煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置，包括依次相連的高壓電源引出端、電源平板電極、檢測平板電極、場效應(yīng)管、電橋電路、放大電路、比較電路、顯示電路和開關(guān)量信號輸出電路。所述高壓電源引出端從高壓電源處引出，所述檢測平板電極與所述電源平板電極平行相對設(shè)置，當電源平板電極連接的高壓電源電壓發(fā)生變化后，檢測平板電極便感應(yīng)有電壓，并作用于場效應(yīng)管柵極使得場效應(yīng)管源極漏極間阻抗發(fā)生改變，并輸出電壓，經(jīng)放大電路、比較電路處理后驅(qū)動顯示電路和開關(guān)量信號輸出電路，并顯示和輸出狀態(tài)的開關(guān)量信號，供監(jiān)控系統(tǒng)采集。本實用新型不受周圍開關(guān)、電纜，以及負載狀態(tài)的影響，工作穩(wěn)定，同時又能檢測高電壓。
【專利說明】煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種驗電饋電裝置，尤其涉及一種煤礦用高壓電驗電饋電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在煤礦安全生產(chǎn)過程中，由于煤礦作業(yè)環(huán)境的爆炸性特性，所有儀器設(shè)備都要進 行隔爆或本安處理，維持電力系統(tǒng)的用電安全非常重要，在對電源控制的過程（啟動或關(guān) 閉電源）中，需要掌握電源開關(guān)輸出狀態(tài)是否與需要控制的狀態(tài)一致，尤其是在煤礦的監(jiān) 控系統(tǒng)中，不僅需要掌握開關(guān)輸出狀態(tài)，而且還要將這種狀態(tài)通過監(jiān)控系統(tǒng)分站發(fā)送到井 上中心站，供生產(chǎn)調(diào)度綜合研判，促進安全生產(chǎn)。現(xiàn)有的對開關(guān)輸出狀態(tài)的檢測有兩種形 式：一種是通過線圈感應(yīng)檢測開關(guān)輸出電流的磁場，來判定開關(guān)輸出狀態(tài)的；優(yōu)點是與供 電系統(tǒng)無電的聯(lián)系，安全、使用方便；缺點是線圈易受周圍開關(guān)、電力的磁場影響，特別是對 于高電壓供電系統(tǒng)和使用鎧裝電纜的情況，感應(yīng)信號不穩(wěn)定，甚至無法檢測；當開關(guān)輸出有 電壓，而負載關(guān)閉、故障，無電流時，也無法檢測。另一種是直接在開關(guān)輸出端子引出兩相電 源通過光電隔離方式，檢測開關(guān)輸出狀態(tài)；優(yōu)點是能可靠的檢測開關(guān)輸出狀態(tài)，缺點是受光 耦耐壓的限制，只能在低電壓檢測，而在1140V時，穩(wěn)定性就受到很大影響；再高的電壓就 要被燒毀或造成事故；對于目前普遍采用高電壓的綜采設(shè)備無能為力。因此，目前急需一種 檢測靈敏度高、安全性能強、在高電壓下仍能檢測信號判斷開光量的電源檢測驗電饋電裝 置。 實用新型內(nèi)容
[0003] 本實用新型的目的在于提供一種不受周圍開關(guān)、電纜，以及負載狀態(tài)的影響，工作 穩(wěn)定，同時又能檢測高電壓的煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置。
[0004] 為達到上述目的，本實用新型提供了一種煤礦用電源檢測驗電饋電裝置，包括依 次相連的高壓電源引出端、電源平板電極、檢測平板電極、場效應(yīng)管、電橋電路和后續(xù)處理 電路；所述后續(xù)處理電路與所述場效應(yīng)管和所述電橋電路相連，包括放大電路、比較器電 路、顯不電路和狀態(tài)開關(guān)量 /[目號輸出電路。
[0005] 所述高壓電源引出端從被測高壓電源的其中一相電路線上引出，并連接所述電源 平板電極；所述檢測平板電極與所述電源平板電極平行相對設(shè)置，并與場效應(yīng)管的柵極通 過一電阻R1相連。
