水環(huán)真空泵缺水保護裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，包括流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊和電源模塊，所述流量檢測裝置采集流量信號通過數(shù)據(jù)處理及控制裝置發(fā)出控制信號；所述流量檢測裝置的本體為封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，其上設有第一探針和第二探針；本體內(nèi)設有信號檢測電路，該信號檢測電路包括有測試電阻的惠氏電橋、恒功率電路，通過對第一探針和第二探針監(jiān)測兩測試電阻兩端的電壓差來檢測真空泵管道內(nèi)是否缺水（介質(zhì)）或水的流動狀態(tài)（流速），實現(xiàn)煤礦抽放泵站水環(huán)式真空泵供水管道供水狀態(tài)的可靠檢測，有效避免了測壓式缺水保護裝置測量中出現(xiàn)誤操作及水壓過大造成裝置損壞的問題。
【專利說明】水環(huán)真空泵缺水保護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及基于熱交換原理的缺水保護裝置，特別適用于具有瓦斯爆炸危險的煤礦抽放泵站等環(huán)境，用于監(jiān)測水環(huán)式真空泵供水狀態(tài)的保護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]缺水保護裝置作為煤礦瓦斯抽放泵站的重要設備之一，起著對水環(huán)式真空泵供水狀態(tài)監(jiān)測的重要作用。目前國內(nèi)用于煤礦用水環(huán)式真空泵的缺水保護裝置其檢測原理主要采用電磁式、機械式、壓力檢測式或擋板式。
[0003]電磁式、機械式和壓力檢測式缺水保護裝置，通過直接檢測管道內(nèi)水壓或檢測由水壓引起的機械動作來判斷是否有水。目前國內(nèi)煤礦對于水環(huán)式真空泵的供水方式多種多樣，有采用落差法，有采用加壓泵，這就導致了管道內(nèi)水壓變化范圍非常大，在水壓低的時候甚至達不到這幾種原理缺水保護裝置的動作點，從而輸出錯誤信號。另外，過大的水壓也有可能會對裝置的檢測部件產(chǎn)生致命影響甚至損壞。
[0004]擋板式缺水保護裝置，采用在管道內(nèi)部插入一塊擋板來監(jiān)測水流的流動狀態(tài)，但是插入的擋板會對水流產(chǎn)生阻力，從而對水的流動造成一定影響；同時由于水錘效應，擋板式缺水保護裝置也存在一定損壞風險。另外，該裝置也不適用于水質(zhì)較差的管道，特別是一些大的顆粒物會導致?lián)醢鍣C械部件卡死。
[0005]缺水保護裝置的以上不足也直接影響了煤礦瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的就在于解決現(xiàn)有煤礦瓦斯抽放泵站中缺水保護裝置容易出現(xiàn)誤操作、或水壓波動和阻力存在的影響，或水壓過大造成裝置損壞的問題，提供一種檢測可靠性高、穩(wěn)定性好的水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，對水環(huán)式真空泵管道內(nèi)是否缺水進行監(jiān)測，輸出可靠的控制信號。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，包括流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊和電源模塊，其特征在于:所述流量檢測裝置的本體為封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，本體的一端設有管狀結(jié)構(gòu)的第一探針和第二探針，兩探針的一端與本體內(nèi)腔相連通，另一端為封閉結(jié)構(gòu)；本體內(nèi)設有信號檢測電路，該信號檢測電路包括第一測溫鉬電阻Rl I，第二測溫鉬電阻R21、加熱電阻絲R22和恒功率電路，以及第一電阻RlO和第二電阻R20 ;所述第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21和第一電阻R10、第二電阻R20組成惠氏電橋，加熱電阻絲R22由恒功率電路對其供電；所述第一測溫鉬電阻R11、第二測溫鉬電阻R21分別設于第一探針和第二探針內(nèi)，加熱電阻絲R22位于第一探針或第二探針內(nèi)，通過第一探針和第二探針之間的溫度差來測量介質(zhì)流速；
[0008]所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊包括單片機及其外圍電路，該數(shù)據(jù)處理及控制模塊與流量檢測裝置和信號輸出模塊相連；
