本技術(shù)涉及工業(yè)溫濕度測(cè)量，特別涉及一種本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路及裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)管理、控制過程中，安全生產(chǎn)尤其重要。因此，當(dāng)測(cè)量?jī)x表應(yīng)用于具有一定危險(xiǎn)的場(chǎng)所(如軍工、化工、生物工程、礦井等含有易燃易爆氣體、液體、粉塵等)時(shí)，測(cè)量、控制的儀表必須保證具備不點(diǎn)燃和引爆的潛質(zhì)，從而確保安全的環(huán)境和生產(chǎn)。目前：

2、1)市場(chǎng)上流通的主要以隔爆型溫濕濕度記錄儀和溫濕度變送器為主，但由于隔爆型儀表一般采用外掛dc12-24v電源，對(duì)導(dǎo)線引入口的密封圈要求、儀表結(jié)構(gòu)的縫隙密封、儀表蓋的螺紋圈數(shù)、螺紋精度、視窗玻璃等都有嚴(yán)格的防爆要求，且儀表防爆殼體笨重，沒有良好的性/價(jià)比,用戶在使用過程中需定期檢修和校驗(yàn)，且不能在現(xiàn)場(chǎng)操作，給生產(chǎn)工藝流程中的過程控制帶來了許多麻煩和不經(jīng)濟(jì)。而普通的溫濕度記錄儀和溫濕度變送器又不具備防爆的功能和標(biāo)識(shí)。

3、2)市場(chǎng)上流通的還有一種以溫濕濕度記錄儀和溫濕度變送器為主的本安型產(chǎn)品，一般其溫濕度測(cè)量都采用數(shù)字式溫濕度傳感器或分立式溫度、濕度傳感器。它們的共同特點(diǎn)是低功耗(ma級(jí))，但沒有增安元器件的應(yīng)用和安保措施，這對(duì)工作電流≧ma級(jí)本安型防爆儀表來說是不夠的。雖然國(guó)標(biāo)規(guī)定：ia等級(jí)是在正常工作狀態(tài)下，以及電路中存在一個(gè)或二個(gè)極端故障時(shí)，仍不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物，工作電流被限制在≦100ma；ib等級(jí)是在正常工作狀態(tài)下，以及電路中存在一個(gè)故障時(shí)，不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物，工作電流被限制在≦150ma。但是實(shí)際應(yīng)用中工作電流，ia≦100ma和ib≦150ma的本安型防爆產(chǎn)品的市場(chǎng)是不樂觀的，安全等級(jí)較低；存在不可預(yù)測(cè)的隱患。

4、3)市場(chǎng)上流通的還有一種以溫濕濕度記錄儀和溫濕度變送器為主的本安型電路，它們的共同特點(diǎn)是：輸出信號(hào)是4－20ma的模擬信號(hào)，記錄儀(變送器)與終端連接時(shí)需外掛dc24v電源，這就造成在連接處需加裝安全柵(隔爆型措施)，降低了安全特性和增加了成本。

5、4)根據(jù)國(guó)標(biāo)和國(guó)際電工委員會(huì)(iec)的規(guī)定以及gb/t?3836.1-2021、gb/t3836.4-2021、gb/t?4208-2008的要求，工作電壓越小、功耗越低的本安型電氣設(shè)備(儀表)，在應(yīng)用場(chǎng)景極端惡劣條件下，其表面的溫升溫度越小，引燃引爆的可能性也越低，其防爆等級(jí)更高，安全性更好；市場(chǎng)前景更廣。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

6、

7、其中最高級(jí)別的t6級(jí)要求電氣設(shè)備(儀表)的最高表面溫度不得超過85℃。目前，極端惡劣條件下，一個(gè)或二個(gè)故障造成內(nèi)部電路v/i的嚴(yán)重不正常，由于沒有增安措施，從而使儀表的空間溫度升高。因此，本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器的防爆等級(jí)很難做到t6標(biāo)準(zhǔn)，高防爆等級(jí)的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器仍存在空白。

