一种用于压力变送器的测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于柴油机监控技术领域，公开的一种用于压力变送器的测量电路，包括：压力变送器的供电电源电路Part_A、压力变送器的信号采样电路Part_B；所述的压力变送器的供电电源电路Part_A一端通过接线端P+与系统外部压力变送器电源端连接，另一端连接直流电源24V；所述的压力变送器的信号采样电路Part_B一端通过接线端P-与系统外部压力变送器信号输出端连接，另一端连接处理器MCU。本实用新型适用于柴油机冷却水、滑油、进机空气等介质的压力信号测量的也可应用于其它动力装备的监控系统。实现了对压力变送器供电电源保护和信号采样保护，降低了因为接线错误、变送器损坏而引起的测量电路损坏的风险，提高了柴油机监控系统的安全性、可靠性。
【专利说明】
一种用于压力变送器的测量电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于柴油机监控技术领域，主要涉及用于柴油机冷却水、滑油、进机空 气等介质的压力信号测量的一种用于压力变送器的测量方法及测量电路，也可推广应用于 其它动力装备的监控系统中。
【背景技术】
[0002] 压力信号测量是工业自动化控制中常用的测量技术手段，根据应用场合、测量范 围、精度要求、应用成本等因素，所选取的传感器类型各不相同。目前柴油机监控常用的压 力传感器多为压力变阻器和压力变送器两种形式，压力变阻器随压力变化输出线性电阻信 号，该种传感器造价低廉、使用广泛，但随着测量线路的延长引起线路电阻增加进而引起测 量误差将增大;压力变送器则随压力值变化输出4_20mA线性电流信号，可以消除传输线路 电阻引起的信号误差，随着工艺改进及造价降低该种传感器应用越来越广泛。压力变送器 测量电路中包含供电电源和信号采集两个部分，电路的工作可靠性将直接影响信号采集的 正确性，进而影响柴油机运行的安全性、可靠性。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种用于压力变送器的测量电 路。
[0004] 本实用新型为完成其发明任务采用如下技术方案：
[0005] -种用于压力变送器的测量电路，包括:具有供电控制和总电流过流保护功能的 压力变送器的供电电源电路Part_A、具有对压力变送器信号进行转换、放大和采样及对单 路传感器的过流保护功能的压力变送器的信号采样电路Part_B;
[0006] 所述的压力变送器的供电电源电路Part_A-端通过接线端P+与系统外部压力变 送器电源端连接，另一端连接直流电源24V;所述的压力变送器的信号采样电路Part_B-端 通过接线端P-与系统外部压力变送器信号输出端连接，另一端连接处理器MCU。
[0007] 一种用于压力变送器的测量电路，所述的压力变送器的供电电源电路Part_A由二 极管Dl通过三极管Ql与场效应管Q2相连，三极管Ql与场效应管Q2相连B端点通过三极管Q3 连接处理器MCU;三极管Ql与场效应管Q2相连B端点与比较器LM2901相连;场效应管Q2型号 为FQD17P06。
[0008] 一种用于压力变送器的测量电路，所述的压力变送器的信号采样电路Part_B由场 效应管Q4通过取样电阻与运放器AD8608相连组成；与场效应管Q4相连的取样电阻取样端为 D端点，运放器AD8608输出端为F端点；场效应管Q4型号为2N7002。
[0009] 由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：
[0010] 本实用新型所述压力变送器测量方法及测量电路与常规测量方式相比，实现了基 本测量功能的同时增加了压力变送器供电电源保护和信号采样保护，降低了因为接线错 误、变送器损坏而引起的测量电路损坏的风险，提高了柴油机监控系统的安全性、可靠性。
【附图说明】
[0011] 图1为用于压力变送器的测量方法及测量电路图。
【具体实施方式】
