一種用于壓力變送器的測量方法及測量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于柴油機監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，主要設(shè)及用于柴油機冷卻水、滑油、進機空氣等 介質(zhì)的壓力信號測量的一種用于壓力變送器的測量方法及測量電路，也可推廣應用于其它 動力裝備的監(jiān)控系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力信號測量是工業(yè)自動化控制中常用的測量技術(shù)手段，根據(jù)應用場合、測量范 圍、精度要求、應用成本等因素，所選取的傳感器類型各不相同。目前柴油機監(jiān)控常用的壓 力傳感器多為壓力變阻器和壓力變送器兩種形式，壓力變阻器隨壓力變化輸出線性電阻信 號，該種傳感器造價低廉、使用廣泛，但隨著測量線路的延長引起線路電阻增加進而引起測 量誤差將增大;壓力變送器則隨壓力值變化輸出4-20mA線性電流信號，可W消除傳輸線路 電阻引起的信號誤差，隨著工藝改進及造價降低該種傳感器應用越來越廣泛。壓力變送器 測量電路中包含供電電源和信號采集兩個部分，電路的工作可靠性將直接影響信號采集的 正確性，進而影響柴油機運行的安全性、可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提出一種用于壓力變送器的測量方法及測 量電路。
[0004] 本發(fā)明為完成其發(fā)明任務(wù)采用如下技術(shù)方案： 一種用于壓力變送器的測量電路，包括:具有供電控制和總電流過流保護功能的壓力 變送器的供電電源電路化d_A、具有對壓力變送器信號進行轉(zhuǎn)換、放大和采樣及對單路傳 感器的過流保護功能的壓力變送器的信號采樣電路化d_B; 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A-端通過接線端P+與系統(tǒng)外部壓力變送器 電源端連接，另一端連接直流電源24V;所述的壓力變送器的信號采樣電路化d_B-端通過 接線端P-與系統(tǒng)外部壓力變送器信號輸出端連接，另一端連接處理器MCU。
[0005] -種用于壓力變送器的測量電路，所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A由二 極管Dl通過=極管Ql與場效應管Q2相連，=極管Ql與場效應管Q2相連B端點通過=極管Q3 連接處理器MCU;S極管Ql與場效應管Q2相連B端點與比較器LM2901相連;場效應管Q2型號 為FQD17P06。
[0006] 一種用于壓力變送器的測量電路，所述的壓力變送器的信號采樣電路化d_B由場 效應管Q4通過取樣電阻與運放器AD8608相連組成；與場效應管Q4相連的取樣電阻取樣端為 D端點，運放器AD8608輸出端為F端點;場效應管Q4型號為2N7002。
[0007] 一種用于壓力變送器的的測量方法，采用的4-20mA測量電路在為壓力變送器供電 的同時完成對壓力變送器信號的轉(zhuǎn)換、放大和采樣，并具有分級過流保護功能，即對測量電 路的總電流和各采集通道的分電流都有對應的過流保護;包括:壓力變送器的供電電源保 護方法、壓力變送器的信號采樣保護方法， 1)、將4-20mA測量電路采集的電信號傳輸至處理器MCU第四輸入端，其中壓力變送器W 串連方式接入電路； 2 )、4-20mA測量電路的壓力變送器的供電電源電路化d_A，具有供電控制和總電流過 流保護功能； 是通過控制信號MCU-PW-CRT實現(xiàn)對4-20mA測量電路的供電通斷控制，供電控制信號 MCU-PW-CRT與供電狀態(tài)的關(guān)系： 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯1時，電壓UE接近5V，S極管Q3飽和導通，在電阻R2、電阻 R3的分壓作用下電壓UB約為12V，場效應管Q2為P溝道MOS管，其柵源極閥值電壓VGs(th)=4V， 實際Q2的柵源極電壓Vgs S 24V-UB = 12V > Vgs(th)故Q2導通，24V供電電源被接入測量電路； 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯0時，對應輸入電壓肥接近OV，S極管Q3截止，電壓UB約 為24V，S極管Q2的柵源極電壓Vgs S 24V-UB = 0V<VGs(th)故S極管Q2關(guān)斷，24V供電電源被斷 開； 局部電路化d_A的總電流過流保護功能是指當4-20mA測量電路總工作電流超過設(shè)定 的額定電流值時，電路會自動將24V供電電源斷開，達到電路保護的目的； 考慮到壓力傳感器的工作電流每路最大為化mA，12路壓力傳感器接入電路后的最大電 流值約為300mA，故將4-20mA測量電路額定電流值設(shè)為350mA，保證電路正常工作的同時，防 止過大電流的誤流入對測量電路造成的損壞。
[0008] 3)、壓力變送器的信號采樣電路采用的是傳感器通道采集電路化d_B，其具有對 壓力變送器信號進行轉(zhuǎn)換、放大和采樣，同時具有對單路傳感器的過流保護功能； 傳感器通道采集電路hd_B，每個傳感器通道采集電路化d_B輸出采樣信號Ou ^ut-MCU-AD分別送入MCU進行AD采樣 同時，MCU輸出1路供電控制信號MCU-PW-CRT和12路通道控制信號MCU-CH-CRT，前者能 夠?qū)崿F(xiàn)對測量電路的供電控制，后者能夠?qū)崿F(xiàn)對每個通道采集電路的單獨控制； 局部電路化d_B將壓力變送器輸入的4-20mA信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大后送入MCU， MC訴良據(jù)電壓值計算出電流值，并根據(jù)電流與壓力的轉(zhuǎn)換公式計算出實際的壓力值;MCU對 輸入電壓UF進行12位AD轉(zhuǎn)換，有
