液壓支架中的壓力變送器檢測(cè)研究

吳艷

摘要：液壓管路中壓力變送器屬于重要的壓力檢測(cè)設(shè)備，在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)得出的檢測(cè)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(cè)結(jié)果，因此對(duì)于煤礦等行業(yè)應(yīng)用液壓支架過(guò)程中，壓力變送器起到了相對(duì)重要的作用。本文研究對(duì)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(cè)流程與優(yōu)化改進(jìn)。

Abstract： The pressure transmitter in the hydraulic pipeline belongs to the important pressure detecting equipment. The test results obtained during the test can directly affect the operation of the hydraulic support and the detection result of the bracket itself. Therefore， in the application of hydraulic support in coal mines and other industries， the pressure transmitter plays a relatively important role in the process. The research object of this paper is the pressure transmitters with low-power and a certain storage capacity used in coal mines and other industries， and the detection process and optimization improvement in the work is studied.

關(guān)鍵詞：檢測(cè)流程;紅外通信;壓力變送器

Key words： inspection process;infrared communication;pressure transmitter

中圖分類號(hào)：TQ172.1+6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）27-0214-02

0 ?引言

在目前的煤炭業(yè)等能源行業(yè)不斷發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了較多的安全問(wèn)題與環(huán)境污染問(wèn)題，所以對(duì)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(duì)行業(yè)產(chǎn)能產(chǎn)生較大的影響。所以目前我國(guó)的煤炭中都進(jìn)行了液壓支架的安裝，進(jìn)行對(duì)于井下操作的礦壓檢驗(yàn)，解決煤炭業(yè)中存在的安全問(wèn)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(cè)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(cè)礦井直接接觸的儀器，對(duì)于液壓支架的操作精度與檢測(cè)精度起著至關(guān)重要的作用，本文研究對(duì)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(cè)流程與優(yōu)化改進(jìn)。

1 ?目前我國(guó)壓力變送器發(fā)展概況

目前，我國(guó)壓力變送器有四種發(fā)展情況：首先就是海外企業(yè)在我國(guó)進(jìn)行投資獨(dú)資建廠，設(shè)立研究公司，進(jìn)行對(duì)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(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行合資建廠，成立合資公司，共通進(jìn)行對(duì)于壓力變送器產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售與研發(fā)。還有就是國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的自主研發(fā)，并進(jìn)行國(guó)內(nèi)銷售網(wǎng)點(diǎn)的生產(chǎn)銷售與研發(fā)。最后還有一類屬于國(guó)內(nèi)的缺乏研發(fā)能力的小企業(yè)，進(jìn)行對(duì)于其他廠商的壓力變送器零件的組裝，購(gòu)買(mǎi)傳感器與其他相關(guān)零部件，進(jìn)行組裝銷售。我國(guó)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(duì)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(guó)壓力變送器生產(chǎn)質(zhì)量相對(duì)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(duì)核心的技術(shù)術(shù)語(yǔ)晦澀難懂，并且在組裝與整體上與國(guó)外優(yōu)質(zhì)壓力變送器存在一定的差距。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(hào)，例如0---5VDC等，總線型的輸出信號(hào)為CAN、Hart等信號(hào)。

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(guò)PC機(jī)與串口進(jìn)行信號(hào)通信的，與PC機(jī)進(jìn)行配套的程序可以進(jìn)行對(duì)于產(chǎn)品參數(shù)的修改與最終設(shè)置，并可以進(jìn)行對(duì)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(duì)于電路設(shè)計(jì)硬件串口來(lái)說(shuō)，一般選擇MAX3222，其擁有專有的低壓差發(fā)送器輸出級(jí)，可以進(jìn)行對(duì)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(shù)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(duì)長(zhǎng)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(duì)于外部設(shè)備存在檢測(cè)，例如解調(diào)器的檢測(cè)，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(guò)程中，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)位、功能碼與校驗(yàn)碼組成，一般來(lái)說(shuō)，功能碼存在一個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)位存在兩個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度，效驗(yàn)碼存在兩個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)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(zhǎng)度不定長(zhǎng)。

在PC機(jī)進(jìn)行命令發(fā)送，進(jìn)行對(duì)于從機(jī)數(shù)據(jù)的接受工作，并進(jìn)行對(duì)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(guò)200ms無(wú)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(guò)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(guò)3.5個(gè)長(zhǎng)度字符。③波特率有自身的組織范圍，即9.6-115.2K，進(jìn)行對(duì)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(duì)于從機(jī)的選擇，不進(jìn)行對(duì)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(cè)試分析