[0012] 结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明：
[0013] 如图1所示，一种用于压力变送器的测量电路，包括:具有供电控制和总电流过流 保护功能的压力变送器的供电电源电路Part_A、具有对压力变送器信号进行转换、放大和 采样及对单路传感器的过流保护功能的压力变送器的信号采样电路Part_B;
[0014] 所述的压力变送器的供电电源电路Part_A-端通过接线端P+与系统外部压力变 送器电源端连接，另一端连接直流电源24V;所述的压力变送器的信号采样电路Part_B-端 通过接线端P-与系统外部压力变送器信号输出端连接，另一端连接处理器MCU。
[0015] 所述的压力变送器的供电电源电路Part_A*二极管Dl通过三极管Ql与场效应管 Q2相连，三极管Ql与场效应管Q2相连B端点通过三极管Q3连接处理器MCU;三极管Ql与场效 应管Q2相连B端点与比较器LM2901相连;场效应管Q2型号为FQD17P06。
[0016] 所述的压力变送器的信号采样电路Part_B由场效应管Q4通过取样电阻与运放器 AD8608相连组成；与场效应管Q4相连的取样电阻取样端为D端点，运放器AD8608输出端为F 端点；场效应管Q4型号为2N7002。
[0017] 一种用于压力变送器的的测量方法，采用的4-20mA测量电路在为压力变送器供电 的同时完成对压力变送器信号的转换、放大和采样，并具有分级过流保护功能，即对测量电 路的总电流和各采集通道的分电流都有对应的过流保护;包括:压力变送器的供电电源保 护方法、压力变送器的信号采样保护方法
[0018] 1)、将4-20mA测量电路采集的电信号传输至处理器M⑶第四输入端，其中压力变送 器以串连方式接入电路；
[0019] 2)、4-20mA测量电路的压力变送器的供电电源电路Part_A，具有供电控制和总电 流过流保护功能；
[0020] 是通过控制信号M⑶-PW-CRT实现对4-20mA测量电路的供电通断控制，供电控制信 号MCU-PW-CRT与供电状态的关系：
[0021] 当控制信号M⑶-PW-CRT为逻辑1时，电压UE接近5V，三极管Q3饱和导通，在电阻R2、 电阻R3的分压作用下电压UB约为12V，场效应管Q2为P沟道MOS管，其栅源极阀值电压V GS(th) = 4V，实际Q2的栅源极电压Vgs ? 24V-UB = 12V>VGS(th)故Q2导通，24V供电电源被接入测量电 路；
[0022] 当控制信号MCU-PW-CRT为逻辑0时，对应输入电压UE接近0V，三极管Q3截止，电压 UB约为24V，三极管Q2的栅源极电压Vgs ? 24V-UB = 0V<VGS(th)故三极管Q2关断，24V供电电源 被断开；
[0023]局部电路Par t_A的总电流过流保护功能是指当4-20mA测量电路总工作电流超过 设定的额定电流值时，电路会自动将24V供电电源断开，达到电路保护的目的；
[0024]考虑到压力传感器的工作电流每路最大为25mA，12路压力传感器接入电路后的最 大电流值约为300mA，故将4-20mA测量电路额定电流值设为350mA，保证电路正常工作的同 时，防止过大电流的误流入对测量电路造成的损坏。
[0025] 3)、压力变送器的信号采样电路采用的是传感器通道采集电路Part_B，其具有对 压力变送器信号进行转换、放大和采样，同时具有对单路传感器的过流保护功能；即局部电 路
[0026] 传感器通道采集电路Part_B，每个传感器通道采集电路Part_B输出采样信号 Output-MCU-AD分别送入MCU进行AD采样
[0027] 同时，MCU输出1路供电控制信号MCU-PW-CRT和12路通道控制信号MCU-CH-CRT，前 者能够实现对测量电路的供电控制，后者能够实现对每个通道采集电路的单独控制；
[0028]局部电路Part_B将压力变送器输入的4-20mA信号转换为电压信号并放大后送入 MCU，MCU根据电压值计算出电流值，并根据电流与压力的转换公式计算出实际的压力值； MCU对输入电压UF进行12位AD转换，有
