摘要： 液壓管路中壓力變送器屬于重要的壓力檢測設(shè)備，在進(jìn)行檢測時(shí)得出的檢測結(jié)果直接可以影響到液壓支架的操作與支架本身的檢測結(jié)果，因此對于煤礦等行業(yè)應(yīng)用液壓支架過程中，壓力變送器起到了相對重要的作用。本文研究對象為目前煤礦等行業(yè)應(yīng)用的低功耗、具備一定儲(chǔ)存能力的壓力變送器，研究其在工作中的檢測流程與優(yōu)化改進(jìn)。

0 引言

在目前的煤炭業(yè)等能源行業(yè)不斷發(fā)展過程中，出現(xiàn)了較多的安全問題與環(huán)境污染問題，所以對于煤炭采集行業(yè)的安全操作顯得尤為重要，它不僅影響到了具體操作的工人生命安全，也對行業(yè)產(chǎn)能產(chǎn)生較大的影響。所以目前我國的煤炭中都進(jìn)行了液壓支架的安裝，進(jìn)行對于井下操作的礦壓檢驗(yàn)，解決煤炭業(yè)中存在的安全問題，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行自動(dòng)化采礦。而壓力變送器屬于液壓支架中進(jìn)行壓力變送的儀器，其檢測結(jié)果與液壓支架的數(shù)據(jù)有之間影響關(guān)系，它也是液壓支架內(nèi)與被測礦井直接接觸的儀器，對于液壓支架的操作精度與檢測精度起著至關(guān)重要的作用，本文研究對象為目前煤礦等行業(yè)應(yīng)用的低功耗、具備一定儲(chǔ)存能力的壓力變送器，研究其在工作中的檢測流程與優(yōu)化改進(jìn)。

1 目前我國壓力變送器發(fā)展概況

目前，我國壓力變送器有四種發(fā)展情況：shou先就是海外企業(yè)在我國進(jìn)行投資好資建廠，設(shè)立研究公司，進(jìn)行對于壓力變送器的改進(jìn)、研發(fā)、銷售與生產(chǎn)。其次就是海外企業(yè)與國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行合資建廠，成立合資公司，共通進(jìn)行對于壓力變送器產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售與研發(fā)。還有就是國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行對于壓力變送器的自主研發(fā)，并進(jìn)行國內(nèi)銷售網(wǎng)點(diǎn)的生產(chǎn)銷售與研發(fā)。#后還有一類屬于國內(nèi)的缺乏研發(fā)能力的小企業(yè)，進(jìn)行對于其他廠商的壓力變送器零件的組裝，購買傳感器與其他相關(guān)零部件，進(jìn)行組裝銷售。我國目前這四類壓力變送器發(fā)展?fàn)顩r中的產(chǎn)品定位相對一致，前兩種壓力變送器主打中高端產(chǎn)品，后兩種壓力變送器主打中低端產(chǎn)品。目前我國壓力變送器生產(chǎn)質(zhì)量相對而言合資企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量較好，但是其產(chǎn)品的調(diào)理芯片、傳感器等相對核心的技術(shù)術(shù)語晦澀難懂，并且在組裝與整體上與國外優(yōu)質(zhì)壓力變送器存在一定的差距�，F(xiàn)在國內(nèi)市場的壓力變送器有兩種輸出類型，即模擬量輸出與總線型輸出兩類，兩種類型都是進(jìn)行外部供電，供電為 12VDC---36VDC，模擬量類型輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓或是標(biāo)準(zhǔn)電流信號，例如 0---5VDC 等，總線型的輸出信號為CAN、Hart 等信號。

