CN217953545U - 采煤机冷却水多参数传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种采煤机冷却水多参数传感器，包括：壳体，壳体设有用于连接采煤机冷却水管的第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部之间设有冷却水流通的管路；温度检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的温度信号；压力检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的水压信号；流量检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的流量信号；以及微控制单元电路，设置于壳体内部，与温度检测电路、压力检测电路、流量检测电路连接，微控制单元电路配置有总线接口，配置用于通过总线接口将温度信号、水压信号、流量信号传输至通信总线。

Description

采煤机冷却水多参数传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种采煤机冷却水多参数传感器。

背景技术

煤机的减速器具有传递动力、增大转矩、降低转速的优点，是采煤机整个截割部传动系统的重要组成部分，其安全可靠的工作对整个采煤机的安全而高效的工作至关重要。采煤机截割部减速器带有水冷装置，当冷却系统中冷却水流量或压力不足时，减速器会因为不能正常散热而出现故障。所以，对于冷却水的流量压力及温度的实时检测是保证采煤机正常运行的重要环节。

相关技术中，对于采煤机冷却水的温度、压力和流量采集的主流方法为分开采样，也就是在相同位置配置三款不同的传感器进行测量，输出信号多为模拟信号。由于各种传感器的工作原理不同，其最终输出的电量形式各不相同，即使同一类传感器，其灵敏度、测量范围不同，相同电信号代表的物理量也不尽相同。因此，多款传感器输出信号并未统一，不符合智能化工业的要求，并且还会导致井下连线过多。此外，若要增减传感器以改变系统规模，需要整个测控系统(软件硬件及布线)进行重新配置，因此限制了测控系统的灵活性,制约了测控系统的扩展性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种采煤机冷却水多参数传感器，包括：

壳体，壳体设有用于连接采煤机冷却水管的第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部之间设有冷却水流通的管路；

温度检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的温度信号；

压力检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的水压信号；

流量检测电路，设置于壳体内部，配置用于检测流经管路的冷却水的流量信号；以及

微控制单元电路，设置于壳体内部，与温度检测电路、压力检测电路、流量检测电路连接，微控制单元电路配置有总线接口，配置用于通过总线接口将温度信号、水压信号、流量信号传输至通信总线。

可选地，温度检测电路，包括：温度检测探头，配置用于检测冷却水的温度值；以及温度转换芯片，与温度检测探头连接，配置用于将温度值转换为温度信号，并通过SPI总线传输至微控制单元电路。

可选地，温度检测探头为铂电阻探头。

可选地，压力检测电路，包括：压力感应装置，配置用于感应冷却水的压力电阻信号；以及电阻桥式信号调理芯片，与压力感应装置连接，配置用于将压力电阻信号调制为水压信号，并通过SPI总线或I2C总线传输至微控制单元电路。

可选地，压力感应装置，包括：扩散硅压力探头，配置用于检测冷却水压力对扩散硅膜片作用产生的位移变化；以及惠斯通电桥，与扩散硅压力探头连接，配置用于将位移变化转化为压力电阻信号。

可选地，流量检测电路，包括：流量检测探头，配置用于检测冷却水流量的电脉冲信号；放大电路，与流量检测探头连接，配置用于对电脉冲信号进行放大；电压比较芯片，与放大电路连接，配置用于对放大后的电脉冲信号进行计算；以及RC滤波电路，与电压比较芯片连接，配置用于对经过计算后的电脉冲信号进行滤波处理，并传输至微控制单元电路。

可选地，流量检测探头为涡轮式流量探头。

可选地，总线接口为CAN总线接口。

可选地，总线接口为RS485总线接口。

可选地，第一连接部和第二连接部与冷却水管通过螺纹连接。

本实用新型实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器，可以将温度检测电路、压力检测电路以及流量检测电路进行集成，从而利用本实施例的传感器可以同时检测采煤机冷却水的多种参数，并且集成后的传感器可以减小传感器体积、减少布线数量。此外，本实施例的传感器可以将多种信号统一以总线形式进行传输，符合现代工业对于传感器数字化、集成化的要求，增强了测控系统的灵活性和可扩展性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器内部电路结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提出的微控制单元电路的结构示意图；

图4是本实用新型另一实施例提出的温度检测电路的结构示意图；

图5是本实用新型另一实施例提出的压力检测电路的结构示意图；

图6是本实用新型另一实施例提出的流量检测电路的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本实用新型一实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器的结构示意图，图2是本实用新型另一实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器内部电路结构示意图，如图1和图2所示，一般性地，采煤机冷却水多参数传感器包括一个外壳10以及设置于外壳10内部的电路结构。

