一种本安型电源电路、风速风量测量电路及装置的制作方法

1.本实用新型属于风速风量测量技术领域，具体涉及一种本安型电源电路、风速风量测量电路及装置。


背景技术：

2.在如粉尘车间、化工厂、消毒车间等易燃易爆的危险场所中需要对风速风量进行控制，对风速风量进行控制就需要对风速风量进行测量，在危险场所中可采用本安型装置进行测量。危险场所中一般分为安全栅隔离安全区和危险区，本安型装置位于危险区内，由安全栅供电。在本安型装置工作的过程中，安全栅会出现不同程度的电压跌落，即产生压降，导致安全栅的输出电压产生不同的变化，由此，为了给本安型装置电路中的负载提供稳定供电，本安型装置电路中需要设置电源电路对安全栅的输出电压进行处理后再给负载供电。现有技术中，对于36v以下的直流设备供电通常采用ldo或dcdc的方式，但在使用dcdc或ldo电源管理芯片时都存在问题。使用dcdc芯片能够满足电路中对于安全栅低功耗的要求，但无法避免使用多个电容对电压进行前馈、振荡和滤波的处理，而根据本质安全型规范gb3836.4的要求，电容容值被严格限制，无法实现；如果采用ldo的方式，其根据压降的程度和后端负载的大小，无法避免较高的功耗。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于解决现有技术中给本安型装置电路中的负载提供稳定供电的技术问题，提供一种本安型电源电路。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.一种本安型电源电路，包括限流电路、限压电路和稳压电路；所述限流电路包括三个以上依次连接的肖特基二极管，肖特基二极管为共阴极肖特基二极管，每个肖特基二极管的第一阳极端与第二阳极端连接形成连接点，其中第一个肖特基二极管的连接点为电源电路的输入端，相邻肖特基二极管中前一个的公共端与后一个的连接点连接；所述限压电路包括三个以上的稳压二极管，每个稳压二极管的负极连接后与最后一个肖特基二极管的公共端连接，每个稳压二极管的正极连接并接地；所述稳压电路包括三端可调分流基准源、第二三极管、第三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第三电容、第四电容和第五电容，第二三极管为npn型；所述第十四电阻的第一端和第二三极管的集电极均与稳压二极管的负极连接，第二三极管的基极和三端可调分流基准源的节制端均与第十四电阻的第二端连接，第四电容连接在三端可调分流基准源的取样端和节制端之间，第十五电阻的第一端与第二三极管的发射极连接，第十五电阻的第二端串联第十六电阻后与三端可调分流基准源的接地端连接并接地，第三电容和第五电容的第一端均与第二三极管的发射极连接，第三电容和第五电容的第二端均接地，第二三极管的发射极串联第三电阻后作为电源电路的输出端。
6.本实用新型所提供的电源电路可作为风速风量测量装置中电路的一部分，电源电
路的输入端连接安全栅的电压输出端，电源电路的输出端为本安型装置电路中的负载供电；本实用新型中肖特基二极管具有限流的作用，能够对电压进行钳位，降低导通电压的损耗，三个以上的肖特基二极管构成多重过流保护，以保证在出现部分硬件故障的情况下，仍能够实现保护效果；本实用新型中稳压二极管能够将电压控制在其稳压范围内，可防止过压，三个以上的稳压二极管构成多重过压保护，在短路的情况下，可有效限制电流大小，还可以保证在出现部分硬件故障的情况下，仍能够实现保护效果；本实用新型中设置了基于三端可调分流基准源的稳压电路，该稳压电路的输出电压恒定，第二三极管的发射极作为电源电路的输出端，根据三端可调分流基准源的特性，该输出端输出电压的变化反馈至三端可调分流基准源的取样端，当三端可调分流基准源的取样端引入反馈时，三端可调分流基准源的节制端会产生较大的电流变化，并反馈至第二三极管，第二三极管发射极的输出电压进行调整，从而可保证输出稳定的电压，与现有技术中的dcdc与ldo方式相比，本实用新型中设置了基于三端可调分流基准源的稳压电路可以进行特殊的功率匹配调制，从而满足低功耗和小容值的需求。
