通用型矿用本安压力变送器的研制

发布时间:2021-03-16     浏览次数:
摘要:压力变送器主要用于压力信号的测量和变换处理。在煤矿井下的压力变送器通常用来测量支架压力、锚杆(索)应力、矿井水压等,不同应用场合的压力变送器不能够相互替换,即不具有通用性。针对这一问题,我们提出一种通用的矿用本安压力变送器的解决办法,该变送器输出200-1000赫兹频率信号,通过选择接线、拨码设置即可将其应用于不同的测量场合。
       压力变送器”是煤矿安全生产过程中最重要的基础自动化设备之一,主要完成压力信号的测量和变换处理。在众多的矿用监测监控系统科技项目中,由于各个生产厂家的需求不同,在应用压力变送器进行系统关联时,出现了压力变送器型号多、通用性差的问题。为了解决现有矿用本安压力变送器通.用性差的问题,提出了研制一种通用性强的矿用本安压力变送器。此外,矿用压力变送器用量较大,市.场前景非常广阔。
1技术研制
1.1通用性需求分析
       矿用本安压力变送器是能够满足煤矿井下使用的,可以将压力探头输出的毫伏级电压信号或0~5V电压信号经过处理后,变换成能够实现远距离传输的信号制式。通常的信号制式有:4~20mA电流.信号、200~1000Hz频率信号及总线信号等。
       为了实现矿用本安型压力变送器的通用性,需要完成的功能有以下几点:①为了达到监测不同数据的硬件要求,需要增加输入接口,以适应不同信号的输入,可对毫伏级信号及0~5V电压信号进行处理。②需要增设拨码开关,配合自主编制的多套监测程序,软硬件结合实现同一检测设备,可以对支架压力、锚索应力、水压、水位等数据进行监测及数据处理。③需要增设JTAG接口,实现单片机的ISP在线编程,更好地增强了设备的通用性。④需要实现0~10MPa量程数据显示,误差0.1MPa;200~1000Hz频率输出,误差不大于1Hz。通过调整程序也可达到0~60MPa量程。⑤关键器件尽量采用表贴封装,以缩小变送器外形尺寸,节省空间。
1.2工作原理.
       矿用本安型压力变送器工作原理图早如图1所示。单片机对信号进行采集,经过A/D转换器将模拟信号经过放大、位换算、阻尼、开方等一-系列运算,转换输出标准电流信号或者频率信号,并送到显示模块进行显示,方便用户读取。同时将数据保存在EEPROM内,即使断电数据也保存完整。
矿用本安型压力变送器电路原理图示
1.3实验板设计
       在对矿用本安型压力变送器的需求进行分析,完成其通用性设计。设计的矿用本安压力变送器是由AT89s52单片机单元、电源变换单元、信号放大单元、存储电路单元、A/D转换单元、频率信号驱动电路单元、显示器、拨码开关等组成。单片机最小系统包括外部晶体振荡器、硬件复位电路及ISP编程接口,其中硬件复位电路可以实现单片机的上电复位、欠压复位及看门狗定时复位。矿用本安型压力变送器电路原理图如图2所示:
       如图所示:矿用本安压力变送器包括了由U1、U9等构成的单片机系统;由U3、U4等构成的电源变换电路单元;由U6等构成的信号放大器;由U5等构成的A/D转换器;由U8等构成的存储电路单元;由U7等构成的频率信号驱动电路单元
       工作时,接入的直流电压通过二极管进行隔离.和反向保护,通过增加一级串接功率电阻的方式达到降低三端线性稳压器的输入电压,从而减小三端稳压器的功率损耗。设计了两级三端稳压电路,目的是分别得到12VDC和5VDC电压,以便满足不同的应用需求。转换得到的5VDC电压,一是接入到板.上其他各电路单元作为供电电源,一是接入到U4输入引脚,进而产生A/D转换芯片所需的5VDC电压。
矿用本安型压力变送器电路原理
       通过调整电阻R63阻值,可调节运算放大器的放大倍数;调整信号分压电阻R51、R52阻值,即可实现对输入到A/D转换器的信号范围调节,又可将探头输出的高于5VDC信号进行降压处理,增大压力变送器的信号处理范围;设置J3跳线,作用是实现信号放大器与A/D转换器的分离与连接。设置J7按键,可以完成变送器测试数据的清零调校。设计电位器R2可以实现调节液晶显示器的亮度。
       现已将设计完成的矿用本安型压力变送器的实验板进行加工焊接,样机图如图3所示:

2实施方式
       本设计可以选择16种不同量程范围的压力变送器。在测量前,首先判断是哪一类的信号和哪一个量程范围的信号,同时将拨码开关置于相应的位置上。拨码开关的设计解决了不同应用场合压力变送器的通用性。当测量时,将压力变送器接入相应的电路中,并采用24V直流给其供电,经过内部的信号放大、AD转换等-系列的信号处理后,最终实现实时测量,显示测量的数据,与此同时将测量的数据进行存储,方便日后的读取。此外,也可以根据现场的实际情况,调节电位器R,以改变液晶显示器的亮度。
3结语
       根据实际需求情况,我们设计研制出一种通用的本安型矿用压力变送器。该压力变送器可以通过它将监测到的信号转换成电信号,并在液晶上显示,同时能够以通讯协议的方式输出。设计中四位拨码.开关S,,根据单片机程序存储空间容量大小,最多可选择16种不同量程范围的压力变送器。
       本设计结构简单、设计灵活.有效解决了矿用本安压力变送器通用性差的问题。满足适用于应用于支架压,力监测系统、顶板动态监测系统、水害预警系统中有关压力数据的采集、显示、传输。同时还可适用于各类煤矿井下监测监控系统中。
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