3.1 基本功能測(cè)試

對(duì)于壓力變送器的功能測(cè)試，主要時(shí)進(jìn)行對(duì)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(cè)，主要檢測(cè)包含以下幾個(gè)內(nèi)容：①進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的休眠產(chǎn)品與激活產(chǎn)品檢測(cè)，進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的按鍵使用與強(qiáng)光喚醒，進(jìn)行對(duì)于壓力的測(cè)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(kāi)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(duì)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(duì)于按鈕的按動(dòng)，關(guān)閉產(chǎn)品。其次就是進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的休眠測(cè)試：②進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的休眠定時(shí)測(cè)試，進(jìn)行檢測(cè)當(dāng)操作員不進(jìn)行對(duì)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(duì)于通信能力測(cè)試，進(jìn)行測(cè)試壓力變送器與PC機(jī)的通信情況，操作如下：1）進(jìn)行對(duì)于手操器的啟動(dòng)。2）按下手操器的開(kāi)始按鈕，進(jìn)入選擇菜單模式，進(jìn)行對(duì)于功能的以此檢查。3）壓力變送器打開(kāi)開(kāi)關(guān)，并將其對(duì)準(zhǔn)手操器的頭部，始終保持30cm以內(nèi)的距離。4）進(jìn)行對(duì)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(duì)于參數(shù)的讀取，并進(jìn)行對(duì)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(kāi)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(cè)試采集：進(jìn)行對(duì)于壓力變送器工作長(zhǎng)時(shí)間后，其采取數(shù)據(jù)精度測(cè)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(kāi)始按鈕，進(jìn)行對(duì)于壓力變送器的開(kāi)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(duì)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(duì)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(duì)于壓力變送器的數(shù)據(jù)采集提取，進(jìn)行對(duì)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(duì)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(cè)試、運(yùn)輸震動(dòng)模擬、疲勞沖擊實(shí)驗(yàn)、漂移測(cè)試以及跌落測(cè)試等等。可靠性分析主要是進(jìn)行對(duì)于工作實(shí)況的模擬，而振動(dòng)測(cè)試、疲勞沖擊測(cè)試以及跌落試驗(yàn)屬于破壞性的測(cè)試。首先要進(jìn)行的就是濕熱影響測(cè)試，即將壓力變送器的周?chē)鷾囟葷穸冗M(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)?5%RH，對(duì)于測(cè)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(duì)于壓力變送器常溫調(diào)整，并進(jìn)行測(cè)試，觀察數(shù)據(jù)與正常屬于誤差。其次進(jìn)行疲勞沖擊測(cè)試，將壓力變送器放在壓力疲勞機(jī)器測(cè)試中，進(jìn)行60MPa的壓力撞擊，測(cè)試10萬(wàn)次撞擊，在進(jìn)行撞擊完成后，進(jìn)行對(duì)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(duì)比，分析其誤差。再有就是進(jìn)行跌落測(cè)試，跌落測(cè)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(cè)試，跌落測(cè)試后進(jìn)行對(duì)于數(shù)據(jù)采集，分析其數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)差距。最后就是模擬運(yùn)輸震動(dòng)，即將壓力變送器裝入到模擬運(yùn)輸?shù)钠?chē)內(nèi)，汽車(chē)速度設(shè)置多個(gè)參考速度，并在進(jìn)行測(cè)試后，將壓力變送器調(diào)轉(zhuǎn)90°后，再次進(jìn)行測(cè)試對(duì)照，最后將兩組數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(duì)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(duì)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(lái)扔去發(fā)生較大碰撞，還會(huì)出現(xiàn)鐵錘等工具對(duì)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)?；谶@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(guó)DN10屬于通用接口，所以對(duì)于壓力變送器尺寸來(lái)說(shuō)，需要保持相對(duì)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(duì)于壓力變送器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其外觀整體需要防護(hù)，即選擇IP65的防護(hù)等級(jí)，由于井下空間相對(duì)較小，所以壓力變送器盡可能做小。由于我國(guó)井下工作相對(duì)而言自動(dòng)化程度較低，所以不存在外部相對(duì)長(zhǎng)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鹿ぷ鳝h(huán)境相對(duì)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(guó)壓力變送器發(fā)展現(xiàn)況入手，從而進(jìn)行對(duì)于壓力變送器接口分析，功能測(cè)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(cè)流程，希望能夠?qū)τ谖覈?guó)壓力變送器檢測(cè)行業(yè)發(fā)展提供一定的理論參考價(jià)值。

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