[0009]所述電源模塊對流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊和信號輸出模塊供電。[0010]進一步，所述信號檢測電路還包括放大電路、濾波電路及比較電路，比較電路的比較電壓可調(diào)，用于調(diào)整判斷是否缺水的流速值。
[0011]進一步，還設有與數(shù)據(jù)處理及控制模塊相連的顯示模塊，該顯示模塊由LED燈及驅(qū)動電路組成，通過LED燈能直觀顯示當前管道內(nèi)水流狀態(tài)，綠色代表“有水”，紅色代表“無水”。
[0012]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0013]1、本實用新型采用基于熱交換原理的熱式流量檢測技術(shù)開發(fā)一款缺水保護裝置，通過實時監(jiān)測真空泵管道內(nèi)水的流動狀態(tài)(流速)，實現(xiàn)煤礦抽放泵站水環(huán)式真空泵供水管道供水狀態(tài)的可靠檢測。
[0014]2、本實用新型通過檢測水流來判斷供水狀態(tài)，有效的避免了測壓式缺水保護裝置測量中出現(xiàn)誤操作及水壓過大造成裝置損壞的問題。
[0015]3、本裝置的結(jié)構(gòu)簡單、小巧，阻力小，不會出現(xiàn)管道阻塞問題，且安全性更高。
[0016]4、通過設計獨特的流量檢測裝置，并與成熟的電路相結(jié)合，在檢測過程中，僅將流量檢測裝置的探針插入管道中并與水接觸，輸出控制信號可靠，以更好地對真空泵進行保護，具有穩(wěn)定性好，可靠性高的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型水環(huán)式真空泵缺水保護裝置的電路原理框圖；
[0018]圖2為圖1中流量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為圖2中流量檢測電路的電路原理圖；
[0020]圖4為本實用新型一體式結(jié)構(gòu)的使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本實用新型分體式結(jié)構(gòu)的使用時的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0023]實施例，如圖1所示，一種水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，包括流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊和電源模塊，所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊采集流量檢測裝置輸出的流量信號，并處理后發(fā)出控制信號。
[0024]參見圖2和圖3，所述流量檢測裝置的本體11為(兩端)封閉的筒狀結(jié)構(gòu)；本體11的一端設有管狀結(jié)構(gòu)的第一探針和第二探針，兩探針的一端與本體內(nèi)腔相連通，另一端為封閉結(jié)構(gòu)。本體11內(nèi)設有信號檢測電路，該信號檢測電路包括第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21、加熱電阻絲R22和恒功率電路，以及第一電阻RlO和第二電阻R20 ;所述第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21和第一電阻R10、第二電阻R20組成惠氏電橋，加熱電阻絲R22由恒功率電路對其供電。所述第一測溫鉬電阻R11、第二測溫鉬電阻R21分別位于第一探針13和第二探針14內(nèi)，加熱電阻絲R22位于第一探針或第二探針內(nèi)，通過第一探針13和第二探針14之間的溫度差來測量介質(zhì)流速，如果管道內(nèi)沒有介質(zhì)流動，第一探針13和第二探針14之間的溫度差最大，隨著介質(zhì)的流速增加溫差減小。
[0025]所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊包括單片機及其外圍電路，該數(shù)據(jù)處理及控制模塊與流量檢測裝置和信號輸出模塊相連；該單片機采用MSP430系列低功耗單片機，所述的數(shù)據(jù)處理及控制模塊采集流量檢測裝置輸出的信號并進行處理，輸出相應的控制信號(電壓信號)給信號輸出模塊；信號輸出模塊將單片機提供的“有水”/ “無水”信號轉(zhuǎn)換成相應的無源觸點信號或lmA/5mA電流信號輸出，閉合信號(或5mA電流信號)代表“有水”，開路信號(或ImA電流信號)代表“無水”;所述的信號輸出模塊上有跳針，通過跳針可以選擇無源觸電信號或lmA/5mA電流信號輸出。信號輸出模塊將單片機提供的“有水” / “無水”信號轉(zhuǎn)換成相應的無源觸點信號或lmA/5mA電流信號輸出，閉合信號(或5mA電流信號)代表“有水”，開路信號(或ImA電流信號)代表“無水”。
