【应用】基于SM9541微压力传感器的气体变送器气体压力检测方案，具备温补功能

时间： 2016-06-08 来源：世强作者：一棵松

技术问答

摘要

在防护行业或者工业行业的产品检测中，要求对微小压力进行准确的检测。而现在的测量方式也比较多样化，精度也是各不相同。本文介绍一种基于SM9541 微压力传感器设计的气体变送器，该变送器硬件由SM9541压力传感器模块、供电电源模块、MCU电路模块、4-20mA输出接口等组成。

前言

智能压力变送器是一种高精度、智能型的压力参数现场检仪表，在工业的测量控制过程中应用极其广泛。人们可以用它来测量各种介质在液体、气体与蒸汽的压力与差压，如果在变送器上配上温度传感器与一次节流装置(孔板,阿牛巴等)还可以测量流体的流量参数。通过智能压力变送器的二次转换部件,就可以将被测参数转换成4~20mA的标准电压信号,完成信号传递功能。作为显示仪表、运算器和调节器输入信号，以实现生产过程的连续检测和自动控制。

智能压力变送器可用在电力行业、化工行业、石化行业、食品行业、造纸行业、钢铁冶金行业的自动化控制系统中。

在目前市场的压力变送器种类繁多，功能强大。但是在温度漂移、小量程方面有很大的缺陷，本文基于SMI的压力传感器设计了一款具备温补功能的气体微压变送器。

设计原理

压力变送器的前端是压力传感器，它通过特定的晶元结构可以感应到微小压力的变化，同时压力变化转换为电信号，然后通过模/数转换为数字量信号,送入单片机中,通过单片机的程序运行,将压力信号转换成4-20标准的直流电流信号接口。

SM9541系列为硅微结构OEM压力传感器，结合了先进的COMS数字信号处理技术及最先进的压力传感器加工技术生产的具有放大、充分校准、多阶压力修正和温度补偿双SOP封装的高性能压力传感器。因为SM9541压力传感器输出接口是I2C数字信号或者模拟信号，所以在压力传感器与MCU接口方面可以2种方案来选择。

图1：气体微压变送器组成框图

电路设计
1）供电电路设计

在工业仪表中通常采用工频220V交流电压，然后220V降压至24V，然后通过高频滤波电路，再经过24V稳压至5V，经过专用的LDO芯片，达到理想的电压。

在本方案中，我们采用了集成的变压器来降压，然后通过RN5RT33AATR芯片降至3.3V。

供电电路设计

2）MCU处理器设计

在本方案中，我们选用了性价比较高的瑞萨单片机作为MCU，其型号为R5F101AG。主控制器主要完成了与SM9541的驱动与通信、数据分析与处理。

MCU处理器设计

3）SM9541压力传感器电路设计

SM9541压力传感器基于SMI高稳定性安装在陶瓷基板上的压阻式压力芯片，一个可编程ASIC逻辑器件提供了校准和温度补偿。

SM9541具有放大、校准和温度补偿功能，支持数字温度和校准压力可通过I2C接口，并且输出电压与输入电压成比例。非常优异的多阶压力、温度非线性修正，具备多级满量程温度系数和零点温度系数校准。

在本方案中，采用是I2C数字接口，如下图。

I2C数字接口

4）程序设计
在软件设计方面，主要对I2C功能配置与初始化，SM9541压力传感器配置与初始化，读取数据采用中值滤波算法进行处理，然后通过4-20ma电路输出。

结论
在当前的自动控制工况条件下，对智能压力变送器的方案也是多样化，同时每个方案受到的干扰情况不经相同。但是本文的方案所应用的SM9541压力传感器，自身采用温度补偿和非线性处理，特别适合微小压力的测量。不易受到震动等工况环境的影响。本文就是应用SM9541压力传感器在气体压力检测方案一个实例子。

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目录- Company Introduction Optoelectronics Discrete Components Optoelectronics Standard Assemblies Optoelectronics hybrid Components Surface Mount and Chip Carrier OEM Pressure Sensors High-Reliability JAN Isolators/ COTS Fiber Optics VLEDs Steering Torque and Position Sensors Level Sensing Products Pressure Transducers and Transmitters Flush Mounting & Abrasive Media Submersible Transducers and Transmitters Flowmeters Temperature Instrumentation Calibration Services