7.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述三端可调分流基准源型号为tl431。本实用新型采用tl431，具有体积小、基准电压精密可调以及输出电流范围大的优点。
8.一种本安型风速风量测量电路，包括电源模块以及依次连接的传感器模块、主控模块、数模转换模块和运算放大模块，电源模块为以上所述的电源电路，电源模块为传感器模块、主控模块、数模转换模块和运算放大模块供电；所述传感器模块，用于采集风速风量信号，并将风速风量信号转换为数字信号传输至主控模块；所述主控模块，用于将接收的数字信号传输至数模转换模块；所述数模转换模块，用于将接收的数字信号转换为模拟信号传输至运算放大模块；所述运算放大模块，用于将接收的模拟信号进行放大处理，输出风速风量标准信号。本实用新型中传感器模块、主控模块、数模转换模块和运算放大模块与电源模块构成风速风量测量电路，可完成对风速风量信号的采集至最终输出风速风量标准信号的过程，其中采用上述电源电路作为电源模块对这些模块进行供电，供电稳定。
9.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述传感器模块包括压力传感器、第四电阻和第五电阻，第四电阻和第五电阻的第一端均与电源模块的输出端连接，第四电阻和第五电阻的第二端分别连接压力传感器的时钟引脚和数据引脚，压力传感器的电源引脚与电源模块的输出端连接，压力传感器的接地引脚接地。本实用新型中压力传感器可将采集的风速风量信号转换为数字信号，第四电阻和第五电阻为上拉电阻，可增强压力传感器的信号通信。
10.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述主控模块包括单片机、第六电阻和第一电容，第六电阻的第一端与电源模块的输出端连接，第六电阻的第二端串联第一电容后接地，第六电阻和第一电容的节点与单片机的复位引脚连接，单片机的输入引脚与压力传感器的输出引脚连接，单片机的正数字电源电压引脚和正模拟电源电压引脚均与电源模块的输出端连接，单片机的数字电路地引脚和模拟电路地引脚均接地。本实用新型中单片机的输入引脚连接压力传感器的输出引脚，接收压力传感器输出的数字信号，其中第六电阻和第一电容与单片机的复位引脚构成单片机的复位电路。
11.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述数模转换模块包括数模转换器和第二电容，数模转换器的电源引脚与电源模块的输出端连接，数模转换器的输入引脚连接单片
机的输出引脚，第二电容的第一端连接数模转换器的电源引脚，第二电容的第二端接地, 数模转换器的接地引脚接地。本实用新型中数模转换器的输入引脚连接单片机的输出引脚，接收单片机输出的数字信号，其中第二电容作为滤波电容，可使得数模转换器的供电更稳定。
12.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述运算放大模块包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一三级管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第十三电阻，第一三极管为npn型；所述第八电阻的第一端与数模转换器的输出引脚连接，第八电阻的第二端与第一运算放大器的同相输入端连接，第十三电阻的第一端连接第一运算放大器的反相输入端，第十三电阻的第二端接地，第一运算放大器的正电源端与第一个肖特基二极管的连接点连接，第一运算放大器的负电源端接地；所述第一运算放大器的输出端串联第九电阻后与第一三级管的基极连接，第一三级管的集电极与第一运算放大器的正电源端连接，第十二电阻的第一端与第一运算放大器的反相输入端连接，第十二电阻的第二端与第一三级管的发射极连接，第一三级管的发射极依次串联有第十电阻和第十一电阻；所述第七电阻的第一端与第一运算放大器的同相输入端连接，第七电阻的第二端与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端连接，第二运算放大器的同相输入端与第十电阻和第十一电阻的节点连接。