[0006] 所述場效應(yīng)管的源極通過一檢測電阻R2接地，所述場效應(yīng)管的源極與所述放大 電路相連；所述電橋電路包括連接在場效應(yīng)管源極的檢測電阻R2以及連接在所述場效應(yīng) 管漏極的電阻R3、電阻R4、可變電阻RW1 ;
[0007] 所述放大電路的輸出端連接所述比較器電路，所述比較器電路的輸出端連接所述 顯示電路和所述開關(guān)量信號輸出電路。
[0008] 所述場效應(yīng)管的漏極連接電源端，連接在場效應(yīng)管的漏極的電阻R3、可變電阻 RW1、電阻R4依次相連，電阻R3和電阻R4分別連接可變電阻RW1的兩個固定端，電阻R4另 一端接地；
[0009] 所述放大電路包括第一運算放大器和可變電阻RW3,所述第一運算放大器的輸出 端連接可變電阻RW3的固定端；
[0010] 所述放大電路中第一運算放大器的正輸入端連接所述場效應(yīng)管的源極，所述第一 運算放大器的負輸入端連接所述可變電阻RW1的滑動端；
[0011] 所述比較器電路包括比較器U2A和第二運算放大器；
[0012] 所述比較器電路的比較器U2A的正輸入端連接所述放大電路中可變電阻RW3的滑 動端，所述比較器U2A輸出的電壓值與已預(yù)先設(shè)置的對比電壓進行比較，所述比較器U2A的 輸出端連接所述第二運算放大器的正輸入端，所述第二運算放大器的輸出端連接所述顯示 電路并為顯示電路供電；
[0013] 所述比較器電路還與所述開關(guān)量信號輸出電路相連，所述開關(guān)量信號輸出電路包 括若干三極管和電壓穩(wěn)壓器，來輸出有電和無電狀態(tài)開關(guān)量信號供監(jiān)控系統(tǒng)米集。
[0014] 所述電源平板電極和所述檢測平板電極外層包覆有高壓絕緣板、內(nèi)層為金屬平板 電極。
[0015] 所述電橋電路還包括電阻R9、電容C1、電容C2以及肖特基二極管D1。
[0016] 所述比較器U2A的輸出端與所述開關(guān)量信號輸出電路的三極管V2的基極相連。
[0017] 所述放大電路包括還若干電阻、電容，所述第一運算放大器的正輸入端連接有一 電阻R5,并連接至場效應(yīng)管的源極，第一運算放大器的負輸入端連接有一電阻R6并連接至 可變電阻RW1的滑動端，第一運算放大器的輸出端與正輸入端之間串聯(lián)有電阻R8和電阻 Ra，電阻R8、電阻Ra之間的一點與第一運算放大器負輸入端之間還依次串聯(lián)有電阻R7、可 變電阻RW2、電阻Rb。
[0018] 所述比較器電路中，所述比較器U2A的負輸入端通過電阻R10連接工作電源，還通 過可變電阻RW4接地，所述工作電源與可變電阻的滑動端之間還連接有電容C6 ;所述第二 運算放大器的正輸入端與第一運算放大器的輸出端通過電阻R12相連，所述第二運算放大 器的輸出端與負輸入端通過電阻R15相連。
[0019] 所述開關(guān)量信號輸出電路包括三極管V2、V3、V4、V5、V6,以及電壓穩(wěn)壓器U3、U4、 U8、U9和J3、J4跳線器組，所述開關(guān)量信號輸出電路的輸出端為兩個單刀雙擲開關(guān)，可輸出 不同的電源開關(guān)量分辨信號。
[0020] 優(yōu)選地，所述電壓穩(wěn)壓器采用的器件型號為LM3171Z，第一運算放大器、比較器 U2A和第二運算放大器都采用LM358,三極管采用9014。
[0021] 本實用新型將場效應(yīng)管的漏極源極之間的電壓變化引起的源極、柵極間電阻的變 化用在高壓電檢測電路中，成本低廉、不受周圍開關(guān)、電纜以及負載狀態(tài)的影響，工作穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本實用新型煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置的硬件原理圖；
