一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，公開的一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，是為壓力變送器測(cè)量電路提供電源及供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路，該電路由二極管D1通過三極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連，三極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過三極管Q3連接處理器MCU；三極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器U1相連。本實(shí)用新型與壓力變送器的信號(hào)采樣保護(hù)電路結(jié)合的測(cè)量電路，適用于柴油機(jī)冷卻水、滑油、進(jìn)機(jī)空氣等介質(zhì)的壓力信號(hào)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力變送器供電電源保護(hù)和信號(hào)采樣保護(hù)，降低了因?yàn)榻泳€錯(cuò)誤、變送器損壞而引起的測(cè)量電路損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。
【專利說明】
-種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于柴油機(jī)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，主要設(shè)及用于柴油機(jī)冷卻水、滑油、進(jìn)機(jī)空 氣等介質(zhì)的壓力信號(hào)測(cè)量的一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)方電路，也可推廣應(yīng)用于 其它動(dòng)力裝備的監(jiān)控系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力信號(hào)測(cè)量是工業(yè)自動(dòng)化控制中常用的測(cè)量技術(shù)手段，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、測(cè)量范 圍、精度要求、應(yīng)用成本等因素，所選取的傳感器類型各不相同。目前柴油機(jī)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(hào)，該種傳感器造價(jià)低廉、使用廣泛，但隨著測(cè)量線路的延長(zhǎng)引起線路電阻增加進(jìn)而引起測(cè) 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(hào)，可W消除傳輸線路 電阻引起的信號(hào)誤差，隨著工藝改進(jìn)及造價(jià)降低該種傳感器應(yīng)用越來越廣泛。壓力變送器 測(cè)量電路中包含供電電源和信號(hào)采集兩個(gè)部分，電路的工作可靠性將直接影響信號(hào)采集的 正確性，進(jìn)而影響柴油機(jī)運(yùn)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，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于壓力變送器的供電電源 保護(hù)電路。
[0004] 本實(shí)用新型為完成其發(fā)明任務(wù)采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，是具有為壓力變送器測(cè)量電路提供電 源及供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路化d_A，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供電電源電路化d_A由二極管D1通過Ξ極管Q1與 場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連，Ξ極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過Ξ極管Q3連接處理器Μ〇];Ξ極管 Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連Β端點(diǎn)與比較器U1相連。
[0006] -種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，所述的場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06。
[0007] 一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，所述的比較器U1型號(hào)為L(zhǎng)M2901。
[000引由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)越性：
[0009] -種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路與壓力變送器的信號(hào)采樣保護(hù)電路結(jié) 合，實(shí)現(xiàn)了基本測(cè)量功能的同時(shí)增加了壓力變送器供電電源保護(hù)和信號(hào)采樣保護(hù)，降低了 因?yàn)榻泳€錯(cuò)誤、變送器損壞而引起的測(cè)量電路損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了柴油機(jī)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(cè)量方法及測(cè)量電路圖。
[ocm]圖2為圖1壓力變送器的供電電源電路?曰的_4放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明加 W說明：
[0013] 如圖1、2所示，一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，是具有為壓力變送器測(cè) 量電路提供電源及供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路化d_A， 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;
[0014] 具有供電控制和總電流過流保護(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路化d_A與具 有對(duì)壓力變送器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和采樣及對(duì)單路傳感器的過流保護(hù)功能的壓力變送器 的信號(hào)采樣電路化d_B結(jié)合構(gòu)成一種用于壓力變送器的測(cè)量電路;其中的壓力變送器的信 號(hào)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(hào)輸出端連接，另一端連接 處理器MCU。
[0015] 所述的壓力變送器的供電電源電路化d_A由二極管D1通過Ξ極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管 Q2相連，Ξ極管Q1與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)通過Ξ極管Q3連接處理器Μ〇];Ξ極管Q1與場(chǎng)效 應(yīng)管Q2相連Β端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17Ρ06。
[0016] 所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路化d_B由場(chǎng)效應(yīng)管Q4通過分壓電阻與運(yùn)放器 AD8608相連組成;與場(chǎng)效應(yīng)管Q4相連的分壓電阻分壓端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F 端點(diǎn);場(chǎng)效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。
[0017] -種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)方法，具有過流保護(hù)功能，即對(duì)測(cè)量電路的 總電流有對(duì)應(yīng)的過流保護(hù)；
[001引1)、將4-20mA測(cè)量電路采集的電信號(hào)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；
[0019] 2)、4-20mA現(xiàn)慢電路的壓力變送器的供電電源電路Part_A，具有供電控制和總電 流過流保護(hù)功能；
[0020] 是通過控制信號(hào)MCU-PW-CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)4-20mA測(cè)量電路的供電通斷控制，供電控制信 號(hào)MCU-PW-CRT與供電狀態(tài)的關(guān)系：
[0021] 當(dāng)控制信號(hào)MCU-PW-CRT為邏輯1時(shí)，電壓肥接近5V，S極管Q3飽和導(dǎo)通，在電阻R2、 電阻R3的分壓作用下電壓UB約為12V，場(chǎng)效應(yīng)管Q2為P溝道M0S管，其柵源極閥值電壓VGs(th) = 4V，實(shí)際Q2的柵源極電壓Vgs S 24V-UB = 12V>Vcsrth)故Q2導(dǎo)通，24V供電電源被接入測(cè)量電 路；
[0022] 當(dāng)控制信號(hào)MCU-PW-CRT為邏輯0時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入電壓UE接近〇ν，Ξ極管Q3截止，電壓 UB約為24V，S極管Q2的柵源極電壓Vgs - 24V-UB = 0V<VGs(th)故Ξ極管Q2關(guān)斷，24V供電電源 被斷開；
[0023] 局部電路化d_A的總電流過流保護(hù)功能是指當(dāng)4-20mA測(cè)量電路總工作電流超過 設(shè)定的額定電流值時(shí)，電路會(huì)自動(dòng)將24V供電電源斷開，達(dá)到電路保護(hù)的目的；
[0024] W12路壓力傳感器提供電源為例說明保護(hù)原理，考慮到壓力傳感器的工作電流每 路最大為25mA，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(cè)量電路 額定電流值設(shè)為350mA，保證電路正常工作的同時(shí)，防止過大電流的誤流入對(duì)測(cè)量電路造成 的損壞。
[0025] 3)、壓力變送器的信號(hào)采樣電路采用的是傳感器通道采集電路化d_B，其具有對(duì) 壓力變送器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和采樣，同時(shí)具有對(duì)單路傳感器的過流保護(hù)功能；
[0026] 傳感器通道采集電路化rt_B，每個(gè)傳感器通道采集電路化rt_B輸出采樣信號(hào) Ou化ut-MCU-AD分別送入MCU進(jìn)行AD采樣；
[0027] 同時(shí)，MCU輸出1路供電控制信號(hào)MCU-PW-CRT和12路通道控制信號(hào)MCU-CH-CRT，前 者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量電路的供電控制，后者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)通道采集電路的單獨(dú)控制.