本实用新型设置运算放大模块对数模转换器输出的模拟信号进行放大处理，将第九电阻后连接第一三级管的基极，可限制第一三级管发射极输出的电流不会过大，通过将第九电阻和第一三级管设置在第一运算放大器的输出端，进而限制运算放大模块输出的电流不会过大。
13.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述压力传感器型号为dlc-l02d，单片机型号为msp430，数模转换器的型号为dac7512。本实用新型中压力传感器采用iic的通信方式与单片机进行数据传输，数模转换器采用spi接口与单片机通信；msp430采用内部晶振，该单片机允许使用低功耗模式，能够最大限度的将运行所需要的电流降低。
14.一种本安型风速风量测量装置，包括以上所述的本安型风速风量测量电路。本实用新型测量装置采用上述测量电路，可完成对风速风量的检测，且运行稳定。
15.对本实用新型技术方案的进一步限定，所述本安型风速风量测量电路设于壳体内，压力传感器上的正压接嘴和负压接嘴通过硅胶管与探杆连通。本实用新型中探杆用于采集风速风量的压力，并通过硅胶管引至压力传感器的正压接嘴和负压接嘴，再由压力传感器完成对风速风量信号的采集并转换为数字信号输出，然后通过主控模块、数模转换模块和运算放大模块的处理，最终输出风速风量标准信号；现有技术中风速风量测量装置一般分为一体式和分体式两种类型，一体式用于测点风速，分体式用于均风速或风量的测量，一体式和分体式的区别在于探杆的类型以及探杆与壳体之间的是否连接，本实用新型在实施时，可根据现有技术中一体式和分体式的结构，采用现有技术中的壳体和探杆结合所述本安型风速风量测量电路，制作这两个类型的测量装置。
16.本实用新型有益效果是：1）本实用新型能够给本安型装置电路中的负载提供稳定供电。
17.2）本实用新型设置了基于三端可调分流基准源的稳压电路可以进行特殊的功率匹配调制，能够满足低功耗和小容值的需求。
附图说明
18.图1为实施例1本安型电源电路示意图。
19.图2为实施例2本安型风速风量测量电路示意图。
20.图3为实施例2传感器模块示意图。
21.图4为实施例2主控模块示意图。
22.图5为实施例2数模转换模块示意图。
23.图6为实施例2运算放大模块示意图。
24.图7为实施例3示意图一。
25.图8为实施例3示意图二。
26.图9为实施例4示意图一。
27.图10为实施例4示意图二。
具体实施方式
28.下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
29.实施例1
30.如图1所示，一种本安型电源电路，包括限流电路、限压电路和稳压电路；所述限流电路包括三个肖特基二极管，分别为d1、d2和d3，三个肖特基二极管均为共阴极肖特基二极管，每个肖特基二极管的第一阳极端与第二阳极端连接形成连接点，肖特基二极管d1的连接点为电源电路的输入端，肖特基二极管d1的公共端与肖特基二极管d2的连接点连接，肖特基二极管d2的公共端与肖特基二极管d3的连接点连接；所述限压电路包括三个稳压二极管，分别为d4、d5和d6，三个稳压二极管的负极连接后与肖特基二极管d3的公共端连接，三个稳压二极管的正极连接并接地；所述稳压电路包括三端可调分流基准源d7、第二三极管q2、第三电阻r3、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第三电容c3、第四电容c4和第五电容c5，第二三极管q2为npn型；所述第十四电阻r14的第一端和第二三极管q2的集电极均与稳压二极管的负极连接，第二三极管q2的基极和三端可调分流基准源d7的节制端c均与第十四电阻r14的第二端连接，第四电容c4连接在三端可调分流基准源的取样端ref和节制端c之间，第十五电阻r15的第一端与第二三极管q2的发射极连接，第十五电阻r15的第二端串联第十六电阻r16后与三端可调分流基准源d7的接地端a连接并接地，第三电容c3和第五电容c5的第一端均与第二三极管q2的发射极连接，第三电容c3和第五电容c5的第二端均接地，第二三极管q2的发射极串联第三电阻r3后作为电源电路的输出端。