型号- OP604ESA-B1,OP604ESA-B2,OP803TX,PB-AIVAC-0001-C-G,OP224,OPB930W51Z,OMH3019,3C91CTX,OPB700ALZ,P170SP1,OMH3131,OP223TX,OPB871P51TX,P270,OPB970N51,OPR5011,OMH304,2N2222AUBTXV,43LF,HCC242,SX-4431,OPB847TXV,OPB872N51TX,SX-4432,OP803SL,OPB872T55TX,HCC240,SX-4433,GPB-AIVAC-005-D-G,P160KNPD,OPI1264B,OPI1264A,OPI1264C,OPF372A,OMH307,OPB871P51TXV,OP235TX,OPB870N51TXV,2N2222AUATXV,A,OPB971N51,B,OPV332,C,D,SX-4300,E,PB-AIVAC-0001-B-G,4N49UTX,SX-4428,SX-4429,OPB870P11TX,OPB390L11Z,OPB811W55Z,5711,OPI150,OPB810W51Z,5713,OPB983T51Z,OP224TX,OPB870L11TXV,OPR5910T,OP535B,OPB848TX,P170SPD,PB-AIVAC-001-A-G,OPB815WZ,PSXX-2,OPB872L55TXV,SX-4413,OPF2412,SX-4414,PSXX-1,SX-4417,OPB871T51TXV,OP236TX,2N5794UTXV,OPB870N11,OPB872T11TXV,OPL550,OPI1268,OMH3150B,OPI1266,OPB350W062Z,SX-4487,PB-AIVAC-0001-A-G,OPB930W55Z,OPB848TXV,OPB885Z,OMH3040S,OPB870T11TXV,OPB704WZ,OPB871N55TXV,PB-AIVAC-005-E-G,OPR5011T,5611,5613,OMH3040B,OPB847TX,SX-4475,SX-4476,SX-4473,OP505A,SX-4474,SX-4479,OPB872T11TX,OPB100-SZ,PB-AIVAC-001-B-G,OP805SL,OMH3075S,OP132,OPB365T55,3C92CTX,OPB872T55TXV,OPB990T51Z,OPB701ALZ,OPB730F,OPB350,OPB810L51,OMH3075B,OPB872L55TX,OP804TX,OPB200,2N6989UTX,SX-440,OPB870P55TX,2N5794U,OPB871L51TXV,P170N2,OPB822SD,OVS5MGBCR4,OPB961N51,OMH3150,EN12-HS,OP604ESA-C2,OP604ESA-C3,PSXXM,PSXXL,EN16-H,PB-AIVAC-001-C-G,OP232,4N48UTX,OP233,EN16-V,OPF370A,5401,PB-AIVAC-002-A-G,OMH3020,5403,OP805TX,4N23(A)(U),OPB821TXV,OPB872P51TX,OPB980L55Z,OP804TXV,OP224S,OPB825,OPB704,OPI110C,OPB982P51Z,OP181,OPB870P55TXV,OPB832W55Z,OPB871T55TX,OPB711,OP603TX,OP265FAB,5311,2N2222AUB,2N2222AUA,OP604TXV,OPB870N11TX,3371,OPB990P51Z,7601,7603,OPI150TX,OPB870T51TXV,OP234W,OP603TXV,OPB804,OVSRRGBCC3TM,OPB829DZ,OPB961T51,OPB992T51Z,OVQ12S30W7,P120PK,OPB872N55TX,P170NP1,OP550A,OPB821TX,EN11-HSM,OPB720B-30VZ,OPR2100HST,OP602TX,OMH090S,OPB818,OPB829CZ,EN11-HSB,P140KH,OPB700TX,OMH090B,HCC242TXV,OPB821S5Z,OPV310Y,OPB745,6671,6673,5101,OPB620,5103,P160KN/KN2,HCT7000MTXV,OPB625,SX-4404,PS45G,OPB627,OPB890P51Z,OPB733TR,OH090U,GPB-AIVAC-002-D-G,OPB831W55Z,OPB983P51Z,OPB970N11,4N24(A)(U),OPB870N55TX,OPB871P55TXV,HCC240TXV,OPB910W55Z,OPL530,OPV314,OPB100Z,OPB872P55TXV,3N261TX,OPB870P51TX,EN11-VSM,OPB755TZ,OPI120TXV,OPB871L51TX,OPR5925,OPB390P11Z,OPB870P11TXV,2N5794UTX,OPB610,OP604TX,OP803TXV,OPB730,4N22(A)(U),2N4854UTX,OPI123,2N6989UTXV,OPI125,OPR5915,OPI126,OPI127,OPR5910,OPR5911,OPV314Y,OPR5913,OPI120,OP906,OPB820S10,4N24UTXV,3N262TX,2N6987URXV,OPB870T55TX,OPB608B,OPB980T55Z,OPB608A,OPB608V,OPB870L11TX,OPB871T51TX,2N2222AUATX,2N