[0026]電源模塊由本安電源(本安電源是本質(zhì)安全型電源的簡稱，由電源模塊和安全柵組成，其輸出電壓、電流受嚴格限制，可以確保在易燃易爆環(huán)境中安全使用，參照標準為GB3836.1-2010和GB3836.4-2010)供電，供電范圍DC14V — DC24V，本安電源經(jīng)緩啟動電路和濾波處理電路后，一路直接給流量檢測裝置供電，另一路由低壓差線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換成DC12V和DC3.3V，供數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊等使用。
[0027]其中，所述恒功率電路、放大電路、濾波電路、比較電路、信號輸出模塊、MSP430系列低功耗單片機及外圍電路等均采用現(xiàn)有成熟技術(shù)實現(xiàn)。
[0028]工作時，將流量檢測裝置靠近探針的一端插入管道內(nèi)，啟動電源模塊，電源模塊給流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊以及顯示模塊供電；由于第二探針內(nèi)具有發(fā)熱電阻(絲)R22，因此測溫鉬電阻R21的溫度高于Rll的溫度；如果管道內(nèi)沒有介質(zhì)流動，第一探針和第二探針的溫度差最大，隨著介質(zhì)的流速增加溫差減小。實際使用中，由于第一探針內(nèi)不具有發(fā)熱電阻，因此第一探針與水(介質(zhì))的溫度一致，并且基本保持不變；由于第二探針內(nèi)具有發(fā)熱電阻R22，并且該發(fā)熱電阻R22通過恒功率電路進行供電，因此第二探針其溫度高于介質(zhì)溫度，在水(介質(zhì))靜止時其溫度最高，當水(介質(zhì))流動時，其熱量被流動的水(介質(zhì))帶走，流速越快帶走的熱量越多，其溫度越低；由于測溫鉬電阻R11、R21的阻值隨溫度變化而變化，其組成的惠氏電橋輸出兩測溫鉬電阻的差壓，也因流速變化導致溫差變化而改變。數(shù)據(jù)處理及控制模塊通過對采集到的電橋電壓信號處理后輸出適合信號輸出模塊處理的信號；信號輸出模塊對信號處理后進行顯示輸出，同時輸出控制信號(開關(guān)量信號或電流信號)，以對真空泵進行控制。
[0029]參見圖2、圖3和圖4，具體實施例1為:本實用新型主要由兩部分構(gòu)成，一部分為流量檢測裝置1，另一部分為處理控制部分2。流量檢測裝置I的外殼11為兩端封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，外殼11采用不銹鋼材質(zhì)，其前端設置有兩個探針13和探針14，其后端腔體內(nèi)設置有檢測電路板12，檢測電路板12上有信號檢測電路及恒功率電路，信號檢測電路上有放大電路、濾波電路及比較電路，比較電路的比較電壓可調(diào)，用于調(diào)整判斷是否缺水的流速值。該信號檢測電路包括第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21、加熱電阻絲R22和恒功率電路，以及第一電阻RlO和第二電阻R20 ;所述第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21和第一電阻R10、第二電阻R20組成惠氏電橋，加熱電阻絲R22由恒功率電路對其供電。所述第一測溫鉬電阻RH、第二測溫鉬電阻R21分別位于第一探針13和第二探針14內(nèi)，加熱電阻絲R22位于第一探針或第二探針內(nèi)。處理控制部分2包括電源模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊、顯示模塊電路及圓柱形套筒外殼，電路板裝在圓柱形腔體內(nèi)，處理控制部分外殼與流量檢測模塊后端外殼相連。即所述流量檢測裝置1、處理控制部分2連接為一體，其中在外殼的一側(cè)面上設有螺紋槽，柱狀殼體遠離探針的一端設有外螺紋，流量檢測裝置I與處理控制部分2通過螺紋配合連接在一起。將檢測裝置與處理控制裝置連接為一體使用更加方便，并且便于安裝。