31.本实施例中，所述三端可调分流基准源型号为tl431。根据tl431的使用说明，在具体实施时，通过设置第十五电阻和第十六电阻的阻值，可以将电源电路输出端的电压设置在所需范围内。
32.实施例2
33.如图2所示，一种本安型风速风量测量电路，包括电源模块以及依次连接的传感器模块、主控模块、数模转换模块和运算放大模块，电源模块为实施例1中所述的电源电路，电源模块为传感器模块、主控模块、数模转换模块和运算放大模块供电；所述传感器模块，用于采集风速风量信号，并将风速风量信号转换为数字信号传输至主控模块；所述主控模块，用于将接收的数字信号传输至数模转换模块；所述数模转换模块，用于将接收的数字信号
转换为模拟信号传输至运算放大模块；所述运算放大模块，用于将接收的模拟信号进行放大处理，输出风速风量标准信号。
34.如图3所示，所述传感器模块包括压力传感器u4、第四电阻r4和第五电阻r5，第四电阻r4和第五电阻r5的第一端均与电源模块的输出端连接，第四电阻r4和第五电阻r5的第二端分别连接压力传感器u4的时钟引脚scl和数据引脚sda，压力传感器u4的电源引脚vdd与电源模块的输出端连接，压力传感器u4的接地引脚vss接地。
35.本实施例中，压力传感器u4型号为dlc-l02d。
36.如图4所示，所述主控模块包括单片机u2、第六电阻r6和第一电容c1，第六电阻r6的第一端与电源模块的输出端连接，第六电阻r6的第二端串联第一电容c1后接地，第六电阻r6和第一电容c1的节点与单片机u2的复位引脚rst连接，单片机u2的正数字电源电压引脚dvcc和正模拟电源电压引脚avcc均与电源模块的输出端连接，单片机u2的数字电路地引脚dvss和模拟电路地引脚avss均接地。
37.本实施例中，单片机u2型号为msp430，如图3和图4所示，单片机u2的引脚11、引脚12和引脚13分别与压力传感器u4的引脚eoc、引脚sda和引脚scl连接，以实现压力传感器u4和单片机u2之间的iic的通信，进行数据传输。
38.如图5所示，所述数模转换模块包括数模转换器reg1和第二电容c2，数模转换器reg1的电源引脚vdd与电源模块的输出端连接，第二电容c2的第一端连接数模转换器reg1的电源引脚vdd，第二电容c2的第二端接地, 数模转换器的接地引脚gnd接地。
39.本实施例中，数模转换器reg1型号为dac7512，如图4和图5所示，数模转换器reg1的引脚、引脚sclk和引脚din分别与单片机u2的引脚36、引脚37和引脚38连接，以实现数模转换器reg1与单片机u2之间的spi接口通信，进行数据传输。
40.如图6所示，所述运算放大模块包括第一运算放大器u3a、第二运算放大器u3b、第一三级管q1、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12和第十三电阻r13，第一三极管q1为npn型；所述第八电阻r8的第一端与数模转换器reg1的输出引脚连接，第八电阻r8的第二端与第一运算放大器u3a的同相输入端连接，第十三电阻r13的第一端连接第一运算放大器u3a的反相输入端，第十三电阻r13的第二端接地，第一运算放大器u3a的正电源端与肖特基二极管d1的连接点连接，第一运算放大器u3a的负电源端接地；所述第一运算放大器u3a的输出端串联第九电阻r9后与第一三级管q1的基极连接，第一三级管q1的集电极与第一运算放大器u3a的正电源端连接，第十二电阻r12的第一端与第一运算放大器u3a的反相输入端连接，第十二电阻r12的第二端与第一三级管q1的发射极连接，第一三级管q1的发射极依次串联有第十电阻r10和第十一电阻r11；所述第七电阻r7的第一端与第一运算放大器u3a的同相输入端连接，第七电阻r7的第二端与第二运算放大器u3b的输出端连接，第二运算放大器u3b的反相输入端与第二运算放大器u3b的输出端连接，第二运算放大器u3b的同相输入端与第十电阻r10和第十一电阻r11的节点连接。