4854UTXV,PB-AIVAC-0004-E-G,6121,6124,6126,OPB911W55Z,OPB706A,OPB872N55TXV,PB-AIVAC-003-D-G,4N47UTXV,OPB870L51TXV,OPB870N11TXV,OPB718Z,OPB872T51TXV,OP223TXV,4N22U,OP593A,OPB830W55Z,OPB815L,OPB871L55TXV,6373,22,23,P090S,7221,25,7223,4N22UTX,3N263TX,P090L,OPB870N51TX,6371,OVSARGB4R8,OPB390T51Z,OPB680-20,OPB872P51TXV,4N47U,7216,6127,OPL800TX,OP166A,2N2222AUBTX,PB-AIVAC-0004-D-G,OPB903W55Z,6143,OPB871N51TXV,OP913WSL,OPB840W11Z,PB-AIVAC-003-E-G,OPB716Z,OPB872P55TX,OPB732WZ,4N48U,OP235TXV,OP240B,OP240A,4N24U,6138,3C92CTXV,6153,44,6273,9301,7483,45,OP245A,7486,3C91CTXV,9303,GPB-AIVAC-010-D-G,OP232W,P09XS,OPB870T11TX,OPB891T51Z,7481,P09XN,4N23UTXV,OPB870L55TX,4N49U,OVS5MBBCR4,OP245B,OPR5500,OPB912W55Z,OPI120TX,PB-AIVAC-0004-C-G,6163,OPB460N11,OPB840L11,2N2907AUBTX,2N5796UTX,P170NPD,4N48UTXV,OP805TXV,OP233W,OPB880P51Z,OPR2100,OMH3019S,OPR2101,62,OPB830W11Z,2N4854U,64,66,67,68,7386,OPB390T55Z,OP133W,OPB350W125Z,OP266W,OPB828D,OPR2100HS,OMH3019B,6173,7383,OPB870N55TXV,OPB816Z,HCT802TXV,OPB871L55TX,OPB870T55TXV,72,OPF482,OPB872L51TXV,6186,7274,78,7276,OPB380P55Z,OPB933W51Z,PB-AIVAC-0004-B-G,OPB840W55Z,OP602TXV,OPR2100T,OPB871T55TXV,OPB871N51TX,82,83,84,OPB100-EZ,OPB870T51TX,7286,OHB3040,7288,SX-4289,4N47UTX,4N24UTX,3N243TX,OPB913W55Z,OPI150TXV,2N5796U,OP224ESA-B2,OPB973N51,OP224ESA-B1,OP980,7284,OP224ESA-B3,OMH3020S,EN12-VS,OPB991L51Z,4N49UTXV,PB-AIVAC-005-C-G,OPB720B-12Z,93,8146,OHB3040B,OPB871P55TX,OMH3020B,PB-AIVAC-0004-A-G,8148,OPB880T51Z,PB-AIVAC-001-D-G,4N22UTXV,OP224ESA-C1,OP802WSL,OPB872T51TX,OP224ESA-C3,OP224ESA-C2,PB-AIVAC-010-A-G,OPB800W51Z,2N2907AUBTXV,OHB3040S,PB-AIVAC-002-B-G,OPB990T55Z,OPB710F,OP800A,OPB940W51Z,HCT802TX,8156,OPR5200,8154,OPL800TXV,SX-4388,P110KV/KVI,OP506B,OP506A,HCC240TX,3N244TX,8152,4N48(A)(U),P08XS,OPB943W51Z,8151,OVSRRGBCC3,P08XN,OPB700TXV,2N2907AUATXV,2N5796UTXV,OP291A,GPB-AIVAC-010-E-G,OPB800L55,PB-AIVAC-005-B-G,OPB871N51,SX-4491,OPB840W51Z,OPB811L55,4N49(A)(U),PS60G,P170S,OPR2800V,OPB870L51TX,PB-AIVAC-001-E-G,OPR2800T,2N2907AUATX,P170N,OP950,PS100-2,OMH3150S,PS100-1,OP604S,PB-AIVAC-003-A-G,P170S2,P09X5N,PB-AIVAC-002-C-G,OPB901W55Z,OP580DA,OPB842W51Z,2N6987UTX,OPB990L51Z,PB-AIVAC-0001-E-G,3N245TX,OPB857Z,P160KNP,OPB822S,2N2907AUA,PB-AIVAC-005-A-G,2N6987U,OP236TXV,OPB870P51TXV,2N2907AUB,OP140A,P230,OPB870L55TXV,OPB941W51Z,4N47(A)(U),OVS5MRBCR4,P261P,PB-AIVAC-010-C-G,P140KH1,PB-AIVAC-003-B-G,OP298A,OPI125TXV,OPB350L062,OPB872N51TXV,OPB871N55TX,OP225TXV,OPF522,P260T,OPB872L51TX,PB-AIVAC-0001-D-G,OPB900W55Z,P260S,P260P,89/90,OPB350W250Z

