于6kPa精度无法提高；用B传感器时,因量程有限，无法测量高于6kPa 的压力值。

为解决矛盾，现有技术往往采用组合使用A传感器和B传感器的技术方案，但该方案明显增加了设计和使用成本，组合过程中管阀连接件增多，需要的空间加大，维护数量加倍，采购及备货成本也明显升高。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种智能传感器模块及其控制方法，扩大智能传感器模块的迁移比，解决上述矛盾。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种智能传感器模块，包括：

杯座，杯座包括至少两个传感器腔，传感器腔分层堆叠设置，每个传感器腔内均设有相同或不同类别的传感器；

差压传感器组件，差压传感器组件位于一个传感器腔内，差压传感器组件包括控制板、至少两个量程级别和至少两个差压传感器，差压传感器的个数与量程级别的个数对应相等，差压传感器的量程上限与量程级别的量程上限对应相等；相邻两个量程级别的量程上限相差不大于10倍，最大量程级别的量程上限和最小量程级别的量程上限相差不大于100倍；控制板被配置为能够选择一个差压传感器的输出值并输出。

作为一种智能传感器模块的可选方案，还包括压力传感器组件，包括表压传感器和/或绝对压力传感器，表压传感器用于监测介质的绝对压力与大气压力的差值，绝对压力传感器用于监测介质的绝对压力，压力传感器组件和差压传感器组件分设在不同的传感器腔内。

作为一种智能传感器模块的可选方案，还包括温度传感器组件，温度传感器组件用于监测传感器腔的温度。

作为一种智能传感器模块的可选方案，杯座包括膜片座、第一杯座基底、第二杯座基底和第三杯座基底，第一杯座基底、第二杯座基底和第三杯座基底依次分层堆叠，第三杯座基底远离第二杯座基底的一端与膜片座连接，第一杯座基底和第二杯座基底之间形成第一传感器腔，第二杯座基底和第三杯座基底之间形成第二传感器腔，第一传感器腔和第二传感器腔均通过第一介质管路与膜片座的高压输入端连通。

作为一种智能传感器模块的可选方案，第一传感器腔和第二传感器腔之间通过第一介质管路相互连通。

作为一种智能传感器模块的可选方案，第一传感器腔或第二传感器腔通过第二介质管路与膜片座的低压输入端连通。

作为一种智能传感器模块的可选方案，第一介质管路设有阻尼装置，用于减缓动压。

一种智能传感器模块的控制方法，基于以上任一方案所述的智能传感器模块，包括如下步骤：

S10、多个差压传感器同时监测输入值；

S20、按照如下公式，

将输入值与多个差压传感器的量程上限分别做商，再乘以100％后，得到多个相对比值；

S30、多个相对比值中最接近100％且不大于100％的相对比值为最优值；

S40、控制板选择最优值对应的差压传感器的输出值为最终输出值，并输出。

作为一种智能传感器模块的控制方法的可选方案，得到相对比值后包括如下步骤：

当多个相对比值中的最大值不大于0.05％时，控制板的最终输出值为零；

当多个相对比值中的最大值大于0.05％时，多个相对比值中最接近100％且不大于100％的相对比值为最优值。

作为一种智能传感器模块的控制方法的可选方案，得到相对比值后还包括如下步骤：

若多个相对比值均大于100％且多个相对比值中的最小值不大于120％，则多个相对比值中的最小值为最优值；

若多个相对比值均大于100％且多个相对比值中的最小值大于120％时，则发出过载警报。

本发明的有益效果为：

本发明一种智能传感器模块及其控制方法，该智能传感器模块包括：杯座和差压传感器组件，杯座用于承载多种传感器组件，杯座包括至少两个传感器腔，传感器腔分层堆叠设置，每个传感器腔内均设有相同或不同类别的传感器，以减小集成多种传感器所需的体积。

