矿用管道气体流量检测传感器电路的制作方法

本发明涉及一种矿用管道气体流量检测传感器电路，属于矿用监控设备技术领域。

背景技术：

为了解决矿井瓦斯危害、提高瓦斯抽采率，需要对煤矿抽放管路里气体流量的抽采量进行高精度检测，传统涡街测量仪目前普遍应用，但是由于涡街检测只有在风速超过起振点以后，才能产生震荡信号，因此现有技术的涡街流量检测设备只能检测4-60m/s的流速范围，无法实现在低流速下抽放管路中气体流量的准确检测，不能保障煤矿生产的安全。因此，对现有技术进行改进，实现低流速下抽放管路中气体流量的准确检测，对保障煤矿生产的安全具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿用管道气体流量检测传感器电路，基于恒功率测量原理，采用两个正温度系数铂电阻传感元件，实现气体流量的低流速测量。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种矿用管道气体流量检测传感器电路，包括铂电阻tr1、铂电阻tr2，其中铂电阻tr1的两端分别标为s1、s2，铂电阻tr2的两端分别标为s3、s4，铂电阻tr1为流量检测铂电阻，铂电阻tr2为参比铂电阻，还包括三端基准电源u4、三端基准电源u7、ad转换器u3、双运算放大器u5、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r15、电阻r51、电阻r100；铂电阻tr1的s2端接10v电源，电容c7、电容c10并联，并联电路一端接10v电源，并联电路另一端接地，铂电阻tr1的s1端接地，三端基准电源u7的1脚为调节端，三端基准电源u7的2脚为输出端，三端基准电源u7的3脚为接地端，三端基准电源u4的1脚为调节端，三端基准电源u4的2脚为输出端，三端基准电源u4的3脚为接地端，三端基准电源u7的1脚、3脚接-v(d)，电阻r15的一端接+v(d)，电阻r15的另一端接三端基准电源u7的2脚，电容c26一端接三端基准电源u7的2脚，另一端接-v(d)，铂电阻tr1的s1端接双运算放大器u5的1in-端，铂电阻tr1的s2端接双运算放大器u5的1out端，双运算放大器u5的1in+端接三端基准电源u7的2脚，电容c24的一端接-v(d)，电容c24的另一端接双运算放大器u5的1in-端，电阻r10的一端接双运算放大器u5的1out端，电阻r10的另一端接双运算放大器u5的1in-端，双运算放大器u5的gnd端接-v(d)，电容c16、电容c19、电容c22并联，并联电路一端接双运算放大器u5的gnd端，并联电路另一端接地，电阻r51的一端接+v(d)，电阻r51的另一端接双运算放大器u5的vcc端，电容c15、电容c18、电容c21并联，并联电路一端接双运算放大器u5的vcc端，并联电路另一端接地，铂电阻tr2的s3端接双运算放大器u5的2in-端，铂电阻tr2的s4端接双运算放大器u5的2out端，电阻r11两端分别接双运算放大器u5的2in-端、2out端，电容c25的两端分别接-v(d)和双运算放大器u5的2in-端，双运算放大器u5的2in+端与三端基准电源u7的2脚相连，三端基准电源u4的1脚、3脚接-v(a)，电阻r12的一端接+v(a)，电阻r12的另一端接三端基准电源u4的2脚，电容c6、电容c23并联，并联电路一端接三端基准电源u4的2脚，并联电路另一端接-v(a)，电阻r100的一端接+v(a)，电阻r100的另一端接ad转换器u3的vdd端，端与ad转换器u3的vdd端相连，电容c14、电容c17、电容c20并联，并联电路的一端接ad转换器u3的vdd端，并联电路的另一端接-v(a)，ad转换器u3的gnd端、端与-v(a)相连，ad转换器u3的refin(+)端接三端基准电源u4的2脚，ad转换器u3的refin(-)端接-v(a)，电容c3的一端接-v(a)，电容c3的另一端串联电阻r7后接ad转换器u3的ain1(+)端，电容c4的一端接-v(a)，电容c4的另一端串联电阻r8后接ad转换器u3的ain1(-)端，电容c5的一端接于电容c3与电阻r7之间，电容c5的另一端接于电容c4与电阻r8之间，双运算放大器u5的1out端、2out端分别与电容c5的两端相连，ad转换器u3的ain1(-)端与ain2(+)端相连，电阻r6与电容c2串联，串联电路一端接-v(a)，串联电路另一端接ad转换器u3的ain2(-)端，ad转换器u3的dout端输出数字信号。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述矿用管道气体流量检测传感器电路，其中双运算放大器u5的型号为lm358。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于恒功率测量原理，采用正温度系数铂电阻传感元件，利用其对温度的高敏感特性，实现气体流量的流速0.3-60m/s范围内低流速测量及低功耗远距离传输。

