專利名稱：一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種礦井煤塵荷電量測量裝置，尤其是一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的主要能源，約占全國總能源的70%左右，這一狀況在一定時間內(nèi)不會有根本性的改變。煤礦會產(chǎn)生大量煤塵，特別是井下綜采工作面，煤塵能較長時間在空氣中懸浮，其除繼續(xù)保持原固體煤炭的主要物理化學(xué)性質(zhì)外，還會出現(xiàn)許多新的特性，如爆炸性、帶電性、分散性、可濕性等新特性。在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中煤塵容易帶有電荷，主要來源 為在割煤粉碎過程中、在運(yùn)動中煤塵間互相摩擦、與設(shè)備等表面接觸、碰撞、煤塵離子的擴(kuò)散作用等均可使煤塵顆粒帶電。煤塵的荷電量取決于煤塵的粒徑大小、密度、速度、壓力、流型、作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度等眾多因素。荷電性的煤塵在呼吸道內(nèi)容易被阻留，使人易得塵肺病等多種疾病。煤塵在氣體中與大地絕緣，每個煤塵都可以帶電，當(dāng)靜電電壓滿足放電條件時，放電火花即可引起可燃?xì)怏w和煤塵的爆炸。當(dāng)帶有電荷的煤塵靠近相關(guān)設(shè)備時被吸收積聚而形成物體帶電，形成的靜電電源就成為釀成瓦斯煤塵爆炸事故的潛在因素。如果因煤體下滑、通風(fēng)失調(diào)、放炮等造成局部瓦斯積聚、煤塵飛揚(yáng)而且達(dá)到爆炸極限時，放電火花必然引爆瓦斯煤塵，釀成事故的發(fā)生。因此對礦井煤塵荷電量測量，不僅關(guān)系到礦工的身體健康，關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)，而且是管理人員掌握井下煤塵狀況的重要手段，是煤塵危害防治的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過檢測并掌握環(huán)境中煤塵的荷電狀況，為消除和治理職業(yè)性有害因素提供科學(xué)依據(jù)，為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障，同時為防塵措施提供科學(xué)的評價依據(jù)，對于改善井下作業(yè)環(huán)境、防止煤塵爆炸、消除煤礦安全隱患具有重要意義?，F(xiàn)有的礦井煤塵荷電量測量裝置多采用單環(huán)電極或螺旋環(huán)電極，存在著靈敏度低、測量誤差大等缺陷，還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的任務(wù)在于解決現(xiàn)有技術(shù)中礦井煤塵荷電量測量裝置存在的技術(shù)缺陷，提供一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置。其技術(shù)解決方案是—種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，包括敏感元件、電荷轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號變送器和上位機(jī)；上述敏感元件的電極引出線連接電荷轉(zhuǎn)換電路，電荷轉(zhuǎn)換電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)，單片機(jī)連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路連接信號變送器，信號變送器連接上位機(jī)；上述敏感元件包括絕緣管，絕緣管的管腔作為煤塵通道，三個串聯(lián)的圓環(huán)電極套置在絕緣管上，在絕緣管的外側(cè)設(shè)置有屏蔽罩，圓環(huán)狀電極位于絕緣管與屏蔽罩之間。上述電荷轉(zhuǎn)換電路包括0PA129型超低偏置電流差動運(yùn)算放大器，信號變送器包括AD694型單片電壓/電流轉(zhuǎn)換器。上述礦井煤塵荷電量測量裝置還包括能夠接地的接線盒，接線盒固定連接在屏蔽罩上，上述電荷轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在接線盒內(nèi)。上述敏感元件，其絕緣管是采用特氟龍材料制成的，圓環(huán)電極是采用紫銅片或不銹鋼片制成的，屏蔽罩是采用不銹鋼材 料制成的。 上述礦井煤塵荷電量測量裝置還包括吸風(fēng)部件，吸風(fēng)部件設(shè)置在敏感元件絕緣管的一個端口處。本實用新型具有以下有益技術(shù)效果本實用新型采用三個串聯(lián)的圓環(huán)電極的方式，用以替代已有技術(shù)中的單環(huán)電極或螺旋環(huán)電極等的方式，能夠有效地克服單環(huán)電極、螺旋環(huán)電極等方式所帶來的靈敏度低、測量誤差大等的缺點。此外，通過信號變送器輸出的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號，具有靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)的特點。
以下結(jié)合附圖
與具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步說明圖I為本實用新型的一種實施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖，僅示出了敏感元件，為其立體分解狀態(tài)圖。圖2為圖I方式中的敏感元件剖示結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3示出了圖I方式中的一種電荷轉(zhuǎn)換電路。圖4示出了圖I方式中的信號處理流程框圖。
具體實施方式
結(jié)合圖I、圖2、圖3與圖4，一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，包括敏感元件、電荷轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號變送器和上位機(jī)。重點參看圖I與圖2,上述敏感元件的電極引出線連接電荷轉(zhuǎn)換電路，電荷轉(zhuǎn)換電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)，單片機(jī)連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路連接信號變送器，信號變送器連接上位機(jī)。上述敏感元件包括絕緣管1，絕緣管的管腔作為煤塵通道，三個串聯(lián)的圓環(huán)電極2套置在絕緣管上，在絕緣管的外側(cè)設(shè)置有屏蔽罩3，圓環(huán)狀電極位于絕緣管與屏蔽罩之間。上述敏感元件中，絕緣管是采用特氟龍材料制成的，圓環(huán)電極是采用紫銅片或不銹鋼片制成的，屏蔽罩是采用不銹鋼材料制成的。上述礦井煤塵荷電量測量裝置還包括能夠接地的接線盒5，接線盒固定連接在屏蔽罩上，接線盒應(yīng)保持良好地接地；上述電荷轉(zhuǎn)換電路6設(shè)置在接線盒內(nèi)。上述礦井煤塵荷電量測量裝置還可包括吸風(fēng)部件，吸風(fēng)部件設(shè)置在敏感元件絕緣管的一個端口處；用于在無風(fēng)條件下強(qiáng)迫煤塵4通過煤塵通道。重點參看圖3，上述電荷轉(zhuǎn)換電路包括0PA129型超低偏置電流差動運(yùn)算放大器。由0PA129構(gòu)成的電荷放大器將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。OPA129是美國TI公司生產(chǎn)的超低偏置電流差動運(yùn)算放大器，其典型的偏置電流一般為O. 1PA。圖3中電荷放大器實質(zhì)上是負(fù)反饋放大器，其中R1，Cl為反饋參數(shù)，假設(shè)電極感應(yīng)得到的電荷量為Q，則電荷放大器的輸出為U= ，電荷放大器的放大倍數(shù)由C4確定。