MCU按照公式(22 )即可計算出待測壓力值，單位MPa; 壓力變送器信號的量程為4-20mA，對應輸入電壓UF的范圍為0.96-4.8V，當MCU檢測到 輸入電壓UF超過此量程上限時，認為需要對該通道傳感器進行過流保護，故強制置MCU-CH-CRT為邏輯O;場效應管Q4為N溝道MOS管，其柵源極閥值電壓VGs(th) =3V，當MCU-CH-CRT為邏 輯0時，場效應管Q4的柵源極電壓Vgs - 〇V<VGS(th)，則Q4關(guān)斷，傳感器被斷開，達到了對該通 道傳感器過流保護的目的； 4)、自動斷電保護的具體實現(xiàn)過程，當正常供電過程中出現(xiàn)過流情況時，MCU通過讀取 Ou化Ut-MCU-PW的值來判斷電路的供電狀態(tài)，一旦Ou化Ut-MCU-PW為0，則MCU認為測量電路 需要斷開電源，置MCU-PW-CRT為0;狀態(tài)對應關(guān)系為： 當MCU-PW-CRT為邏輯1，24V供電電源接入測量電路后，如果正常供電，UB約為12V，有UB <UC，比較器Ul輸出端為高阻關(guān)斷狀態(tài)，Ou化Ut-MCU-PW被上拉至5V左右，MCU將其讀作邏輯 1，此時MCU認為電路正常供電，MCU-PW-CRT不變?nèi)詾?; 當MCU-PW-CRT為邏輯0,正常切斷供電時，UB約為24V，有UB>UC，比較器Ul輸出端為低 阻導通狀態(tài)，Output-MCU-PW接近OV，MOJ將其讀作邏輯0,此時MCU認為電路供電被切斷， MCU-PW-CRT不變?nèi)詾?; 當MCU-PW-CRT為邏輯1正常供電時，如果電路出現(xiàn)過流，IRl為350mA，則URl為0.7V，故 S極管Ql飽和導通，UB電壓約24V，UB>UC，比較器Ul輸出端為低阻導通狀態(tài)，Output-MCU-PW接近OV，MOJ將其讀作邏輯0,此時MCU認為電路總工作電流異常需要對測量電路進行保 護，強制置MCU-PW-CRT為邏輯0，24V供電電源被斷開。
[0009]由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性： 本發(fā)明所述壓力變送器測量方法及測量電路與常規(guī)測量方式相比，實現(xiàn)了基本測量功 能的同時增加了壓力變送器供電電源保護和信號采樣保護，降低了因為接線錯誤、變送器 損壞而引起的測量電路損壞的風險，提高了柴油機監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為用于壓力變送器的測量方法及測量電路圖。
【具體實施方式】
[0011] 結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明加 W說明： 如圖1所示，一種用于壓力變送器的測量電路，包括:具有供電控制和總電流過流保護 功能的壓力變送器的供電電源電路hd_A、具有對壓力變送器信號進行轉(zhuǎn)換、放大和采樣 及對單路傳感器的過流保護功能的壓力變送器的信號采樣電路hd_B; 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A-端通過接線端P+與系統(tǒng)外部壓力變送器 電源端連接，另一端連接直流電源24V;所述的壓力變送器的信號采樣電路化d_B-端通過 接線端P-與系統(tǒng)外部壓力變送器信號輸出端連接，另一端連接處理器MCU。
[0012] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A由二極管Dl通過S極管Ql與場效應管 Q2相連，=極管Ql與場效應管Q2相連B端點通過=極管Q3連接處理器MCU;=極管Ql與場效 應管Q2相連B端點與比較器LM2901相連;場效應管Q2型號為FQD17P06。
[0013] 所述的壓力變送器的信號采樣電路化d_B由場效應管Q4通過取樣電阻與運放器 AD8608相連組成;與場效應管Q4相連的取樣電阻取樣端為D端點，運放器AD8608輸出端為F 端點;場效應管Q4型號為2N7002。
[0014] 一種用于壓力變送器的的測量方法，采用的4-20mA測量電路在為壓力變送器供電 的同時完成對壓力變送器信號的轉(zhuǎn)換、放大和采樣，并具有分級過流保護功能，即對測量電 路的總電流和各采集通道的分電流都有對應的過流保護;包括:壓力變送器的供電電源保 護方法、壓力變送器的信號采樣保護方法 1)、將4-20mA測量電路采集的電信號傳輸至處理器MCU第四輸入端，其中壓力變送器W 串連方式接入電路； 2 )、4-20mA測量電路的壓力變送器的供電電源電路化d_A，具有供電控制和總電流過 流保護功能； 是通過控制信號MCU-PW-CRT實現(xiàn)對4-20mA測量電路的供電通斷控制，供電控制信號 MCU-PW-CRT與供電狀態(tài)的關(guān)系： 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯1時，電壓UE接近5V，S極管Q3飽和導通，在電阻R2、電阻 R3的分壓作用下電壓UB約為12V，場效應管Q2為P溝道MOS管，其柵源極閥值電壓VGs(th)=4V， 實際Q2的柵源極電壓Vgs S 24V-UB = 12V > Vgs(th)故Q2導通，24V供電電源被接入測量電路； 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯0時，對應輸入電壓肥接近OV，S極管Q3截止，電壓UB約 為24V，S極管Q2的柵源極電壓Vgs S 24V-UB = 0V<VGs(th)故S極管Q2關(guān)斷，24V供電電源被斷 開；