适合于矿用测流的污水流量计电路的设计

2020-01-14来源: elecfans关键字:矿用测流  污水流量计  工业领域

0 引言

近年来污水流量计在工业领域中得到迅速的应用,特别是在河水输送与污水排放流量的计量方面尤为突出, 由于它测量灵活方便和灵敏度较高,工业上多用以测量各类水流、矿浆流等介质。然而,由于煤矿安全性的特殊要求,目前可用于煤矿井下的污水流量计很少,如,不能满足矿用防爆和本质安全要求、测量范围窄以及传输信号易受外磁场干扰等。针对这些问题,研发了一种适合于矿用测流的污水流量计电路。它采用新型单片机来控制,加之专用本安励磁电路,具有实时检测和及时显示等多种功能,经过多家企业的试用,性能和技术指标已基本达到国内外同类产品的先进水平。


1 设计方案

1.1 设计思想

目前,我国矿用防爆电气产品的安全类型主要以隔爆型和本质安全型为主。本安设计就是要严格控制电路各部分产生的电火花能量,因此在设计中采用了专用本安励磁电路来防止励磁电流引起电火花;采用新型低功耗单片机来控制整个装置的工作,以保证其稳定性和可靠性;采用多种电磁屏蔽措施来防止静电产生和电磁干扰, 以保证电路的稳定工作。


1.2 系统电路硬件部分

(1)方框图

装置采用高速单片机模块电路(STM32F407),它具有浮点运算能力强,超低功耗,功耗仅为38.6mA。


用来控制整个污水流量计, 包括产生励磁脉冲方波信号、接收来自探头的反映流量大小的电压信号、输出4~20 mA 电流信号供模拟显示仪表用,CPU 模块带有各类接口电路RS232、高速USB 接口等)、操作键盘和显示器接口电路等。方框图如图1 所示。

适合于矿用测流的污水流量计电路的设计

(2)传感器

为了保证测量的精度, 要求传感器的探头做成流线型,当探头插入时对流体的影响很小,近似地认为是无阻流状态。具体采用25.4 mm 不锈钢管为探头壳体, 励磁线圈芯采用软磁钢作铁芯,线包, 绕好后将它密封在一个呈流线型半球的高强度塑料壳内,上面有一对不锈钢电极,与励磁线圈相连。为避免探头内感应发射信号引起的干扰,对信号发射引线、线圈与电极连线进行屏蔽处理。


(3)特殊的电路设计

①励磁信号与驱动电路

为了保证探头工作在无阻流状态,探头尺寸要尽量小,这样所产生的励磁电流也就小,要求后续的接收电路有足够高的输入阻抗,来保证传感器的灵敏度及抗干扰性;为防止交流50 Hz 的工频干扰,选用方波电流作为励磁电流, 其频率可选用1/4 的工频频率12.5 Hz,有效地抑制工频干扰。


励磁信号由单片机内部生成,从第26 脚输出12.5 Hz 方波信号,接到IC5(LMD18200T)的3 脚信号,它是励磁线圈的驱动模块电路,内部采用H 桥式驱动, 送出励磁电流加到其2 脚和10 脚之间的励磁线圈上。在励磁线圈L 上形成20~30 mA 正负对称的方波电流,它与控制方波电压同步。流体运动切割磁力线产生的方波电压与励磁电流完全保持同步, 即与控制开关网络的方波电压保持同步,便于在接收电路中信号的同步解调。电路如图2所示。

②本安型励磁线圈电路

传感器中励磁电流是产生电火花的危险源,污水流量计要用于矿井下,保证励磁电路达到本质安全要求。当电流流过励磁线圈时,在线圈内部会产生磁场,磁场贮存能量,当电路断开时,储存在线圈中的能量就会以火花的形式释放出来,因此必须泄放线圈中的贮能才能达到本安的要求。采用了在线圈两端并联一个双向二极管(TVS 管P6KE6.8CA)作为续流支路,以泄放线圈储存的磁能,降低通断时的电火花,吸收电流,泄放能量。以达到本质安全的目的。

③传感器放大电路

电路如图3 所示。IC2(SL28617)前置放大器用于放大传感器送来的反映流量大小的电压信号,改变图中Rin和Rfb的阻值大小,可以改变该运算放大器的增益。S1 是励磁信号源,R17、R18 是输入偏置电阻,运放的9 脚和16 脚分别供±5 V 电压,接在运放IC2 输出端的IC3(ADS8320)是16 位高速的A/D转换器,其转换速度可达16 kHz/s,接在前置放大器与A/D 转换器之间的IC12(ISL21090)是三端稳压器。


1.3 编制软件

软件流程图如图4 所示。

在编制电磁流量软件的过程中,首先要求对系统进行初始化、再对CPU 进行初始化, 由CPU 输出励磁脉冲方波信号, 控制LM8200 产生励磁电流驱动励磁线圈。采集传感器信号,使传感器送出反映流量大小的电压信号, 经过IC2 前置放大器放大该信号, 再经16 位A/D 转换器和SPI 串口送入单片机进行处理, 在单片机中要进行A/D 实时采集、实时滤波和数据拼接和数据传送,最后经过D/A 转换后,经过IC4 转换成4~20 mA 电流信号直接输出或者以电压形式输出。

关键字:矿用测流  污水流量计  工业领域 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic485571.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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