8、國(guó)標(biāo)規(guī)定：安裝于爆炸性環(huán)境危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電氣設(shè)備(儀表)，必須明確以下問題：是否已按照gb/t?3836.1、gb/t?3836.4、gb/t?4208的要求設(shè)計(jì)、制造；并被防爆檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證通過；國(guó)際電工會(huì)(iec)規(guī)定：在危險(xiǎn)程度最高的危險(xiǎn)場(chǎng)所0區(qū)，只能采用ex?ia高等級(jí)的本安型防爆技術(shù)。

9、5)眾所周知，熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲技術(shù)在家用電器上的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，但應(yīng)用在本安型防爆儀表中實(shí)屬鮮見，查閱、咨詢發(fā)現(xiàn)：熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲串接于最易受溫度升高的電路上，實(shí)屬首次應(yīng)用。還涉及應(yīng)用tvs瞬態(tài)抑制二極管和自恢復(fù)保險(xiǎn)串接于rs232和rs485輸出通訊接口的回路上建立安全柵，很好地防止了外部電路瞬態(tài)(浪涌)電壓、電流的沖擊,有效地控制和保護(hù)(防護(hù))了電路在突發(fā)故障時(shí)儀表整體的溫度提高。

10、綜上所述，開發(fā)一種從電路和結(jié)構(gòu)上符合本安型防爆電氣設(shè)備的智能溫濕度測(cè)量電路及裝置，是儀表工作者的當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路及裝置，其優(yōu)點(diǎn)是在工作時(shí)，設(shè)備最大表面溫度較低，能夠達(dá)到較高的防爆等級(jí)，達(dá)到高等級(jí)本安型防爆儀器儀表的要求。

2、一方面，本技術(shù)提供一種本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，包括：

3、3.7v可充電鋰電池，通過對(duì)3.7v可充電鋰電池的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和升壓，提供dc3v和dc5v二種工作電源，電源輸出回路中設(shè)有熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲或/和限流電阻；

4、mcu控制器；

5、溫濕度傳感器，所述溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)線sda、scl連接mcu控制器的i2c接口；

6、外部存儲(chǔ)器，所述外部存儲(chǔ)器連接mcu控制器對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄和顯示；

7、以及l(fā)cd顯示器。

8、進(jìn)一步的，所述3.7v可充電鋰電池連接有穩(wěn)壓電路和升壓電路，所述穩(wěn)壓電路輸出dc?3v作為輸出vdd，所述升壓電路輸出dc?5v作為輸出vcc，電源輸出回路中設(shè)有熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲，其規(guī)格為rh-1a/70-80℃。

9、進(jìn)一步的，所述溫濕度傳感器為ens210溫濕度傳感器，它集成了一個(gè)相對(duì)濕度傳感器和一個(gè)高精度溫度傳感器被封裝在一個(gè)qfn4中，輸出一個(gè)包括溫濕度傳感器sda和scl數(shù)據(jù)線通過mcu控制器i2c接口直接連接。

10、進(jìn)一步的，還包括usb接口，所述usb接口中的數(shù)據(jù)信號(hào)線和mcu控制器連接，所述usb接口中的dc?5v+/-電源端并聯(lián)連接至3.7v可充電鋰電池二端，為3.7v可充電鋰電池充電。

11、進(jìn)一步的，還包括rs232通訊模塊；所述rs232通訊模塊包括單串口芯片ch340g、信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max232和rs232端口，所述rs232通訊模塊連接usb接口中的數(shù)據(jù)信號(hào)線和ch340g、max232a芯片對(duì)應(yīng)連接，完成rs232電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換，通過rs232端口與外部終端連接；

12、所述rs232通訊模塊中，電源回路中設(shè)有熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲，信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max232的信號(hào)輸出端串聯(lián)有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲；

13、進(jìn)一步的，還包括rs485通訊模塊；所述rs485通訊模塊包括單串口芯片ch340g、觸發(fā)反相器芯片74hc14h、信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max485和rs485端口；所述rs485通訊模塊連接usb接口中的數(shù)據(jù)信號(hào)線和ch340g、74hc14h、max485對(duì)應(yīng)連接，完成rs485差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換，通過rs485端口與外部終端連接；

14、所述rs485通訊模塊中，電源回路中設(shè)有熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲，信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max485的信號(hào)輸出a、b二端串聯(lián)有自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max485的信號(hào)輸出a、b二端并聯(lián)有tvs瞬態(tài)抑制二極管d2，信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片max485的信號(hào)輸出a、b二端和電源vcc+/-二端分別并聯(lián)tvs瞬態(tài)抑制二極管d1和d3。