差压传感器组件位于一个传感器腔内。差压传感器组件包括控制板、至少两个量程级别和至少两个差压传感器，差压传感器的个数与量程级别的个数对应相等，差压传感器的量程上限与量程级别的量程上限对应相等。将不同量程级别的压差传感器进行组合，拓展了智能传感器模块的压差量程范围，扩大了压差传感器的迁移比。相邻两个量程级别的量程上限相差不大于10倍，最大量程级别的量程上限和最小量程级别的量程上限相差不大于100倍，防止频繁触发小量程压差传感器的量程保护，造成疲劳损坏。控制板被配置为能够选择一个差压传感器的输出值并输出。该智能传感器模块通过不同量程差压传感器的组合解决了现有技术中量程范围与测量精度之间的矛盾，同时，采用堆叠设计集成了多种传感器，减小了集成多种传感器所需的体积。

一种智能传感器模块的控制方法，能够根据实测压差的大小选择不同量程级别的压差传感器的监测结果，实现扩大迁移比的同时提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的智能传感器模块的正视图；

图2是智能传感器模块A-A方向的剖视图；

图3是本发明具体实施方式提供的智能传感器模块的左视图；

图4是智能传感器模块B-B方向的剖视图。

图中：

1、杯座；11、传感器腔；111、第一传感器腔；112、第二传感器腔；12、膜片座；121、高压输入端；122、低压输入端；13、第一杯座基底；14、第二杯座基底；15、第三杯座基底；16、阻尼装置；

2、差压传感器组件；21、差压传感器；22、控制板；

3、压力传感器组件；

4、温度传感器组件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明具体实施方式提供的智能传感器模块的正视图，图2是智能传感器模块A-A方向的剖视图；参照图1和图2，本实施方式提供一种智能传感器模块，该装置包括杯座1和差压传感器组件2。

杯座1包括至少两个传感器腔11，传感器腔11分层堆叠设置，每个传感器腔11内均设有相同或不同类别的传感器，以减小集成多种传感器所需的体积。

具体地，参照图2，在本实施例中，以杯座1包括两个传感器腔11为例进行说明。两个传感器腔11分别命名为第一传感器腔111和第二传感器腔112。除第一传感器腔111和第二传感器腔112外，杯座1还包括膜片座12、第一杯座基底13、第二杯座基底14和第三杯座基底15。第一杯座基底13、第二杯座基底14和第三杯座基底15依次分层堆叠，第三杯座基底15远离第二杯座基底 14的一端与膜片座12连接，第一杯座基底13和第二杯座基底14之间形成第一传感器腔111，第二杯座基底14和第三杯座基底15之间形成第二传感器腔112。

第一传感器腔111和第二传感器腔112均通过第一介质管路与膜片座12的高压输入端121连通。第一传感器腔111或第二传感器腔112通过第二介质管路与膜片座12的低压输入端122连通。在本实施例中，优选为第一传感器腔111 通过第二介质管路与膜片座12的低压输入端122连通。如此设置使得第一传感器腔111能够用于容纳差压传感器组件2，使差压传感器组件2的两端能够连通膜片座12的高压输入端121和低压输入端122，从而实现压差监测功能。

作为一种优选的技术方案，于其他实施例中，第一传感器腔111和第二传感器腔112之间通过第一介质管路相互连通，优化第一介质管路路径，有助于缩小智能传感器模块的体积。

作为另一种优选的技术方案，于其他实施例中，位于膜片座12和第三杯座基底15之间的第一介质管路上设有阻尼装置16，用于减缓第一介质管路中的动压。

进一步具体地，参照图3和图4，在本实施例中，差压传感器组件2位于一个传感器腔11内，优选地，差压传感器组件2位于第一传感器腔111内。

继续参照图4，差压传感器组件2包括控制板22、至少两个量程级别和至少两个差压传感器21，差压传感器21的个数与量程级别的个数对应相等，差压传感器21的量程上限与量程级别的量程上限对应相等。将不同量程级别的压差传感器21进行组合，拓展了智能传感器模块的压差量程范围，扩大了压差传感器21的迁移比。控制板22被配置为能够选择一个差压传感器21的输出值并输出。

