矿用多功能热电阻型隔离安全栅设计

发布时间：2021-12-18 18:28

　　针对常见热电阻型隔离安全栅存在的抗干扰性差、集成度低、功能单一等问题,设计了一种矿用多功能热电阻型隔离安全栅。该安全栅利用带有2路互相隔离输出的DC/DC隔离电源模块分别为安全侧和危险侧电路供电,结合信号的光耦隔离实现供电侧、危险侧和安全侧的三端隔离,具有热电阻二次非线性误差修正、热电阻传感器断线故障报警、带迟滞的高温报警及电压电流信号输出转换等功能。样机测试结果表明:2路热电阻可同时工作,阈值比较电路动作稳定;随着输入温度升高,输出电流基本呈线性增加,线性度高达0.15%,对应模拟量输出传输处理误差低于0.5%,符合相关规定要求;有效抑制了尖峰脉冲及各种噪声的干扰,具有较好的抗干扰性;最大相对误差仅为0.667%,低于同类型的XX6071型安全栅。实际应用结果验证了该安全栅温度测量结果准确,高温报警动作稳定,满足矿用电气设备的实际应用需求。 

【文章来源】：工矿自动化. 2020,46(06)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

矿用多功能热电阻型隔离安全栅结构

热电阻信号检测电路如图2所示。其中RRTD为PT100三线制铂热电阻；RZ为零电阻，其值为量程内最低温度时铂热电阻的阻值，为检测提供比较基准；RG为增益电阻，用于调整增益及量程；RLINE1,RLINE2,RLINE3为三线制铂热电阻的引线电阻；RLIN1和RLIN2为反馈电阻。考虑井下电气设备实际使用环境及测量技术要求，设置安全栅温度测量范围为0～200℃。热电阻阻值随温度的变化存在二次非线性部分，而现有的大部分采用桥式电路检测热电阻阻值的安全栅不能准确地对二次非线性部分产生的误差进行修正[7]。这部分误差通常采用带有微控制器的数字电路进行修正，因此，在安全栅这种纯模拟电路中，需要通过硬件对误差进行修正[8-10]。考虑误差修正、断线报警功能和电路的集成度，本文采用XTR105芯片实现热电阻的阻值转换。XTR105芯片采用量程中点值和上限值作为参考点修正热电阻二次非线性部分产生的误差。

在井下一些应用中，需要根据被测对象的温度实现过热保护或闭锁等功能。现有热电阻型安全栅大多无法实现该功能，因此，在隔离安全栅中加入阈值比较电路具有现实意义。阈值比较电路如图3所示，该电路可实现带迟滞的阈值报警功能，且阈值与温度滞回区间可调。当温度超过设定阈值后，电路输出开关量信号，且动作带有迟滞性，以防止比较器在阈值附近频繁跳动[11]。图3中，A3为运算放大器LM358，通过连接其输出端与反向输入端构成电压跟随器，起到阻抗匹配作用；A4为比较器LM2904，用来比较测量电压和阈值电压；RT为阈值调节电阻；Rf为温度滞回区间调节电阻。在量程为0～200℃的情况下，RT与设定阈值温度的关系及Rf与设定温度回差的关系为

【参考文献】：
期刊论文
[1]迟滞比较器软件算法在摩托车燃油表中的应用[J]. 谭丽蕊,董加付.  电子世界. 2018(05)
[2]新型电阻测量调理电路设计[J]. 王向玲,侯卓,赵敏,常悦.  核电子学与探测技术. 2017(01)
[3]基于Pt100的红外干燥箱动态温度补偿方法研究[J]. 凌菁,滕召胜,张凯旋.  电子测量与仪器学报. 2016(04)
[4]AQ 6201《煤矿安全监控系统通用技术要求》修订意见[J]. 孙继平.  工矿自动化. 2016(02)
[5]热电阻隔离式安全栅的设计[J]. 任慧,宋建成,高云广,雷志鹏,李建华.  煤矿安全. 2014(09)
[6]基于PT100型铂热电阻的测温装置设计[J]. 谭长森.  工矿自动化. 2012(03)
[7]新型信号隔离器和安全栅的特点及扩展应用[J]. 岳周,冯伟.  自动化仪表. 2007(S1)
[8]电流小信号隔离采集板的设计与实现[J]. 邱吉冰,赵伟.  自动化仪表. 2007(04)
[9]现场总线本质安全概念安全栅的研究开发[J]. 曲阳,王建辉,徐林,顾树生.  仪器仪表学报. 2006(09)

硕士论文
[1]模拟量输入功能安全型隔离栅的研究与设计[D]. 许丹.上海应用技术学院 2015
[2]基于IEC61508标准的功能安全型安全栅的设计研究[D]. 张瀚方.华东理工大学 2015
[3]矿用刮板输送机状态监测信号隔离安全栅的开发与应用[D]. 任慧.太原理工大学 2014



本文编号：3542953