[0023] 圖2為本實用新型的電源平板電極和檢測平板電極的示意圖；
[0024] 圖3為本實用新型的后續(xù)處理電路的電路圖。
[0025] 圖中：1_高壓電源引出端、2-電源平板電極、3-檢測平板電極、4-場效應(yīng)管、5-電 橋電路、6-放大電路、7-比較器電路、8-顯示電路、9-開關(guān)量信號輸出電路、U1-第一運算 放大器、U2A-比較器、U2B-第二運算放大器。

【具體實施方式】
[0026] 如圖1和圖3所示，本實施例中包含高壓電源引出端1、電源平板電極2、檢測平板 電極3、場效應(yīng)管4、電橋電路5和后續(xù)處理電路，后續(xù)處理電路包括放大電路6、比較器電路 7、顯示電路8和開關(guān)量信號輸出電路9。
[0027] 場效應(yīng)管4,用于將感應(yīng)到的電場變化信號轉(zhuǎn)換為電橋電路5的輸入信號；
[0028] 電橋電路5,用于將輸入的電場變化信號放大，形成比較器電路7的比較信號；
[0029] 顯示電路8,用于根據(jù)比較器電路7輸出的比較結(jié)果信號生成光電告警信號；
[0030] 開關(guān)量信號輸出電路9,用于根據(jù)比較器電路7輸出的比較結(jié)果信號生成開關(guān)量 控制信號。
[0031] 如圖2所示，高壓電源引出端1連接的信號線從一絕緣密封腔體中的一端穿入，在 絕緣密封腔體德另一端穿出，并與在穿出端固定的電源平板電極2相連接，絕緣密封腔體 的穿出端和電源平板電極2被高壓絕緣板夾持固定，之間通過硅膠粘合密封為一體。
[0032] 檢測平板電極3表面也通過硅膠密封，電源平板電極2和檢測平板電極3間保持 平行。
[0033] 如圖3所示，檢測平板電極3串聯(lián)電阻R1后連接場效應(yīng)管4的柵極；場效應(yīng)管4 的源極串聯(lián)檢測電阻R2后接地；場效應(yīng)管4的漏極串聯(lián)電阻R9后連接工作電源，該工作電 源與場效應(yīng)管4的漏極之間還并聯(lián)有電容C1、電容C2,使得電壓穩(wěn)定不受周圍電磁場的干 擾，該工作電源連接電阻R9后，還連接有肖特基二極管D1并接地；場效應(yīng)管4的漏極還依 次連接電阻R3、可變電阻RW1和電阻R4后接地，電阻R3和電阻R4分別連接可變電阻RW1 的兩個固定端。
[0034] 電橋電路5包括連接在場效應(yīng)管4源極的檢測電阻R2,連接在場效應(yīng)管4漏極的 電阻R3、電阻R4、可變電阻RW1、電阻R9、電容C1、電容C2以及肖特基二極管D1。
[0035] 放大電路6包括第一運算放大器U1、若干電阻、電容，第一運算放大器U1的正輸入 端通過電阻R5連接至場效應(yīng)管4的源極，第一運算放大器U1的負輸入通過電阻R6連接至 可變電阻RW1的滑動端，第一運算放大器U1的輸出端與正輸入端之間依次串聯(lián)有電阻R8 和電阻Ra，電阻R8、電阻Ra之間的一點與第一運算放大器U1負輸入端之間還連接有電阻 Rb、可變電阻RW2、電阻R7,電阻Rb和電阻R7分別連接可變電阻RW2的兩個固定端；第一運 算放大器U1的輸出端連接可變電阻RW3的固定端，可變電阻RW3的另一固定端接地。
[0036] 比較器電路7包括比較器U2A和第二運算放大器U2B，比較器U2A的正輸入端連接 可變電阻RW3的滑動端，其負輸入端通過電阻R10連接工作電源，其負輸入端還連接可變電 阻RW4的固定端，可變電阻RW4的另一固定端接地，；比較器U2A的工作電源與地之間并聯(lián) 電容C6。比較器U2A的輸出端通過電阻R12連接第二運算放大器U2B的正輸入端，還通過 電阻R13連接開關(guān)量信號輸出電路9中的三極管V2的基極。
[0037] 第二運算放大器U2B的輸出端與負輸入端之間連接有電阻R15,第二運算放大器 U2B的輸出端連接顯示電路8,第二運算放大器U2B輸出的電壓為顯示電路8供電。