针对扩大了迁移比的有益效果，在此示例性地进行说明。通常在传感器的实际使用中，由于测量要求或测量条件的变化，需要改变仪表的量程，量程的变化则称为量程迁移。

以0-6Kpa量程的压差传感器21为为例，当需要测量的压差范围为0-60pa 时，量程61p-6Kpa段为冗余段，所以需要对0-6Kpa量程的压差传感器21进行量程迁移。将把量程上限按比例调整为60pa后，本次量程迁移的迁移比即为100： 1(6000/60)。受设计和制造精度的影响，通常传感器的量程迁移不是任意调整的，存在一个量程迁移比上限，目前已知行业内的最高迁移比为400:1。

在本实施例中，若差压传感器组件2包括两个量程级别和两个差压传感器 21，两个量程级别分别为6Kpa和40Kpa,两个差压传感器21的量程分别为0-6Kpa 和0-40Kpa。

集成前，量程为0-6Kpa的压差传感器21能够通过量程迁移把量程上限按比例调整为60pa，迁移比为100:1。

将量程分别为0-6Kpa和0-40Kpa的两个差压传感器21集成后，因为智能传感器模块总的量程范围扩大至了0-40Kpa，但因为集成了上述0-6Kpa的压差传感器21，所以智能传感器模块仍能够通过量程迁移把量程上限按比例调整为 60pa，此时智能传感器模块总的迁移比约为650：1[(40/6)*100]。

若差压传感器组件2包括三个量程级别和三个差压传感器21，三个量程级别分别为6Kpa、40Kpa和250Kpa,三个差压传感器21的量程分别为0-6Kpa、 0-40Kpa和0-250Kpa，仍通过量程迁移把量程上限按比例调整为60pa，此时智能传感器模块总的迁移比约为4200:1{[(40/6)*(250/40)*100]}。

示例性地指出一种特殊的组合方式，若差压传感器组件2包括两个量程相同的差压传感器21，例如两个量程级别均为6Kpa，则该组合方式具有与上述实施方案不同的有益效果。该组合方式将两个两个量程相同的差压传感器21组合，实现差压传感器21的冗余备份，当监测同一输入量两个差压传感器21的输出结果差异较大时，智能传感器模块发出精度超差提醒，此时需要对两个差压传感器21重新校正，以保证输出结果的稳定可靠。

需要说明的是，相邻两个量程级别的量程上限相差不大于10倍，最大量程级别的量程上限和最小量程级别的量程上限相差不大于100倍，防止频繁触发小量程压差传感器21的量程保护，造成疲劳损坏。该智能传感器模块通过不同量程差压传感器21的组合解决了现有技术中量程范围与测量精度之间的矛盾，同时，采用堆叠设计集成了多种传感器，减小了集成多种传感器所需的体积。

作为一种优选的技术方案，继续参照图4，智能传感器模块还包括压力传感器组件3，压力传感器组件3包括表压传感器和/或绝对压力传感器，表压传感器用于监测介质的绝对压力与大气压力的差值，绝对压力传感器用于监测介质的绝对压力，压力传感器组件3设置在第二传感器腔112内。

进一步优选地，继续参照图4，智能传感器模块还包括温度传感器组件4，温度传感器组件4用于监测传感器腔11的温度。因为温度对多种参数的监测精度有影响，所以温度传感器为智能传感器模块提供实时温度数据，能够使智能传感器模块通过预设的算法对其他参数的监测精度进行补偿，从而使智能传感器模块能够在复杂或极端环境下保证高精度输出。

本发明具体实施方式还提供一种智能传感器模块的控制方法，基于以上任意一个方案所述的智能传感器模块，包括如下步骤：

S10、多个差压传感器21同时监测输入值；

S20、按照如下公式，输入值/差压传感器21的量程上限×100％，将输入值与多个差压传感器21的量程上限分别做商，再乘以100％后，得到多个相对比值；

S30、当多个相对比值中的最大值不大于0.05％时，控制板22的最终输出值为零；

当多个相对比值中的最大值大于0.05％时，多个相对比值中最接近100％且不大于100％的相对比值为最优值；

若多个相对比值均大于100％且多个相对比值中的最小值不大于120％，则多个相对比值中的最小值为最优值；

若多个相对比值均大于100％且多个相对比值中的最小值大于120％时，则发出过载警报。

S40、控制板22选择最优值对应的差压传感器21的输出值为最终输出值，并输出。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (7)