15、進(jìn)一步的，還包括存儲(chǔ)器電路，所述mcu控制器連接w25q串行閃存可編程存儲(chǔ)器，完成對(duì)多達(dá)48000點(diǎn)以上的阻值/溫度特性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄、保存和輸出；

16、所述mcu控制器內(nèi)部閃存器flash對(duì)應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、保護(hù)，防止非授權(quán)方的訪問和攻擊。

17、進(jìn)一步的，還包括pvd低電壓檢測(cè)電路和/或硬件低電壓檢測(cè)電路，所述pvd低電壓檢測(cè)電路是通過軟件在mcu控制器內(nèi)部的pvd低電壓檢測(cè)功能端進(jìn)行設(shè)置達(dá)到的；所述硬件低電壓檢測(cè)電路包括電阻r1、r2、r3、r4和三極管n1，所述電壓檢測(cè)電路接入電源的輸出vdd，通過電阻r3、r4分壓后接三極管n1基極，三極管n1集電極通過電阻r2連接電源的輸出vdd，三極管n1兩端電壓連接電阻r1后作為電壓檢測(cè)電路的輸出。

18、進(jìn)一步的，還包括led報(bào)警電路和/或聲音報(bào)警電路，所述led報(bào)警電路包括上限led燈和下限led燈，所述聲音報(bào)警電路包括蜂鳴器，所述蜂鳴器連接有三極管n2，三極管n2的基極連接至mcu控制器，所述蜂鳴器并聯(lián)有電感l(wèi)1。

19、另一方面，本技術(shù)提供一種本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器裝置，包括殼體、電路板以及傳感器探桿，所述電路板上集成有如上任意一項(xiàng)所述的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，所述傳感器探桿包括鋁合金引伸管和不鋼鋼粉末燒結(jié)防水保護(hù)管，所述電路板與傳感器探桿絕緣連接。

20、綜上所述，本技術(shù)的有益效果有：

21、1.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，是一種較低工作電壓和較小功耗的防爆電路，該電路用一個(gè)主控mcu控制器和根據(jù)需要配置的附加特定功能芯片，應(yīng)用多重增安型元器件保護(hù)(防護(hù))技術(shù)，特別是熱熔斷溫度保險(xiǎn)絲在防爆儀器儀表中的首先應(yīng)用和應(yīng)用tvs瞬態(tài)抑制二極管、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲串接于rs232和rs485輸出通訊接口的回路上建立安全柵，上述電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，具有很好的防爆屬性和良好的性價(jià)比；通過上述方案，設(shè)備的最大表面溫度較低(≦85℃)，可以達(dá)到最高的防爆等級(jí)(t6)；

22、2.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，采用電池和usb接口dc5v提供充電保證；

23、3.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，為本質(zhì)安全型裝置，不需要設(shè)計(jì)制造工藝復(fù)雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，應(yīng)用在溫濕度記錄儀、溫濕度變送器上時(shí)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕和造價(jià)低的特點(diǎn)；據(jù)資料，建立一個(gè)本安型和隔爆型開關(guān)傳感回路的費(fèi)用之比約為1:4(見防爆云平臺(tái)“儀表本質(zhì)安全防爆技術(shù)及其應(yīng)用”)；

24、4.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，應(yīng)用在溫濕度記錄儀、溫濕度變送器上時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)帶電情況下進(jìn)行維護(hù)、標(biāo)定和維修；注意：須在斷開充電電源和數(shù)據(jù)通訊終端的連接線的情況下進(jìn)行；

25、5.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，應(yīng)用在溫濕度記錄儀、溫濕度變送器上時(shí)，儀表外殼的損傷、泄漏、銹蝕等人為原因都不會(huì)降低儀表的安全可靠性；

26、6.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，是一種弱電技術(shù)，因此，不會(huì)造成人體傷害；

27、7.本技術(shù)提供的本安型防爆溫濕度記錄儀和溫濕度變送器電路，其適用范圍廣；國(guó)際電工委員會(huì)(iec)規(guī)定：本安型防爆技術(shù)是唯一可適用于0區(qū)爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆系統(tǒng)(也可適用1區(qū)和2區(qū))。