小量程压力变送器是一种新开发的高性能价格比、耐腐蚀、耐用的小量程压力变送器品种，具有广阔的应用前景。但在大规模生产和应用中，变送器仍存在非线性大、温度影响大、过载能力差等不足。鉴于上述影响，近年来，为了提高合格率和质量，扩大应用范围，不断利用新材料、新工艺、新结构改进主传感器和硬件补偿电路，但尚未取得根本性突破。利用微处理器实现变送器的智能功能已成为一种发展趋势。利用单片机技术，不仅可以解决许多压力变送器本身及其生产过程中无法或难以解决的问题，而且可以通过微处理器和存储器中的各种应用程序完成各种智能功能，提高产品性能，扩大应用范围，方便用户检测。因此，实现小量程厚膜压力变送器的智能化，可以纠正变送器的误差，大弥补变送器的性能缺陷。
1.传感器的原理和特点
小量程厚膜压力变送器采用厚膜应变电阻和陶瓷弹性的厚膜应变电阻和陶瓷弹性材料，瓷弹性体直接接触测量介质，测量压力转换为应变值，印刷烧结的厚膜应变电阻将应变值转换为电信号输出，工艺如图1所示。
(1)新型弹性膜片材料和结构的设计。
由于形状尺寸较大，小范围厚膜压力传感器芯片的输出特性受陶瓷弹性膜质量的影响较大。薄膜的厚度、平整度和一致性与传感器输出灵敏度、线性和稳定性等参数直接相关。例如，薄膜的不均匀和翘曲变形严重影响了传感器的线性和稳定性。范围越小，影响就越明显。因此，设计和选择的弹性薄膜需要应力小、厚度均匀、强度高、平整、成本低。从而证明了传感器芯片的输出性能、过载能力、线性和可靠性，但由于当前材料和工艺水平的限制，弹性薄膜材料和结构的改进仍有一定的限制
（2）采用先进的印刷和烧结工艺。采用自动印刷技术，研究厚膜应变电阻和导浆的厚度和控制工艺，解决印刷不均匀引起的电阻值和电阻灵敏度GF厚膜应变电阻值和电阻温度系数的不一致性TCR提高了一致性和稳定性，便于利用计算机软件技术对厚膜应变电阻进行大规模生产技术研究，利用先进的厚膜隧道炉进行大规模厚膜应变电阻烧结，通过烧结加热、冷却速度、峰值温度和烧结保温时间，找到最佳的烧结工艺和温度曲线，解决了陶瓷基板与应变电阻热膨胀系数不匹配的问题，提高了产品的性能。
（3）应变分析。传感器的陶瓷弹性敏感元件通常承受10001左右的应变，以确保正常的输出性能和过载能力。由于膜厚度的限制，压力范围不能太低。由于使用智能信号处理电路，可以可靠稳定地处理小弱信号，降低应力，选择陶瓷弹性体承受应变500设计压力范围，无需追求高信号输出，确保变送器可靠，提高过载能力，解决陶瓷厚膜压力变送器过载能力低于其他类型压力变送器的问题
2.智能信号处理
(1)电路设计。ADuC824是片内资源丰富、功耗低的单片机。ADC、DAC单片机高度集成，其核心仍然是MCS-51核心。内部集成了高分辩率的两种方式ADC,主通道接收传感器信号，具有缓冲能力，可编程为8个输入范围，电压在士20mV~±2.56V之间，即使输出较小的传感器信号也可以直接进入，无需进行前级放大ADC在此过程中，它克服了厚膜压力传感器因过载能力提高而降低灵敏度的缺陷。辅助通道用于接收辅助信号的输入计中使用片内温度传感器检测温度信号。ADC采用ΣΔ转换技术分辨率高，定量噪声低，转换速度快，抗扰性强。数模转换器适用于高性能AD421由于串行输入了16位数字信号，AD421不仅可进行D/A转换也可以完成V/变换，获得直流4~20mA电流输出信号完成了低成本的智能信号转换。AD421内部有一个电压调节器供三种输出电压，5V、 3.3V和 3V,有选择地为电路中的其他部件提供电源。液晶显示电路选择输入串行数据LCD该模块具有功耗低、工作电压范围广的特点。二线串行接口与单片机连接，可显示电流信号、压力信号或报警信号等运行状态。此外，电路设计围绕低功率赫本和高可靠性的特点设计的。电路设计原理如图2所示