[0038] 開關(guān)量信號輸出電路9輸出有電和無電狀態(tài)開關(guān)量信號供監(jiān)控系統(tǒng)采集，包括三 極管V2、V3、V4、V5、V6,以及電壓穩(wěn)壓器U3、U4、U8、U9和跳線器組J3、J4,開關(guān)量信號輸出 電路9的輸出端為兩個單刀雙擲開關(guān)，可輸出不同的電源開關(guān)量分辨信號。
[0039] 工作原理：被測電源通過高壓電源引出端連接電源平板電極，當被測電源端有電， 電源平板電極產(chǎn)生電場；在一定距離內(nèi)放置與電源平板電極平行的檢測平板電極，檢測平 板電極通過電阻連接場效應(yīng)管的柵極，受柵極電場的影響，場效應(yīng)管的源極漏極間阻抗將 發(fā)出改變，由于源極漏極間阻抗作為一橋臂接入一電橋電路5,當高壓電源端從無電到有 電，場效應(yīng)管4的柵極電壓發(fā)生變化，場效應(yīng)管的源極漏極間導(dǎo)電溝道寬度也發(fā)生改變，源 極漏極間的阻抗發(fā)生改變，電橋失去平衡，檢測電阻R2兩端的電壓發(fā)生改變。放大電路6 將檢測到檢測電阻R2的上端與可變電阻RW1的滑動變阻器的滑動觸頭兩端的電壓放大并 輸入至比較器電路7的比較器的輸入端，比較器電路7將得到的電壓值與已預(yù)先設(shè)置的對 比電壓進行比較，將對比后的電壓差輸出至顯示電路8為其供電。當高壓電源端有電，相應(yīng) 的顯示電路8將顯示有電時的設(shè)定信號，高壓電源端無電時，相應(yīng)地顯示對應(yīng)于無電狀態(tài) 的設(shè)定信號。相應(yīng)地，開關(guān)量信號輸出電路9分別輸出有電和無電狀態(tài)開關(guān)量信號供監(jiān)控 系統(tǒng)米集。
[0040] 本實施例中，第一運算放大器、比較器和第二運算放大器都采用LM358型號，三極 管采用9014型號，電壓穩(wěn)壓器U3、U4、U8、U9采用LM3171Z，LM3171Z是應(yīng)用最為廣泛的電 源集成電路之一，它不僅具有輸出電壓可調(diào)的特點，又具備最簡單形式的恒流輸出的特點。 此外，還具有調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)壓性能好、噪聲低、紋波抑制比高等優(yōu)點。
[0041] 以上的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型 的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本 實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本實用新型的權(quán)利要求書確定的保 護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置，其特征在于，包括依次相連的高壓電源引 出端（1)、電源平板電極⑵、檢測平板電極（3)、場效應(yīng)管（4)、電橋電路（5)和后續(xù)處理電 路；所述后續(xù)處理電路與所述場效應(yīng)管（4)和所述電橋電路（5)相連，包括放大電路（6)、 比較器電路（7)、顯示電路⑶和開關(guān)量信號輸出電路（9); 所述高壓電源引出端（1)從被測高壓電源的其中一相電路線上引出，并連接所述電源 平板電極（2); 所述檢測平板電極（3)與所述電源平板電極（2)平行相對設(shè)置，并與場效應(yīng)管（4)的 柵極通過一電阻R1相連； 所述場效應(yīng)管（4)的源極通過一檢測電阻R2接地，所述場效應(yīng)管（4)的源極與所述放 大電路（6)相連； 所述電橋電路（5)包括連接在場效應(yīng)管（4)源極的檢測電阻R2以及連接在所述場效 應(yīng)管（4)漏極的電阻R3、電阻R4、可變電阻RW1 ; 所述放大電路（6)的輸出端連接所述比較器電路（7)，所述比較器電路（7)的輸出端連 