[0030]參見圖2、圖3和圖5，具體實施例2為:本實用新型主要由兩個部分組成，即裝置主機2和流量檢測裝置I。裝置主機2包括外殼、電源模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊及顯示模塊。流量檢測裝置I為封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，外殼采用不銹鋼材質(zhì)，前端設置有兩個探針，其后端腔體內(nèi)設置有檢測電路板12，檢測電路板12上有信號檢測電路及恒功率電路，信號檢測電路上有放大電路、濾波電路及比較電路，比較電路的比較電壓可調(diào)，用于調(diào)整判斷是否缺水的流速值。該信號檢測電路包括第一測溫鉬電阻RH，第二測溫鉬電阻R21、加熱電阻絲R22和恒功率電路，以及第一電阻RlO和第二電阻R20 ;所述第一測溫鉬電阻RlI，第二測溫鉬電阻R21和第一電阻R10、第二電阻R20組成惠氏電橋，加熱電阻絲R22由恒功率電路對其供電。所述第一測溫鉬電阻RH、第二測溫鉬電阻R21分別位于第一探針13和第二探針14內(nèi)，加熱電阻絲R22位于第一探針或第二探針內(nèi)。信號檢測電路對電橋信號進行放大、濾波、比較等處理后輸出開關(guān)量信號或lmA/5mA電流信號給裝置主機。裝置主機2與流量檢測裝置I采用礦用電纜4連接，礦用電纜有電源及流量檢測信號輸出線。信號輸出模塊上有跳針，通過跳針可以選擇無源觸電信號或lmA/5mA電流信號輸出。該顯示模塊由LED燈3及驅(qū)動電路組成，通過LED燈3能直觀顯示當前管道內(nèi)水流狀態(tài)，綠色代表“有水”，紅色代表“無水”。
[0031]裝置上電后默認輸出無水信號，單片機進行設備啟動預熱計時，流量檢測裝置開始工作，即通過恒功率電路控制加熱電阻絲進行加熱，在設備啟動預熱時間內(nèi)流量檢查裝置的探針完成預熱，流量檢查裝置輸出正常的流量檢測信號，在到達預熱計時值后(1-1Os,典型值2s)，單片機對流量檢查裝置輸出信號進行采集，確定管道是否缺水，并輸出相應的控制信號到信號輸出模塊和顯示模塊，信號輸出模塊和顯示模塊進行相應的信號輸出。通過單片機不斷的采集流量檢測信號并處理，輸出相應控制信號給顯示模塊和信號輸出模塊達到對管道是否缺水的監(jiān)測。
[0032]最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解，那些對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，包括流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、信號輸出模塊和電源模塊，其特征在于:所述流量檢測裝置的本體為封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，本體的一端設有管狀結(jié)構(gòu)的第一探針和第二探針，兩探針的一端與本體內(nèi)腔相連通，另一端為封閉結(jié)構(gòu)；本體內(nèi)設有信號檢測電路，該信號檢測電路包括第一測溫鉬電阻R11，第二測溫鉬電阻R21、加熱電阻絲R22和恒功率電路，以及第一電阻RlO和第二電阻R20 ;所述第一測溫鉬電阻RlI，第二測溫鉬電阻R21和第一電阻R10、第二電阻R20組成惠氏電橋，加熱電阻絲R22由恒功率電路對其供電；所述第一測溫鉬電阻R11、第二測溫鉬電阻R21分別設于第一探針和第二探針內(nèi)，加熱電阻絲R22位于第一探針或第二探針內(nèi)，通過第一探針和第二探針之間的溫度差來測量介質(zhì)流速； 所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊包括單片機及其外圍電路，該數(shù)據(jù)處理及控制模塊與流量檢測裝置和信號輸出模塊相連； 所述電源模塊對流量檢測裝置、數(shù)據(jù)處理及控制模塊和信號輸出模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，其特征在于，所述信號檢測電路還包括放大電路、濾波電路及比較電路，比較電路的比較電壓可調(diào)，用于調(diào)整判斷是否缺水的流速值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水環(huán)式真空泵缺水保護裝置，其特征在于，還設有與數(shù)據(jù)處理及控制模塊相連的顯示模塊，該顯示模塊由LED燈及驅(qū)動電路組成，通過LED燈能直觀顯示當前管道內(nèi)水流狀態(tài)，綠色代表“有水”，紅色代表“無水”。
【文檔編號】F04B49/10GK203614379SQ201320867597
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】王波, 全太鋒, 陳碩, 黃曉峰, 秦歡 申請人:重慶梅安森科技股份有限公司