一種用于壓力變送器的測量電路的制作方法
【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測量電路，包括：壓力變送器的供電電源電路Part_A、壓力變送器的信號(hào)采樣電路Part_B；所述的壓力變送器的供電電源電路Part_A一端通過接線端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(hào)采樣電路Part_B一端通過接線端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。本實(shí)用新型適用于柴油機(jī)冷卻水、滑油、進(jìn)機(jī)空氣等介質(zhì)的壓力信號(hào)測量的也可應(yīng)用于其它動(dòng)力裝備的監(jiān)控系統(tǒng)。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】
一種用于壓力變送器的測量電路
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，主要涉及用于柴油機(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(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)測量是工業(yè)自動(dòng)化控制中常用的測量技術(shù)手段，根據(jù)應(yīng)用場合、測量范 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，但隨著測量線路的延長引起線路電阻增加進(jìn)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(hào)，可以消除傳輸線路 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測量電 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測量電路，包括: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Part_A、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Part_B;
[0006] 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信號(hào)采樣電路Part_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。
[0007] 一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Part_A由二 極管Dl通過三極管Ql與場效應(yīng)管Q2相連，三極管Ql與場效應(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與場效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場效應(yīng)管Q2型號(hào) 為FQD17P06。
[0008] 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(hào)采樣電路Part_B由場 效應(yīng)管Q4通過取樣電阻與運(yùn)放器AD8608相連組成；與場效應(yīng)管Q4相連的取樣電阻取樣端為 D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F端點(diǎn)；場效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。
[0009] 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：
[0010] 本實(shí)用新型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(shí)現(xiàn)了基 本測量功能的同時(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】
[0011] 圖1為用于壓力變送器的測量方法及測量電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型加以說明：
[0013] 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(hù)功能的壓力變送器的供電電源電路Part_A、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Part_B;
[0014] 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信號(hào)采樣電路Part_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Part_A*二極管Dl通過三極管Ql與場效應(yīng)管 Q2相連，三極管Ql與場效應(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與場效 應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器LM2901相連;場效應(yīng)管Q2型號(hào)為FQD17P06。
[0016] 所述的壓力變送器的信號(hào)采樣電路Part_B由場效應(yīng)管Q4通過取樣電阻與運(yùn)放器 AD8608相連組成；與場效應(yīng)管Q4相連的取樣電阻取樣端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F 端點(diǎn)；場效應(yīng)管Q4型號(hào)為2N7002。
[0017] 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(shí)完成對(duì)壓力變送器信號(hào)的轉(zhuǎn)換、放大和采樣，并具有分級(jí)過流保護(hù)功能，即對(duì)測量電 路的總電流和各采集通道的分電流都有對(duì)應(yīng)的過流保護(hù);包括:壓力變送器的供電電源保 護(hù)方法、壓力變送器的信號(hào)采樣保護(hù)方法
[0018] 1)、將4-20mA測量電路采集的電信號(hào)傳輸至處理器M⑶第四輸入端，其中壓力變送 器以串連方式接入電路；
[0019] 2)、4-20mA測量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)M⑶-PW-CRT實(shí)現(xiàn)對(duì)4-20mA測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)M⑶-PW-CRT為邏輯1時(shí)，電壓UE接近5V，三極管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，場效應(yīng)管Q2為P溝道MOS管，其柵源極閥值電壓V GS(th) = 4V，實(shí)際Q2的柵源極電壓Vgs ? 24V-UB = 12V>VGS(th)故Q2導(dǎo)通，24V供電電源被接入測量電 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0V，三極管Q3截止，電壓 UB約為24V，三極管Q2的柵源極電壓Vgs ? 24V-UB = 0V<VGS(th)故三極管Q2關(guān)斷，24V供電電源 被斷開；
[0023]局部電路Par t_A的總電流過流保護(hù)功能是指當(dāng)4-20mA測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]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Part_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；即局部電 路
[0026] 傳感器通道采集電路Part_B，每個(gè)傳感器通道采集電路Part_B輸出采樣信號(hào) Output-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；
[0028]局部電路Part_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借的作用，故〇?士:2次￡羽 (19)
[0031]根據(jù)傳感器壓力與電流的關(guān)系，以O(shè)-IMPa量程為例，待測壓力值P為
[0032]
[0033] 枏? TDi^D占由壓UD有如下關(guān)系：
[0034]
[0035] 將公式（18)、（19)、（21)代入(20)可得
[0036]
[0037] M⑶按照公式(22)即可計(jì)算出待測壓力值，單位MPa;
[0038] 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 測到輸入電壓UF超過此量程上限時(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;場效應(yīng)管Q4為N溝道MOS管，其柵源極閥值電壓VGS(th) = 3V，當(dāng)MCU-CH-CRT為邏輯0時(shí)，場效應(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；
[0039] 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Output-MCU-PW的值來判斷電路的供電狀態(tài)，一旦Output-MCU-PW為0，則MCU認(rèn)為測量 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：
[0040] 當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1，24V供電電源接入測量電路，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)，Output-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?;
[0041 ] 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Ul輸出端 為低阻導(dǎo)通狀態(tài)，Output-MCU-PW接近0V，MCU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?;
[0042] 當(dāng)MCU-PW-CRT為邏輯1正常供電時(shí)，如果電路出現(xiàn)過流，IRl為350mA，則URl為 0.7V，故三極管Ql飽和導(dǎo)通，UB電壓約24V，UB>UC，比較器Ul輸出端為低阻導(dǎo)通狀態(tài)， Output-M⑶-PW接近0V，M⑶將其讀作邏輯0,此時(shí)M⑶認(rèn)為電路總工作電流異常需要對(duì)測量 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測量電路，其特征是:包括: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Part_A、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Part_B; 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信號(hào)采樣電路Part_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。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于壓力變送器的測量電路，其特征是: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與場效應(yīng)管Q2相連，三極管Ql與場效應(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與場效應(yīng)管Q2相連B端點(diǎn)與比較器 LM2901相連;場效應(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測量電路，其特征是:所述的壓力變送 器的信號(hào)采樣電路Part_B由場效應(yīng)管Q4通過取樣電阻與運(yùn)放器AD8608相連組成;與場效應(yīng) 管Q4相連的取樣電阻取樣端為D端點(diǎn)，運(yùn)放器AD8608輸出端為F端點(diǎn)；場效應(yīng)管Q4型號(hào)為 2N7002〇
【文檔編號(hào)】G01L19/00GK205538068SQ201620108824
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】楊迅
【申請(qǐng)人】河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司