[00%]局部電路化d_B將壓力變送器輸入的4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并放大后送入 MCU，MCU根據(jù)電壓值計(jì)算出電流值，并根據(jù)電流與壓力的轉(zhuǎn)換公式計(jì)算出實(shí)際的壓力值； MCU對(duì)輸入電壓UF進(jìn)行12位AD轉(zhuǎn)換，有
[0029]
[0030] 運(yùn)放U2對(duì)UD起到放大2倍的作用，故
[0031] UF二 ?義UD (19)
[0032] 根據(jù)傳感器壓力與電流的關(guān)系，待測(cè)壓力值P為
[0033]
[0034] 根據(jù)ID與圖中D點(diǎn)電壓UD有如下關(guān)系，
[0035]
[0036] 將公式（18)、（19)、（21)代入(20)可得
[0037]
[003引 MCU按照公式(22)即可計(jì)算出待測(cè)壓力值，單位MPa;
[0039] 壓力變送器信號(hào)的量程為4-20mA，對(duì)應(yīng)輸入電壓UF的范圍為0.96-4.8V，當(dāng)MCU檢 測(cè)到輸入電壓UF超過此量程時(shí)，認(rèn)為需要對(duì)該通道傳感器進(jìn)行過流保護(hù)，故強(qiáng)制置MCU-CH- CRT為邏輯0;場(chǎng)效應(yīng)管Q4為N溝道M0S管，其柵源極閥值電壓VGs(th) = 3V，當(dāng)MCU-CH-CRT為邏 輯0時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Q4的柵源極電壓Vgs - 0V<VGs(th)，則Q4關(guān)斷，傳感器被斷開，達(dá)到了對(duì)該通 道傳感器過流保護(hù)的目的；
[0040] 4)、自動(dòng)斷電保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)過程，當(dāng)正常供電過程中出現(xiàn)過流情況時(shí)，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(rèn)為測(cè)量 電路需要斷開電源，置MCU-PW-CRT為0;狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
[OOW 當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1，24V供電電源接入測(cè)量電路后，如果正常供電，UB約為12V， 有UB<UC，比較器U1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(shí)MCU認(rèn)為電路正常供電，MCU-PW-CRT不變?nèi)詾?;
[0042] 當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯0,正常切斷供電時(shí)，UB約為24V，有UB>UC，比較器U1輸出端 為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，Output-MCU-PW接近OV，MOJ將其讀作邏輯0,此時(shí)MCU認(rèn)為電路供電被切 斷，MCU-PW-CRT不變?nèi)詾?;
[0043] 當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1正常供電時(shí)，如果電路出現(xiàn)過流，IR1為350mA，則UR1為 0.7V，故Ξ極管Q1飽和導(dǎo)通，UB電壓約24V，UB>UC，比較器U1輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)， Ou化ut-MCU-PW接近OV，MOJ將其讀作邏輯0,此時(shí)MCU認(rèn)為電路總工作電流異常需要對(duì)測(cè)量 電路進(jìn)行保護(hù)，強(qiáng)制置MCU-PW-CRT為邏輯0，24V供電電源被斷開。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，其特征是：一種用于壓力變送器的供電 電源保護(hù)電路，是具有為壓力變送器測(cè)量電路提供電源及供電控制和總電流過流保護(hù)功能 的壓力變送器的供電電源電路Part_A，所述的壓力變送器的供電電源電路Part_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 的供電電源電路二極管Dl通過三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連，三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管 Q2相連B端點(diǎn)通過三極管Q3連接處理器MCU;三極管Ql與場(chǎng)效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器Ul 相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，其特征是:所述的 場(chǎng)效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓力變送器的供電電源保護(hù)電路，其特征是:所述的 比較器Ul型號(hào)為L(zhǎng)M2901。
【文檔編號(hào)】G01L9/00GK205483379SQ201620108814
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】楊迅, 于楊
【申請(qǐng)人】河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司