C4重點參看圖4，電荷轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號輸入A/D轉(zhuǎn)換電路(轉(zhuǎn)換器)ADS1212，ADS1212是高精度、寬動態(tài)特性的Σ -Δ型模擬/數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADS1212芯片內(nèi)部由可編程增益放大器(PGA)、二階Σ -Δ調(diào)制器、調(diào)制控制單元、可編程數(shù)字濾波器、微控制器單元、寄存器組(指令寄存器、命令寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)寄存器)和I個串行接口，I個時鐘電路，I個內(nèi)部2. 5V電壓基準(zhǔn)等組成。處理器選用STC89C52單片機(jī)，STC89C52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/
O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM, MAX810復(fù)位電路，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。D/A轉(zhuǎn)換電路(芯片)選用TLV5638芯片，TLV5638是德州儀器公司生產(chǎn)的一種12位串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該器件采用CMOS工藝，8腳SOIC 封裝。經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸出0-2V電壓信號，該輸出信號輸入AD694，轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號；信號變送器包括AD694型單片電壓/電流轉(zhuǎn)換器，AD694是一種單片電壓/電流轉(zhuǎn)換器，它能達(dá)到O. 002%的非線性度，精度高，且抗干擾性強(qiáng)，是過程控制、工業(yè)自動化和系統(tǒng)監(jiān)測等領(lǐng)域中取代分立元件設(shè)計的一種理想集成電路。上述方式中未述及的技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實現(xiàn)。需要說明的是，在本說明書的教導(dǎo)下本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以作出這樣或那樣的容易變化方式，諸如等同方式，或明顯變形方式。上述的變化方式均應(yīng)在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，包括敏感元件、電荷轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號變送器和上位機(jī)；上述敏感元件的電極引出線連接電荷轉(zhuǎn)換電路，電荷轉(zhuǎn)換電路連接A/D轉(zhuǎn) 換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)，單片機(jī)連接D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路連接信號變送器，信號變送器連接上位機(jī)；其特征在于所述敏感元件包括絕緣管，絕緣管的管腔作為煤塵通道，三個串聯(lián)的圓環(huán)電極套置在絕緣管上，在絕緣管的外側(cè)設(shè)置有屏蔽罩，圓環(huán)狀電極位于絕緣管與屏蔽罩之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，其特征在于所述電荷轉(zhuǎn)換電路包括0PA129型超低偏置電流差動運(yùn)算放大器，信號變送器包括AD694型單片電壓/電流轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，其特征在于所述礦井煤塵荷電量測量裝置還包括能夠接地的接線盒，接線盒固定連接在屏蔽罩上，所述電荷轉(zhuǎn)換電路設(shè)置在接線盒內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，其特征在于所述敏感元件，其絕緣管是采用特氟龍材料制成的，圓環(huán)電極是采用紫銅片或不銹鋼片制成的，屏蔽罩是采用不銹鋼材料制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，其特征在于所述礦井煤塵荷電量測量裝置還包括吸風(fēng)部件，吸風(fēng)部件設(shè)置在敏感元件絕緣管的一個端口處。
專利摘要本實用新型公開了一種基于三串聯(lián)圓環(huán)電極的礦井煤塵荷電量測量裝置，包括敏感元件、電荷轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、信號變送器和上位機(jī)；敏感元件的電極引出線連接電荷轉(zhuǎn)換電路，上述各部件或裝置按上述順序連接；其特征是敏感元件包括絕緣管，絕緣管的管腔作為煤塵通道，三個串聯(lián)的圓環(huán)電極套置在絕緣管上，在絕緣管的外側(cè)設(shè)置有屏蔽罩，圓環(huán)狀電極位于絕緣管與屏蔽罩之間。本實用新型采用三個串聯(lián)的圓環(huán)電極的方式，用以替代已有技術(shù)中的單環(huán)電極或螺旋環(huán)電極等的方式，能夠有效地克服單環(huán)電極、螺旋環(huán)電極等方式所帶來的靈敏度低、測量誤差大等的缺點。
文檔編號G01R29/24GK202486221SQ201220129048
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者丘加康, 李成宇, 李繼明, 王偉, 程學(xué)珍, 趙經(jīng)華, 郎海軍, 郭春芬, 馬驥 申請人:山東科技大學(xué)