2 壓力變送器通信接口分析

2.1 硬件分析

本文研究的低功耗、具有一定存儲(chǔ)能力的壓力變送器是通過 PC 機(jī)與串口進(jìn)行信號通信的，與 PC 機(jī)進(jìn)行配套的程序可以進(jìn)行對于產(chǎn)品參數(shù)的修改與#終設(shè)置，并可以進(jìn)行對于以儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行移植，讀取到 PC 機(jī)上，并進(jìn)行組織分析。對于電路設(shè)計(jì)硬件串口來說，一般選擇MAX3222，其擁有專有的低壓差發(fā)送器輸出級，可以進(jìn)行對于雙電荷泵的使用，在 3V 到 5.5V 之間的電源電壓中進(jìn)行正常工作，實(shí)現(xiàn)其 RS-232 的樹形。整體儀器需要四個(gè)小電容，即 0.1uF 外部電容小尺寸電荷泵。并且 MAX3222存在關(guān)斷模式，能夠相對長的增加其自身的使用壽命與電池壽命。在關(guān)斷的模式進(jìn)行下，壓力變送器的接收器保持自身的工作狀態(tài)，并且能夠進(jìn)行對于外部設(shè)備存在檢測，例如解調(diào)器的檢測，僅僅需要消耗極少電流。

2.2 通信實(shí)現(xiàn)

在 PC 機(jī)與壓力變送器進(jìn)行通信過程中，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)位、功能碼與校驗(yàn)碼組成，一般來說，功能碼存在一個(gè)字節(jié)的長度，數(shù)據(jù)位存在兩個(gè)字節(jié)的長度，效驗(yàn)碼存在兩個(gè)字節(jié)的長度面整體數(shù)據(jù)存在五個(gè)字節(jié)，同時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)長度不定長。

在 PC 機(jī)進(jìn)行命令發(fā)送，進(jìn)行對于從機(jī)數(shù)據(jù)的接受工作，并進(jìn)行對于相關(guān)參數(shù)的設(shè)置改變，一般采取以下幾個(gè)原則：①進(jìn)行自動(dòng)重傳，數(shù)據(jù)發(fā)送后，等待信息的接收端確認(rèn)，等待時(shí)間不進(jìn)行信息發(fā)送，等到接收端超過 200ms 無任何反應(yīng)或是反饋信息屬于錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，進(jìn)行重新發(fā)送，如果超過十次發(fā)送都是失敗結(jié)果，則進(jìn)行用戶提示，提示連接失敗，讓壓力變送器的使用者進(jìn)行方位調(diào)整與距離改變。②數(shù)據(jù)在同一組時(shí)，其間隔有限制，不能超過 3.5 個(gè)長度字符。③波特率有自身的組織范圍，即 9.6-115.2K，進(jìn)行對于 CRC16 的算法校驗(yàn)，不進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。④進(jìn)行半雙工的通信模式選擇。⑤在進(jìn)行通信之前，進(jìn)行對于從機(jī)的選擇，不進(jìn)行對于未選擇的從機(jī)通信，由此減少通信所需要的信息量，在進(jìn)行從機(jī)選擇后，不進(jìn)行在通信數(shù)據(jù)中添加地址碼。