1.一种智能传感器模块，其特征在于，包括：

杯座（1），所述杯座（1）包括至少两个传感器腔（11），所述传感器腔（11）分层堆叠设置，每个所述传感器腔（11）内均设有相同或不同类别的传感器；

差压传感器组件（2），所述差压传感器组件（2）位于一个所述传感器腔（11）内，所述差压传感器组件（2）包括控制板（22）、至少两个量程级别不同的差压传感器（21），所述差压传感器（21）的个数与所述量程级别的个数对应相等，所述差压传感器（21）的量程上限与所述量程级别的量程上限对应相等；相邻两个量程级别的量程上限相差不大于10倍，最大量程级别的量程上限和最小量程级别的量程上限相差不大于100倍；所述控制板（22）被配置为能够选择一个所述差压传感器（21）的输出值并输出；

所述杯座（1）包括膜片座（12）、第一杯座基底（13）、第二杯座基底（14）和第三杯座基底（15），所述第一杯座基底（13）、所述第二杯座基底（14）和所述第三杯座基底（15）依次分层堆叠，所述第三杯座基底（15）远离所述第二杯座基底（14）的一端与所述膜片座（12）连接，所述第一杯座基底（13）和所述第二杯座基底（14）之间形成第一传感器腔（111），所述第二杯座基底（14）和所述第三杯座基底（15）之间形成第二传感器腔（112），所述第一传感器腔（111）和第二传感器腔（112）均通过第一介质管路与所述膜片座（12）的高压输入端（121）连通；

所述第一传感器腔（111）和所述第二传感器腔（112）之间通过所述第一介质管路相互连通；

所述第一传感器腔（111）或所述第二传感器腔（112）通过第二介质管路与所述膜片座（12）的低压输入端（122）连通。

2.根据权利要求1所述的智能传感器模块，其特征在于，还包括压力传感器组件（3），所述压力传感器组件（3）包括表压传感器和/或绝对压力传感器，所述表压传感器用于监测介质的绝对压力与大气压力的差值，所述绝对压力传感器用于监测介质的绝对压力，所述压力传感器组件（3）和所述差压传感器组件（2）分设在不同的所述传感器腔（11）内。

3.根据权利要求1所述的智能传感器模块，其特征在于，还包括温度传感器组件（4），所述温度传感器组件（4）用于监测所述传感器腔（11）的温度。

4.根据权利要求1所述的智能传感器模块，其特征在于，所述第一介质管路设有阻尼装置（16），用于减缓动压。

5.一种智能传感器模块的控制方法，基于如权利要求1-4任意一项所述的智能传感器模块，其特征在于，包括如下步骤：

S10、多个所述差压传感器（21）同时监测输入值；

S20、按照如下公式，

，将所述输入值与多个所述差压传感器（21）的量程上限分别做商，再乘以100%后，得到多个相对比值；

S30、多个所述相对比值中最接近100%且不大于100%的所述相对比值为最优值；

S40、所述控制板（22）选择所述最优值对应的所述差压传感器（21）的输出值为最终输出值，并输出。

6.根据权利要求5所述的智能传感器模块的控制方法，其特征在于，得到相对比值后包括如下步骤：

当多个所述相对比值中的最大值不大于0.05%时，所述控制板（22）的最终输出值为零；

当多个所述相对比值中的最大值大于0.05%时，多个所述相对比值中最接近100%且不大于100%的所述相对比值为最优值。

7.根据权利要求6所述的智能传感器模块的控制方法，其特征在于，得到相对比值后还包括如下步骤：

若多个所述相对比值均大于100%且多个所述相对比值中的最小值不大于120%，则多个所述相对比值中的最小值为最优值；

若多个所述相对比值均大于100%且多个所述相对比值中的最小值大于120%时，则发出过载警报。

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