接所述顯示電路（8)和所述開關(guān)量信號輸出電路（9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置，其特征在于， 所述場效應(yīng)管（4)的漏極連接電源端，連接在場效應(yīng)管（4)的漏極的電阻R3、可變電阻 RW1、電阻R4依次相連，電阻R3和電阻R4分別連接可變電阻RW1的兩個固定端，電阻R4另 一端接地； 所述放大電路（6)包括第一運算放大器（U1)和可變電阻RW3,所述第一運算放大器 (U1)的輸出端連接可變電阻RW3的固定端； 所述放大電路（6)中第一運算放大器（U1)的正輸入端連接所述場效應(yīng)管（4)的源極， 所述第一運算放大器（U1)的負輸入端連接所述可變電阻RW1的滑動端； 所述比較器電路（7)包括比較器U2A和第二運算放大器（U2B); 所述比較器電路⑵的比較器U2A的正輸入端連接所述放大電路（6)中可變電阻RW3 的滑動端，所述比較器U2A輸出的電壓值與已預(yù)先設(shè)置的對比電壓進行比較，所述比較器 U2A的輸出端連接所述第二運算放大器（U2B)的正輸入端，所述第二運算放大器（U2B)的輸 出端連接所述顯示電路（8)并為顯示電路（8)供電； 所述比較器電路（7)還與所述開關(guān)量信號輸出電路（9)相連，所述開關(guān)量信號輸出 電路（9)包括若干三極管和電壓穩(wěn)壓器，來輸出有電和無電狀態(tài)開關(guān)量信號供監(jiān)控系統(tǒng)米 集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦用隔爆電源檢測驗電饋電裝置，其特征在于， 所述電源平板電極（2)和所述檢測平板電極（3)外層包覆有高壓絕緣板、內(nèi)層為金屬 平板電極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源檢測驗電饋電裝置，其特征在于， 所述電橋電路（5)還包括電阻R9、電容C1、電容C2以及肖特基二極管D1 ; 所述比較器U2A的輸出端與所述開關(guān)量信號輸出電路（9)的三極管V2的基極相連； 所述放大電路（6)包括還若干電阻、電容，所述第一運算放大器（U1)的正輸入端連接 有一電阻R5,并連接至場效應(yīng)管（4)的源極，第一運算放大器（U1)的負輸入端連接有一電 阻R6并連接至可變電阻RW1的滑動端，第一運算放大器（U1)的輸出端與正輸入端之間串 聯(lián)有電阻R8和電阻Ra，電阻R8、電阻Ra之間的一點與第一運算放大器（U1)負輸入端之間 還依次串聯(lián)有電阻R7、可變電阻RW2、電阻Rb ; 所述比較器電路（7)中，所述比較器U2A的負輸入端通過電阻R10連接工作電源，還通 過可變電阻RW4接地，所述工作電源與可變電阻的滑動端之間還連接有電容C6 ;所述第二 運算放大器（U2B)的正輸入端與第一運算放大器（U1)的輸出端通過電阻R12相連，所述第 二運算放大器（U2B)的輸出端與負輸入端通過電阻R15相連； 所述開關(guān)量信號輸出電路（9)包括三極管V2、V3、V4、V5、V6,以及電壓穩(wěn)壓器U3、U4、 U8、U9和J3、J4跳線器組，所述開關(guān)量信號輸出電路（9)的輸出端為兩個單刀雙擲開關(guān)，可 輸出不同的電源開關(guān)量分辨信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源檢測驗電饋電裝置，其特征在于， 所述電壓穩(wěn)壓器采用的器件型號為LM3171Z，第一運算放大器（U1)、比較器U2A和第二 運算放大器（U2B)采用LM358,三極管采用9014。
【文檔編號】G01R19/145GK203894310SQ201420053840
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】孫登云 申請人:孫登云