一種用于壓力變送器的供電電源保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于柴油機監(jiān)控技術領域，公開的一種用于壓力變送器的供電電源保護電路，是為壓力變送器測量電路提供電源及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，該電路由二極管D1通過三極管Q1與場效應管Q2相連，三極管Q1與場效應管Q2相連B端點通過三極管Q3連接處理器MCU；三極管Q1與場效應管Q2相連B端點與比較器U1相連。本實用新型與壓力變送器的信號采樣保護電路結合的測量電路，適用于柴油機冷卻水、滑油、進機空氣等介質的壓力信號的測量，實現(xiàn)了對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。
【專利說明】
-種用于壓力變送器的供電電源保護電路
技術領域
[0001] 本實用新型屬于柴油機監(jiān)控技術領域，主要設及用于柴油機冷卻水、滑油、進機空 氣等介質的壓力信號測量的一種用于壓力變送器的供電電源保護方電路，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】
[0002] 壓力信號測量是工業(yè)自動化控制中常用的測量技術手段，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)明內容】
[0003] 為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提出一種用于壓力變送器的供電電源 保護電路。
[0004] 本實用新型為完成其發(fā)明任務采用如下技術方案：
[0005] -種用于壓力變送器的供電電源保護電路，是具有為壓力變送器測量電路提供電 源及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，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 場效應管Q2相連，Ξ極管Q1與場效應管Q2相連B端點通過Ξ極管Q3連接處理器Μ〇];Ξ極管 Q1與場效應管Q2相連Β端點與比較器U1相連。
[0006] -種用于壓力變送器的供電電源保護電路，所述的場效應管Q2型號為FQD17P06。
[0007] 一種用于壓力變送器的供電電源保護電路，所述的比較器U1型號為LM2901。
[000引由于采用如上所述的技術方案，本實用新型具有如下優(yōu)越性：
[0009] -種用于壓力變送器的供電電源保護電路與壓力變送器的信號采樣保護電路結 合，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。
[ocm]圖2為圖1壓力變送器的供電電源電路?曰的_4放大圖。
【具體實施方式】
[0012] 結合附圖和具體實施例對本發(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電路，是具有為壓力變送器測 量電路提供電源及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， 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功能的壓力變送器的供電電源電路化d_A與具 有對壓力變送器信號進行轉換、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結合構成一種用于壓力變送器的測量電路;其中的壓力變送器的信 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。
[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與場效應管 Q2相連，Ξ極管Q1與場效應管Q2相連B端點通過Ξ極管Q3連接處理器Μ〇];Ξ極管Q1與場效 應管Q2相連Β端點與比較器LM2901相連;場效應管Q2型號為FQD17Ρ06。
[0016] 所述的壓力變送器的信號采樣電路化d_B由場效應管Q4通過分壓電阻與運放器 AD8608相連組成;與場效應管Q4相連的分壓電阻分壓端為D端點，運放器AD8608輸出端為F 端點;場效應管Q4型號為2N7002。
[0017] -種用于壓力變送器的供電電源保護方法，具有過流保護功能，即對測量電路的 總電流有對應的過流保護；
[001引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；
[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 流過流保護功能；
[0020] 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)的關系：
[0021] 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯1時，電壓肥接近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M0S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>Vcsrth)故Q2導通，24V供電電源被接入測量電 路；
[0022] 當控制信號MCU-PW-CRT為邏輯0時，對應輸入電壓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的總電流過流保護功能是指當4-20mA測量電路總工作電流超過 設定的額定電流值時，電路會自動將24V供電電源斷開，達到電路保護的目的；
[0024] W12路壓力傳感器提供電源為例說明保護原理，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測量電路 額定電流值設為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。
[0025] 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換、放大和采樣，同時具有對單路傳感器的過流保護功能；
[0026] 傳感器通道采集電路化rt_B，每個傳感器通道采集電路化rt_B輸出采樣信號 Ou化ut-MCU-AD分別送入MCU進行AD采樣；
[0027] 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 者能夠實現(xiàn)對測量電路的供電控制，后者能夠實現(xiàn)對每個通道采集電路的單獨控制.
[00%]局部電路化d_B將壓力變送器輸入的4-20mA信號轉換為電壓信號并放大后送入 MCU，MCU根據(jù)電壓值計算出電流值，并根據(jù)電流與壓力的轉換公式計算出實際的壓力值； MCU對輸入電壓UF進行12位AD轉換，有
[0029]
[0030] 運放U2對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系，待測壓力值P為
[0033]
[0034] 根據(jù)ID與圖中D點電壓UD有如下關系，
[0035]
[0036] 將公式（18)、（19)、（21)代入(20)可得
[0037]
[003引 MCU按照公式(22)即可計算出待測壓力值，單位MPa;
[0039] 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0;場效應管Q4為N溝道M0S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 - 0V<VGs(th)，則Q4關斷，傳感器被斷開，達到了對該通 道傳感器過流保護的目的；
[0040] 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)對應關系為：
[OOW 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U1輸出端為高阻關斷狀態(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不變仍為1;
[0042] 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U1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不變仍為0;
[0043] 當MCU-PW-CRT為邏輯1正常供電時，如果電路出現(xiàn)過流，IR1為350mA，則UR1為 0.7V，故Ξ極管Q1飽和導通，UB電壓約24V，UB>UC，比較器U1輸出端為低阻導通狀態(tài)， Ou化ut-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。
【主權項】
1. 一種用于壓力變送器的供電電源保護電路，其特征是：一種用于壓力變送器的供電 電源保護電路，是具有為壓力變送器測量電路提供電源及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與場效應管Q2相連，三極管Ql與場效應管 Q2相連B端點通過三極管Q3連接處理器MCU;三極管Ql與場效應管Q2相連B端點與比較器Ul 相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于壓力變送器的供電電源保護電路，其特征是:所述的 場效應管Q2型號為FQD17P06。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于壓力變送器的供電電源保護電路，其特征是:所述的 比較器Ul型號為LM2901。
【文檔編號】G01L9/00GK205483379SQ201620108814
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月3日
【發(fā)明人】楊迅, 于楊
【申請人】河南柴油機重工有限責任公司