[0029]
[0030] 运放U2对UD
起到放大2借的作用，故〇?士:2次￡羽 (19)
[0031]根据传感器压力与电流的关系，以O-IMPa量程为例，待测压力值P为
[0032]
[0033] 枏? TDi^D占由压UD有如下关系：
[0034]
[0035] 将公式（18)、（19)、（21)代入(20)可得
[0036]
[0037] M⑶按照公式(22)即可计算出待测压力值，单位MPa;
[0038] 压力变送器信号的量程为4-20mA，对应输入电压UF的范围为0.96-4.8V，当MCU检 测到输入电压UF超过此量程上限时，认为需要对该通道传感器进行过流保护，故强制置 MCU-CH-CRT为逻辑0;场效应管Q4为N沟道MOS管，其栅源极阀值电压VGS(th) = 3V，当MCU-CH-CRT为逻辑0时，场效应管Q4的栅源极电压VGS ? 0V<VGS(th)，则Q4关断，传感器被断开，达到了 对该通道传感器过流保护的目的；
[0039] 4)、自动断电保护的具体实现过程，当正常供电过程中出现过流情况时，MCU通过 读取Output-MCU-PW的值来判断电路的供电状态，一旦Output-MCU-PW为0，则MCU认为测量 电路需要断开电源，置MCU-PW-CRT为0;状态对应关系为：
[0040] 当MCU-PW-CRT为逻辑1，24V供电电源接入测量电路，如果正常供电，UB约为12V，有 UB<UC，比较器Ul输出端为高阻关断状态，Output-MCU-PW被上拉至5V左右，MCU将其读作逻 辑1，此时MCU认为电路正常供电，MCU-PW-CRT不变仍为1;
[0041 ] 当MCU-PW-CRT为逻辑0,正常切断供电时，UB约为24V，有UB>UC，比较器Ul输出端 为低阻导通状态，Output-MCU-PW接近0V，MCU将其读作逻辑0,此时MCU认为电路供电被切 断，MCU-PW-CRT不变仍为0;
[0042] 当MCU-PW-CRT为逻辑1正常供电时，如果电路出现过流，IRl为350mA，则URl为 0.7V，故三极管Ql饱和导通，UB电压约24V，UB>UC，比较器Ul输出端为低阻导通状态， Output-M⑶-PW接近0V，M⑶将其读作逻辑0,此时M⑶认为电路总工作电流异常需要对测量 电路进行保护，强制置MCU-PW-CRT为逻辑0，24V供电电源被断开。
【主权项】
1. 一种用于压力变送器的测量电路，其特征是:包括:具有供电控制和总电流过流保护 功能的压力变送器的供电电源电路Part_A、具有对压力变送器信号进行转换、放大和采样 及对单路传感器的过流保护功能的压力变送器的信号采样电路Part_B; 所述的压力变送器的供电电源电路Part_A-端通过接线端P+与系统外部压力变送器 电源端连接，另一端连接直流电源24V;所述的压力变送器的信号采样电路Part_B-端通过 接线端P-与系统外部压力变送器信号输出端连接，另一端连接处理器MCU。2. 根据权利要求1所述的一种用于压力变送器的测量电路，其特征是:所述的压力变送 器的供电电源电路二极管Dl通过三极管Ql与场效应管Q2相连，三极管Ql与场效应 管Q2相连B端点通过三极管Q3连接处理器MCU;三极管Ql与场效应管Q2相连B端点与比较器 LM2901相连;场效应管Q2型号为FQD17P06。3. 根据权利要求1所述的一种用于压力变送器的测量电路，其特征是:所述的压力变送 器的信号采样电路Part_B由场效应管Q4通过取样电阻与运放器AD8608相连组成;与场效应 管Q4相连的取样电阻取样端为D端点，运放器AD8608输出端为F端点；场效应管Q4型号为 2N7002〇
【文档编号】G01L19/00GK205538068SQ201620108824
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】杨迅
【申请人】河南柴油机重工有限责任公司