41.本实施例中运算放大模块的输出端为第十一电阻r11远离第十电阻r10的一端，输出风速风量标准信号，运算放大模块的输出端即为测量电路的输出端。
42.本实施例再具体实施时，合理设置运算放大模块中各元件的规格，将输出的风速风量标准信号限制在4-20ma的范围内。
43.实施例3
44.如图7和图8所示，一种本安型风速风量测量装置的一个实施例，为一体式类型。本实施例中，壳体由底壳1和上盖5构成，底壳1上设有铭牌2，铭牌2上记录厂家商标识别、品牌区分，产品参数等信息，本安型风速风量测量电路设置在电路板4上，电路板4通过m3圆头螺丝3固定在底壳1内，上盖5通过m6沉头防脱落螺丝6与底壳1固定连接。
45.本实施例中在底壳1侧壁对称设有两组m16*1.5螺母7、φ16密封垫8和m16as-08防爆电缆夹紧密封接头9，利用m16*1.5螺母7将m16as-08防爆电缆夹紧密封接头9固定在底壳1上，m16*1.5螺母7和m16as-08防爆电缆夹紧密封接头9之间设有φ16密封垫8，其中一组用于封锁接入壳体的电源和信号的电缆线，另一组用于封锁接入壳体的地线。
46.本实施例基于皮托管原理进行风速风量信号的采集，选用截面为圆形的不锈钢探杆，适用于测点风速，利用m12薄螺母10将探杆13的尾部固定在底壳1上，m12薄螺母10与底壳1中间设有φ12密封垫11，探杆13上套设有zg1/2-φ8卡接套头12，探杆13的顶部开有一对正、负采集孔，探杆13尾部设有一对与正、负采集孔对应的正引压接嘴和负引压接嘴，利用两段硅胶管将正引压接嘴和负引压接嘴分别与压力传感器u4的正压接嘴和负压接嘴连通，图8中省略了电路板4、压力传感器u4的正压接嘴和负压接嘴以及两段硅胶管。
47.本实施例在使用时，先在待测管道上开一个孔，然后将探杆13插入待测管道，并调整探杆13，将探杆13上的正、负采集孔分别对准管道截面中心位置，最后通过zg1/2-φ8卡接套头12将探杆13固定在待测管道的开口上即可。
48.实施例4
49.如图9和图10所示，一种本安型风速风量测量装置的一个实施例，为分体式类型，与实施例3相比，本实施例中不包括为m12薄螺母10、φ12密封垫11和zg1/2-φ8卡套接头12，本实施例中还包括两个m10*1螺母14、φ10密封垫15、两个m6穿板宝塔接头16和硅胶管17，底壳1侧壁开设相应孔用于安装m6穿板宝塔接头16，利用m10*1螺母14将m6穿板宝塔接头16安装在底壳1上，m10*1螺母14和m6穿板宝塔接头16之间设有φ10密封垫15。
50.本实施例中选用截面为菱形的铝制探杆，适用于均风速或风量检测，本实施例中的探杆13与实施例3中相比，结构较为复杂，可参见申请号为201920263417.5的实用新型专利一种菱形风量测量装置，本实施例中的探杆13相当于其中的测量管，本实施例中探杆13一端不设置采样管，改为设置两个引压接嘴19，利用两段硅胶管17将两个引压接嘴19分别与两个m6穿板宝塔接头16连通，再利用两段硅胶管17将两个m6穿板宝塔接头16分别与压力传感器u4的正压接嘴和负压接嘴连通，本实施例中探杆13上套设有两个内孔法兰盘18。
51.本实施例在使用时，先在待测管道上对称开设两个孔，孔距为管道直径，再将探杆13通过这两个孔贯穿管道，然后通过两个内孔法兰盘18将探杆13再两个开孔处固定，底壳1和上盖2可通过自攻螺丝固定在墙面或管道的其他位置。