3 壓力變送器功能測試分析

3.1 基本功能測試

對于壓力變送器的功能測試，主要時(shí)進(jìn)行對于人機(jī)功能交互、產(chǎn)品模式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、通信能力的檢測，主要檢測包含以下幾個(gè)內(nèi)容：①進(jìn)行對于壓力變送器的休眠產(chǎn)品與激活產(chǎn)品檢測，進(jìn)行對于壓力變送器的按鍵使用與強(qiáng)光喚醒，進(jìn)行對于壓力的測量與數(shù)據(jù)顯示，在按鍵放下后或是光線變得暗淡后，產(chǎn)品進(jìn)入自動(dòng)休眠狀態(tài)，使用步驟如下：1）按下開關(guān)按鈕，壓力變送器被激活，產(chǎn)品的液晶屏幕上顯示壓力數(shù)據(jù)。2）用光線較強(qiáng)的手電筒進(jìn)行對于液晶顯示屏的窗口感光照射，使得產(chǎn)品得以激活，并在液晶顯示屏上顯示壓力數(shù)據(jù)。3）再次進(jìn)行對于按鈕的按動(dòng)，關(guān)閉產(chǎn)品。其次就是進(jìn)行對于壓力變送器的休眠測試：②進(jìn)行對于壓力變送器的休眠定時(shí)測試，進(jìn)行檢測當(dāng)操作員不進(jìn)行對于壓力變送器操作時(shí)，產(chǎn)品的自動(dòng)休眠狀況與持續(xù)時(shí)間。③進(jìn)行對于通信能力測試，進(jìn)行測試壓力變送器與 PC機(jī)的通信情況，操作如下：1）進(jìn)行對于手操器的啟動(dòng)。2）按下手操器的開始按鈕，進(jìn)入選擇菜單模式，進(jìn)行對于功能的以此檢查。3）壓力變送器打開開關(guān)，并將其對準(zhǔn)手操器的頭部，始終保持 30cm 以內(nèi)的距離。4）進(jìn)行對于壓力變送器的地址設(shè)置、壓力報(bào)警設(shè)置、周期設(shè)置、參數(shù)設(shè)置，觀察液晶顯示品，提示顯示后結(jié)束操作。5）進(jìn)行對于參數(shù)的讀取，并進(jìn)行對于壓力變送器參數(shù)讀取，觀察讀取后的數(shù)據(jù)與自身開始前所進(jìn)行設(shè)置的數(shù)據(jù)差距，是否在數(shù)值上保持一致。④通信測試采集：進(jìn)行對于壓力變送器工作長時(shí)間后，其采取數(shù)據(jù)精度測試，觀察是否會(huì)出現(xiàn)較大的精度錯(cuò)誤，或是數(shù)據(jù)丟失情況。操作如下：1）按下壓力變送器的開始按鈕，進(jìn)行對于壓力變送器的開始，不進(jìn)行壓力變送器的壓力施加，讓壓力變送器保持自身的 0 數(shù)據(jù)。2）進(jìn)行對于手操器的啟動(dòng)。3）進(jìn)行手操器的操作，進(jìn)入選擇菜單，并進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置與周期采集改變，將其周期采集改為一分鐘。4）進(jìn)行對于壓力變送器與手操器的關(guān)閉，讓自身數(shù)據(jù)采集 30 天。5）讀取壓力變送器的采集數(shù)據(jù)。6）進(jìn)行調(diào)試串口助手，下達(dá)接受數(shù)據(jù)的命令，進(jìn)行對于壓力變送器的數(shù)據(jù)采集提取，進(jìn)行對于數(shù)據(jù)的檢查，觀察數(shù)據(jù)精度是否保持在 0.3MPa 之內(nèi)。

3.2 可靠性分析

對于壓力變送器的可靠性分析中，包含了較多的內(nèi)容，即震動(dòng)測試、運(yùn)輸震動(dòng)模擬、疲勞沖擊實(shí)驗(yàn)、漂移測試以及跌落測試等等�？煽啃苑治鲋饕�是進(jìn)行對于工作實(shí)況的模擬，而振動(dòng)測試、疲勞沖擊測試以及跌落試驗(yàn)屬于破壞性的測試。shou先要進(jìn)行的就是濕熱影響測試，即將壓力變送器的周圍溫度濕度進(jìn)行改變，將恒溫箱的溫度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到 40℃，濕度改變?yōu)?95%RH，對于測試壓力變送器進(jìn)行恒溫恒濕處理，在處理 24 小時(shí)之后，進(jìn)行對于壓力變送器常溫調(diào)整，并進(jìn)行測試，觀察數(shù)據(jù)與正常屬于誤差。其次進(jìn)行疲勞沖擊測試，將壓力變送器放在壓力疲勞機(jī)器測試中，進(jìn)行 60MPa 的壓力撞擊，測試 10 萬次撞擊，在進(jìn)行撞擊完成后，進(jìn)行對于壓力變送器的電氣性能分析，如果出現(xiàn)了失效等現(xiàn)象，終止實(shí)驗(yàn)，如果能夠正常顯示數(shù)據(jù)，則進(jìn)行顯示數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)對比，分析其誤差。再有就是進(jìn)行跌落測試，跌落測試即將壓力變送器裝入包裝盒子中，進(jìn)行從 1 米、2 米、3 米三個(gè)高度進(jìn)行盒子跌落，并且每個(gè)高度進(jìn)行正反兩個(gè)面的跌落測試，跌落測試后進(jìn)行對于數(shù)據(jù)采集，分析其數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)差距。#后就是模擬運(yùn)輸震動(dòng)，即將壓力變送器裝入到模擬運(yùn)輸?shù)钠�車�?nèi)，汽車速度設(shè)置多個(gè)參考速度，并在進(jìn)行測試后，將壓力變送器調(diào)轉(zhuǎn) 90°后，再次進(jìn)行測試對照，#后將兩組數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，研究其存在的誤差。

