摘要： 液壓管路中壓力變送器屬于重要的壓力檢測設備，在進(jìn)行檢測時(shí)得出的檢測結果直接可以影響到液壓支架的操作與支架本身的檢測結果，因此對于煤礦等行業(yè)應用液壓支架過(guò)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)應用的低功耗、具備一定儲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(guò)程中，出現了較多的安全問(wèn)題與環(huán)境污染問(wèn)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，解決煤炭業(yè)中存在的安全問(wèn)題，并以此為基礎進(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，其檢測結果與液壓支架的數據有之間影響關(guān)系，它也是液壓支架內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(zhù)至關(guān)重要的作用，本文研究對象為目前煤礦等行業(yè)應用的低功耗、具備一定儲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(chǎng)，設立研究公司，進(jìn)行對于壓力變送器的改進(jìn)、研發(fā)、銷(xiāo)售與生產(chǎn)。其次就是海外企業(yè)與國內企業(yè)進(jìn)行合資建廠(chǎng)，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(xiāo)售與研發(fā)。還有就是國內企業(yè)進(jìn)行對于壓力變送器的自主研發(fā)，并進(jìn)行國內銷(xiāo)售網(wǎng)點(diǎn)的生產(chǎn)銷(xiāo)售與研發(fā)。#后還有一類(lèi)屬于國內的缺乏研發(fā)能力的小企業(yè)，進(jìn)行對于其他廠(chǎng)商的壓力變送器零件的組裝，購買(mǎi)傳感器與其他相關(guān)零部件，進(jìn)行組裝銷(xiāo)售。我國目前這四類(lèi)壓力變送器發(fā)展狀況中的產(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)品的調理芯片、傳感器等相對核心的技術(shù)術(shù)語(yǔ)晦澀難懂，并且在組裝與整體上與國外優(yōu)質(zhì)壓力變送器存在一定的差距�，F在國內市場(chǎng)的壓力變送器有兩種輸出類(lèi)型，即模擬量輸出與總線(xiàn)型輸出兩類(lèi)，兩種類(lèi)型都是進(jìn)行外部供電，供電為 12VDC---36VDC，模擬量類(lèi)型輸出標準電壓或是標準電流信號，例如 0---5VDC 等，總線(xiàn)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、具有一定存儲能力的壓力變送器是通過(guò) PC 機與串口進(jìn)行信號通信的，與 PC 機進(jìn)行配套的程序可以進(jìn)行對于產(chǎn)品參數的修改與#終設置，并可以進(jìn)行對于以?xún)Υ娴臄祿�進(jìn)行移植，讀取到 PC 機上，并進(jìn)行組織分析。對于電路設計硬件串口來(lái)說(shuō)，一般選擇MAX3222，其擁有專(zhuān)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，能夠相對長(cháng)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)行對于外部設備存在檢測，例如解調器的檢測，僅僅需要消耗極少電流。

2.2 通信實(shí)現

在 PC 機與壓力變送器進(jìn)行通信過(guò)程中，數據通過(guò)數據位、功能碼與校驗碼組成，一般來(lái)說(shuō)，功能碼存在一個(gè)字節的長(cháng)度，數據位存在兩個(gè)字節的長(cháng)度，效驗碼存在兩個(gè)字節的長(cháng)度面整體數據存在五個(gè)字節，同時(shí)返回數據長(cháng)度不定長(cháng)。

在 PC 機進(jìn)行命令發(fā)送，進(jìn)行對于從機數據的接受工作，并進(jìn)行對于相關(guān)參數的設置改變，一般采取以下幾個(gè)原則：①進(jìn)行自動(dòng)重傳，數據發(fā)送后，等待信息的接收端確認，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)任何反應或是反饋信息屬于錯誤數據，進(jìn)行重新發(fā)送，如果超過(guò)十次發(fā)送都是失敗結果，則進(jìn)行用戶(hù)提示，提示連接失敗，讓壓力變送器的使用者進(jìn)行方位調整與距離改變。②數據在同一組時(shí)，其間隔有限制，不能超過(guò) 3.5 個(gè)長(cháng)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，不進(jìn)行奇偶校驗。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)行對于從機的選擇，不進(jìn)行對于未選擇的從機通信，由此減少通信所需要的信息量，在進(jìn)行從機選擇后，不進(jìn)行在通信數據中添加地址碼。