（2）实现软件功能。软件设计是实现智能功能的基础和关键。它可以解决非智能变送器难以解决的问题，灵活方便，易于不断更新。软件设计C语言是主要工具，采用模块化、自上而下的程序设计方法，对小量程厚膜压力变送器进行智能软件处理。变送器的温度补偿是通过多段折线接近法实现的。由于厚膜传感器芯片的大规模生产工艺研究，传感器的输出和温度特性具有良好的重复性，有利于这种方法的补偿。在补偿温度性能时需要使用它ADuC824片内温度传感器测试传感器本身的输出温度(U-t)特性,存于ADuC在824程序存储器中，辅助ADC在ADC采样开始后，可通过片内温度传感器采样到当前温度值，将温度值与U—t与特性相比，通过多段线性插入法获得当前温度下的输出，然后通过单片机进行修正和处理，可以达到温度补偿的目的。非线性补偿类似于温度补偿，也采用多段折叠接近法。单片机根据测量的多组变送器测量的校准数据确定非线性函数，然后进行刻度转换，输出值为被测输入值，与输入呈现良好的线性关系，实现了非线性线性自动校正过程。样品软件补偿前后的线性度和温度性能比较见表1。自诊断可以获取、分析和解决变送器运行中产生的各种故障信号。变送器设计了一个简单的自诊断子系统，设置了超过变送器正常工作的零点和满程输出，并设置了3个上下报警点.8mADC和21mADC。还设置了A/D液晶显示器以故障代码的形式显示故障诊断，以确保变送器前端工作的可靠性。
3.抗干扰设计
随着电子、电器和控制技术的快速发展，干扰现象，特别是电磁干扰因素，严重影响了变送器的可靠性、稳定性和安全性。因此，在智能变送器的开发过程中，抑制干扰变得越来越重要
3.1干扰源
变送器的干扰包括变送器本身的干扰和变送器外部的干扰。变送器内部主要是部件之间的噪声干扰、部件之间的寄生耦合干扰和接地干扰；变送器外部干扰主要是电源干扰、开关干扰和射频干扰，通过耦合介质进入电路
3.2抗干扰措施
抑制变送器干扰的基本方法是削弱和减少噪声信号的能量，破坏干扰路径，提高线路本身的抗干扰能力。智能变送器不仅具有获取信息的功能，而且具有信息处理功能。它可以自动、准确地从噪声中提取有用的信息，也可以通过滤波器过滤噪声，或通过相关技术和平均技术消除噪声干扰。由于传感器信中的小量程厚膜智能压力变送器特别严重，主要采取以下措施进行抑制。
(1)采用性能稳定、集成度高的低功耗元件，保证电路简洁可靠，防止过多连接点引入干扰。
（2）使用过滤器抑制，过滤器由模拟过滤器和软件实现的数字过滤器组成。除了程序中的数字过滤信号外，变送器输出端的电容器、电感器和二极管形成一个反极性保护和抗干扰电路，电感器两端与信号线串联，改善电容器的过滤效果，瞬态抑制二极管TVS如图3所示，发挥防雷电和高压作用。
（3）通过将所有数字连接到所有模拟连接，最终将模拟和数字连接到一个小接地，可以更好地抑制地线干扰。在电路板设计中，考虑减少电流通过电路导线形成的差异辐射的环面积，特别是数字电路的环面积，减少高频信号的外部辐射和耦合，增加去耦电容，去除高频噪声，抑制各种干扰信号，提高稳定性和可靠性。
4.封装技术研究
小量程智能厚膜压力变送器的包装主要是指陶瓷敏感芯片的包装技术。由于芯片薄，面积大，需要密封可靠，应力分布均匀。这种应力是一种非常不稳定的应力。随着时间的推移，应逐渐释放包装应力产生的变形，使变送器输出发生不规则变化，影响传感器的稳定性。因此，在包装变送器时，尽量采取结构措施消除或减少安装应力对变送器稳定性和精度的影响。陶瓷敏感芯片是周围固体支架的圆形膜片。包装时，芯体由两个压板和两个压板组成O橡胶圈和螺栓密封并与液压系统连接。由于小量程厚膜智能压力变送器的形状选择了工业现场的一般标准形状，其传感器部件的外壳体积较大，压力感应膜远离安装应力，安装应力对传感器的影响较小。此外，采用双槽和双密封圈的密封形式，使小量程压力膜分布均匀，零位偏差小。
5.结束语
小量程厚膜智能压力变送器是一种新型的小量程智能压力变送器，具有耐腐蚀、耐磨、温度范围广的特点，弹性膜不需要硅油隔离，也可以测量小量程粘度介质，智能实现，使变送器非线性误差，滞后补偿，与同类压力变送器相比，成本低、性能优良、应用范围广、竞争力强，变送器的主要技术指标为：压力范围为2~20kPa;输出信号为直流4~20mA;温度漂移为0.01%F.S/C(-40~ 85C);精确度0.1%~0.2%。