附图说明

图1是本发明的铂电阻tr1、铂电阻tr2与端子排j5连接电路图；

图2是本发明的信号放大电路图；

图3是本发明的adc电源电路图；

图4是本发明的ad转换电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。本发明矿用管道气体流量检测传感器电路，包括铂电阻tr1、铂电阻tr2，其中铂电阻tr1的两端分别标为s1、s2，铂电阻tr2的两端分别标为s3、s4，铂电阻tr1为流量检测铂电阻，铂电阻tr2为参比铂电阻。由于传统涡街测量仪目前普遍应用，但是涡街检测只有在风速超过起振点以后，才能产生震荡信号，因此现有技术的涡街流量检测设备只能检测4-60m/s的流速范围，无法实现在低流速下抽放管路中气体流量的准确检测，本发明利用铂电阻对温度的敏感性，基于恒功率测量原理，对铂电阻tr1的s1、s2之间另加10v电压加热该铂电阻，即施加一个加热功率p，使其温度升至t1；另一个铂电阻tr2不加热，用于监测介质温度，其温度设为t2，于是两个传感元件之间产生温差△t＝t1－t2。将该检测端置于流体中，在流量为零时，△t最大，随着流量q的增大，s1、s2之间的铂电阻tr1经风流带走热量降温，t1下降，△t减小。由于我们采用正温度系数铂电阻，s1、s2之间的阻值随温度下降而下降，s2端的电压下降，检测s2、s4两个的端电压差，即可反映流量q的大小。由于加热功率p、温差△t与流量q之间将会产生一定的关系，具体为：p/△t与q³成正比例关系。检测s2、s4两个的端电压差经a/d转换后进cpu进行检测换算，即可检测流量大小。

矿用管道气体流量检测传感器电路具体实施时，采用三端基准电源u4、三端基准电源u7、ad转换器u3、双运算放大器u5、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c9、电容c10、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r15、电阻r51、电阻r100。

如图1所示，铂电阻tr1的s2端接10v电源，电容c7、电容c10并联，并联电路一端接10v电源，并联电路另一端接地，铂电阻tr1的s1端接地。根据国家煤矿安全监察局煤安监函〔2016〕5号要求，要对传感器实现远距离通信，一定要降低传感器的功耗才能实现远距离通信。本发明采用10v电源有助于实现低功耗远距离传输。

如图2所示为压差信号放大电路图，三端基准电源u7的1脚为调节端，三端基准电源u7的2脚为输出端，三端基准电源u7的3脚为接地端。+v(d)为信号放大电路的电源正极，-v(d)为信号放大电路的电源负极。本发明实施例的双运算放大器u5采用型号为lm358的双运算放大器。1in+端为双运算放大器的1号通道同相输入端，1in-端为双运算放大器的1号通道反相输入端，1out端为双运算放大器的1号通道输出端，2in+端为双运算放大器的2号通道同相输入端，2in-端为双运算放大器的2号通道反相输入端，2out端为双运算放大器的2号通道输出端。三端基准电源u7的1脚、3脚接-v(d)，电阻r15的一端接+v(d)，电阻r15的另一端接三端基准电源u7的2脚，电容c26一端接三端基准电源u7的2脚，另一端接-v(d)，铂电阻tr1的s1端接双运算放大器u5的1in-端，铂电阻tr1的s2端接双运算放大器u5的1out端，双运算放大器u5的1in+端接三端基准电源u7的2脚，电容c24的一端接-v(d)，电容c24的另一端接双运算放大器u5的1in-端，电阻r10的一端接双运算放大器u5的1out端，电阻r10的另一端接双运算放大器u5的1in-端，双运算放大器u5的gnd端接-v(d)，电容c16、电容c19、电容c22并联，并联电路一端接双运算放大器u5的gnd端，并联电路另一端接地，电阻r51的一端接+v(d)，电阻r51的另一端接双运算放大器u5的vcc端，电容c15、电容c18、电容c21并联，并联电路一端接双运算放大器u5的vcc端，并联电路另一端接地，铂电阻tr2的s3端接双运算放大器u5的2in-端，铂电阻tr2的s4端接双运算放大器u5的2out端，电阻r11两端分别接双运算放大器u5的2in-端、2out端，电容c25的两端分别接-v(d)和双运算放大器u5的2in-端，双运算放大器u5的2in+端与三端基准电源u7的2脚相连。

如图3所示，三端基准电源u4的1脚为调节端，三端基准电源u4的2脚为输出端，三端基准电源u4的3脚为接地端。+v(a)为ad转换电路的电源正极，-v(a)为ad转换电路的电源负极，三端基准电源u4的1脚、3脚接-v(a)，电阻r12的一端接+v(a)，电阻r12的另一端接三端基准电源u4的2脚，电容c6、电容c23并联，并联电路一端接三端基准电源u4的2脚，并联电路另一端接-v(a)。如图4所示，为压差信号ad转换电路图，电阻r100的一端接+v(a)，电阻r100的另一端接ad转换器u3的vdd端，端与ad转换器u3的vdd端相连，电容c14、电容c17、电容c20并联，并联电路的一端接ad转换器u3的vdd端，并联电路的另一端接-v(a)，ad转换器u3的gnd端、端与-v(a)相连，ad转换器u3的refin(+)端接三端基准电源u4的2脚，ad转换器u3的refin(-)端接-v(a)，电容c3的一端接-v(a)，电容c3的另一端串联电阻r7后接ad转换器u3的ain1(+)端，电容c4的一端接-v(a)，电容c4的另一端串联电阻r8后接ad转换器u3的ain1(-)端，电容c5的一端接于电容c3与电阻r7之间，电容c5的另一端接于电容c4与电阻r8之间，双运算放大器u5的1out端、2out端分别与电容c5的两端相连，ad转换器u3的ain1(-)端与ain2(+)端相连，电阻r6与电容c2串联，串联电路一端接-v(a)，串联电路另一端接ad转换器u3的ain2(-)端，ad转换器u3的dout端输出数字信号至cpu单元进行检测换算，即可检测流量大小。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。