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)行對于人機功能交互、產(chǎn)品模式轉換、數據采集、通信能力的檢測，主要檢測包含以下幾個(gè)內容：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光喚醒，進(jìn)行對于壓力的測量與數據顯示，在按鍵放下后或是光線(xiàn)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據。2）用光線(xiàn)較強的手電筒進(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據。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(kāi)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(kāi)開(kāi)關(guān)，并將其對準手操器的頭部，始終保持 30cm 以?xún)鹊木嚯x。4）進(jìn)行對于壓力變送器的地址設置、壓力報警設置、周期設置、參數設置，觀(guān)察液晶顯示品，提示顯示后結束操作。5）進(jìn)行對于參數的讀取，并進(jìn)行對于壓力變送器參數讀取，觀(guān)察讀取后的數據與自身開(kāi)始前所進(jìn)行設置的數據差距，是否在數值上保持一致。④通信測試采集：進(jìn)行對于壓力變送器工作長(cháng)時(shí)間后，其采取數據精度測試，觀(guān)察是否會(huì )出現較大的精度錯誤，或是數據丟失情況。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 數據。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)行參數的設置與周期采集改變，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，讓自身數據采集 30 天。5）讀取壓力變送器的采集數據。6）進(jìn)行調試串口助手，下達接受數據的命令，進(jìn)行對于壓力變送器的數據采集提取，進(jìn)行對于數據的檢查，觀(guān)察數據精度是否保持在 0.3MPa 之內。

3.2 可靠性分析

對于壓力變送器的可靠性分析中，包含了較多的內容，即震動(dòng)測試、運輸震動(dòng)模擬、疲勞沖擊實(shí)驗、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?chē)鷾囟葷穸冗M(jìn)行改變，將恒溫箱的溫度進(jìn)行調整，調整到 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整，并進(jìn)行測試，觀(guān)察數據與正常屬于誤差。其次進(jìn)行疲勞沖擊測試，將壓力變送器放在壓力疲勞機器測試中，進(jìn)行 60MPa 的壓力撞擊，測試 10 萬(wàn)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，如果出現了失效等現象，終止實(shí)驗，如果能夠正常顯示數據，則進(jìn)行顯示數據與正常數據對比，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)行對于數據采集，分析其數據與正常數據差距。#后就是模擬運輸震動(dòng)，即將壓力變送器裝入到模擬運輸的汽車(chē)內，汽車(chē)速度設置多個(gè)參考速度，并在進(jìn)行測試后，將壓力變送器調轉 90°后，再次進(jìn)行測試對照，#后將兩組數據與正常數據進(jìn)行對比分析，研究其存在的誤差。

4 壓力變送器的機械結構分析

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、電火花等現象發(fā)生，其次要保持壓力變送器擁有較高的外殼堅硬度，以免發(fā)生腐蝕等化學(xué)反應。井下相對而言氣體復雜，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象發(fā)生，降低井下工作風(fēng)險。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)品結構件也需要保持強度，井下工作較為擁擠，所以在工人進(jìn)行工作時(shí)，會(huì )出現暴力拆卸的現象發(fā)生，并可能出現壓力變送器在各個(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準�；�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置。在我國 DN10 屬于通用接口，所以對于壓力變送器尺寸來(lái)說(shuō)，需要保持相對密封性，容易進(jìn)行拆裝與組合，選擇 DN10 進(jìn)行工頭設計，并將它和井下的引壓管進(jìn)行結合。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計過(guò)程中，其外觀(guān)整體需要防護，即選擇IP65 的防護等級，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(cháng)時(shí)間可持續的電源，因此壓力變送器需要自身的內置電源，又因為井下工作環(huán)境相對而言比較危險，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 結論

本文從我國壓力變送器發(fā)展現況入手，從而進(jìn)行對于壓力變送器接口分析，功能測試與機械結構分析，從多個(gè)角度研究液壓支架中的壓力變送器檢測流程，希望能夠對于我國壓力變送器檢測行業(yè)發(fā)展提供一定的理論參考價(jià)值。