4 壓力變送器的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析

由于壓力變送器的工作主要是在井下工作，所以對于壓力變送器的整體材料有一定的要求，以免發(fā)生靜電、電火花等現(xiàn)象發(fā)生，其次要保持壓力變送器擁有較高的外殼堅(jiān)硬度，以免發(fā)生腐蝕等化學(xué)反應(yīng)。井下相對而言氣體復(fù)雜，存在較大的酸性，所以要以防酸性可溶于水氣體在進(jìn)入水后，產(chǎn)生酸性液體，溶解壓力變送器的現(xiàn)象發(fā)生，降低井下工作風(fēng)險(xiǎn)。除了壓力變送器自身的外殼需要材料保證之外，壓力變送器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件也需要保持強(qiáng)度，井下工作較為擁擠，所以在工人進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)暴力拆卸的現(xiàn)象發(fā)生，并可能出現(xiàn)壓力變送器在各個(gè)工人手中被扔來扔去發(fā)生較大碰撞，還會(huì)出現(xiàn)鐵錘等工具對于壓力變送器的傷害，因此壓力變送器的傳感器接口、外殼等部位的硬度需要較高的標(biāo)準(zhǔn)。基于這些需求，壓力變送器的外殼選擇了 17-4PH 進(jìn)口材料基底，并選擇了碳鋼作為壓力變送器的外殼設(shè)置。在我國 DN10 屬于通用接口，所以對于壓力變送器尺寸來說，需要保持相對密封性，容易進(jìn)行拆裝與組合，選擇 DN10 進(jìn)行工頭設(shè)計(jì)，并將它和井下的引壓管進(jìn)行結(jié)合。壓力變送器需要一個(gè)顯示屏窗口、一個(gè) LED提醒器窗口、一個(gè)按鈕以及一個(gè)感光的窗口。在進(jìn)行對于壓力變送器的設(shè)計(jì)過程中，其外觀整體需要防護(hù)，即選擇IP65 的防護(hù)等級，由于井下空間相對較小，所以壓力變送器盡可能做小。由于我國井下工作相對而言自動(dòng)化程度較低，所以不存在外部相對長時(shí)間可持續(xù)的電源，因此壓力變送器需要自身的內(nèi)置電源，又因?yàn)榫�下工作環(huán)境相對而言比較危險(xiǎn)，所以壓力變送器自身的電池更換必須要在拿到井上之后，進(jìn)行完全壓力變送器拆卸后，才可以進(jìn)行電池更換。

5 結(jié)論

本文從我國壓力變送器發(fā)展現(xiàn)況入手，從而進(jìn)行對于壓力變送器接口分析，功能測試與機(jī)械結(jié)構(gòu)分析，從多個(gè)角度研究液壓支架中的壓力變送器檢測流程，希望能夠?qū)τ谖覈鴫毫ψ兯推鳈z測行業(yè)發(fā)展提供一定的理論參考價(jià)值。