选型指南 - TT ELECTRONICS - 2022/1/6 PDF 英文下载

呼吸机项目中，压力传感器SM9542和压力传感器SM9541的区别有哪些？

压力传感器SM9542和压力传感器SM9541是一个系列，但是压力传感器sm9541是数字I2C输出，压力传感器SM9542是模拟输出。其他参数均是相同的。

技术问答发布时间 : 2017-05-04

TE提供多款压力传感器用于变电站中监测气体压力变化，更好地保障设备的安全使用

TE Connectivity压力传感器MS5803在GIS的SF6检测中得到了广泛的使用，其具有压力和温度检测功能，是监测气体压力的理想解决方案。该MEMS压力传感器芯片具有凝胶保护功能，耐用可靠，同时具备低功耗、高性能、尺寸紧凑等特点，是该设备测量压力和温度的关键器件。

原厂动态发布时间 : 2023-08-01

SMI SM9541压力传感器数据手册

型号- SM9541-060C-S-B-3-S*,SM9541-040C-D-C-3-S,SM9541-140C-S-C-3-S,SM9541-010C-D-C-3-S,SM9541-100C-D-C-3-S,SM9541-010C-S-C-3-S,SM9541,SM9541-140C-D-C-3-S,SM9541-100C-D-C-5-S,SM9541-020C-D-C-3-S,SM9541-020C-S-C-3-S,SM9541-040C-S-C-3-S,SM9541-100C-S-B-3-S*,SM9541-100C-S-C-3-S

数据手册 - SMI - 2017年02月28日 PDF 英文下载

Amphenol Sensors(安费诺)/Nova Sensor 压力传感器及敏感元件选型指南

目录- P1300低压硅压力传感器芯片 P1302低压硅压力传感器芯片 P111中压硅压力传感器芯片 P883（5~15000 PSI）硅压力传感器芯片 P1602硅压力传感器芯片 P122 高压硅压力传感器芯片 NPC-100系列一次性医疗压力传感器 NPC-1210系列低压系列固态压力传感器 NPC-1220系列中压传感器 NPH系列固态压力传感器(中低压) NPI-12卫生型压力传感器、不锈钢介质隔离压力传感器 NPI-15VC系列电压激励、高压、介质隔离压力传感器 NPI-15系列电流激励高压、介质隔离压力传感器 NPI-19系列电压激励、中压、介质隔离压力传感器 NPI-19系列电流激励、中压、介质隔离压力传感器 NPI-19低压不锈钢介质隔离压力传感器 NPP-301系列贴片封装压力传感器 NPA贴片式压力传感器 NPR-101系列复杂介质压力传感器 Modus T系列微差压力传感器压力变送器IPT1000/2000系列

型号- NPP-301B-700AT,IPT1000,51243,51245,51003,51244,NPP-301A-100AT,51005,51367,51004,51007,51006,51009,NPI-19X-YYYZZ,51008,51407,51406,NPI-15X-YYYZZ,51409,51408,NPP-301A-200A,NPH-XYYY-ZZ,51010,51012,51254,51011,51253,51013,NPA-300,NPR-101,51137,NPA-700,NPH系列,NPP-301B-200A,NPI-12,NPI-19X-XXXXV,P1602,NPI-15,NPP-301B-200AT,NPI-19,NPA100,NPI-15X-XXXXX,51142,MODUS T,51421,NPI-15X-XXXXXX,51304,51303,NPI-15C-C00903,NPP-301B-700A,51391,NPC-1210XXXX-YZ,51151,51393,51392,51395,NPI-19A-031GH,T10,51394,51031,51397,51399,51313,51433,51314,NPC-100T,51317,51318,NPP-301A-100A,P1302,NPC-100,P1300,51041,51283,NPI-19A-021GH,51282,T20,51045,51322,51046,51445,51324,51444,51323,51326,51325,51328,51327,51329,NPI-19A-002GV,NPI-15VC,NPP-301A-200AT,IPT2000,T30,NPC-1220XXXX-YZ,51298,51331,NPA-500,51330,51333,51299,51332,51335,51334,NPI-19X-XXXXXV,51337,51336,51339,51338,NPP-301B-100A,NPP-301B-100AT,NPA,T系列,P122,P883,NPH,NPI-19A-C01841,NPI-19A-C01840,NPP-301A-700A,T40,51340,NPP-301,51342,51187,51341,NPI-12-101GH,NPI-1,NPC-1220,NPP-301A-700AT,P111,51076,NPC-1210,51114

选型指南 - AMPHENOL SENSORS - 2018年1月 PDF 中文下载