其中，传感器壳体10可以设有第一连接部20和第二连接部30，第一连接部20和第二连接部30之间设有冷却水流通的管路。在安装的过程中，可以通过第一连接部20和第二连接部30将该传感器安装至冷却水管，使冷却水流经该第一连接部20和第二连接部30之间的管路。一些实施例，第一连接部20和第二连接部30可以设置有内螺纹，冷却水管可以设置外螺纹，第一连接部20和第二连接部30与冷却水管通过螺纹连接，或者传感器与冷却水管还可以通过其他任意可能的方式连接，对此不做限制。

设置于壳体10内部的电路结构例如可以包括微控制单元电路70(以下简称“微控制单元MCU”)以及与微控制单元电路连接的温度检测电路40、压力检测电路50、流量检测电路60。

其中，温度检测电路40配置用于检测流经管路的冷却水的温度信号，压力检测电路50配置用于检测流经管路的冷却水的水压信号，流量检测电路60配置用于检测流经管路的冷却水的流量信号。

图3是本实用新型另一实施例提出的微控制单元电路的结构示意图，如图3所示，本实施例的微控制单元MCU可以包括核心单片机和外围电路。其中，单片机例如可以采用STM8S系列单片机，外围电路例如可以包括外置看门狗芯片(CAT823R)，其作用是定期的查看芯片内部的情况，一旦发生错误就向芯片发出重启信号；复位电路，将电路恢复到起始状态；晶振电路，产生原始时钟；选用基准电压芯片(LTC6655)，目的是将高精度基准电压作为参考电压；电源部分可以采用低功耗DC-DC芯片(LM2842)将输入的12V本安电源转为5V用于整个传感器供电。

其中，本实施例的微控制单元MCU还配置有总线接口，总线接口例如可以是CAN总线接口，其可以由CAN隔离收发器(CTM8251KAT)和浪涌抑制器(SP180082)构成；或者，总线接口还可以是RS485总线接口，其由RS485M芯片和浪涌抑制器(SP180082)构成。微控制单元MCU接收到温度信号、水压信号以及流量信号后，可以进行处理操作，例如信号模-数转换等，然后通过CAN总线接口或RS485总线接口与采煤机监测系统的通信总线连接，以将多种信号以总线形式进行传输。从而，监测系统可以对冷却水的状态进行监控。

本实用新型实施例提出的采煤机冷却水多参数传感器，可以将温度检测电路、压力检测电路以及流量检测电路进行集成，从而利用本实施例的传感器可以同时检测采煤机冷却水的多种参数，并且集成后的传感器可以减小传感器体积、减少布线数量。此外，本实施例的传感器可以将多种信号统一以总线形式进行传输，符合现代工业对于传感器数字化、集成化的要求，增强了测控系统的灵活性和可扩展性。

一些实施例，图4是本实用新型另一实施例提出的温度检测电路的结构示意图，如图4所示，温度检测电路40可以包括温度检测探头和连接的温度转换芯片(温度芯片)，其中，温度检测探头配置用于检测冷却水的温度值，温度转换芯片配置用于将温度值转换为温度信号，并通过SPI总线传输至微控制单元电路70。可选地，温度检测探头例如可以采用型号为PT100的铂电阻探头，保证温度测量的精度；而温度转换芯片可以采用型号为MAX31865的温度芯片，其可以自动调整和补偿连接线的电阻，利用MAX31865热电偶放大器可处理所有的RTD需求，甚至可以补偿3或4线RTD以提高精度。

一些实施例，图5是本实用新型另一实施例提出的压力检测电路的结构示意图，如图5所示，压力检测电路50可以包括压力感应装置和电阻桥式信号调理芯片。其中，压力感应装置可以采用扩散硅压力探头，冷却水的压力可以直接作用在扩散硅压力探头膜片上，使膜片产生与压力成正比的微位移，扩散硅压力探头可以检测冷却水压力对扩散硅膜片作用产生的位移变化；并且，该位移变化可以使惠斯通电桥的电阻值发生变化，从而可以将位移变化转化为压力电阻信号。进一步地，电阻桥式信号调理芯片(例如NSA2300芯片)，可以用于压力传感器调理，其内部包含一个低噪声仪表放大器(PGA)、一个低功耗24位Σ-ΔADC、一个用于数字校准的DSP和一个12位DAC。NSA2300可为传感器提供片上传感器补偿，包括零点漂移及其温度补偿，灵敏度及其温度补偿以及非线性补偿。通过NSA2300芯片可以将压力电阻信号调制为水压信号，并通过SPI总线或I2C总线传输至微控制单元电路70进行下一步处理。

一些实施例，图6是本实用新型另一实施例提出的流量检测电路的结构示意图，如图6所示，流量检测电路60可以包括依次连接的流量检测探头、放大电路(差分放大芯片)、电压比较芯片、RC滤波电路。

其中，流量检测探头配置用于检测冷却水流量的电脉冲信号。综合电磁流量计、涡轮流量计、超声流量计、差压流量计、涡街流量计5类传感器，考虑采煤机冷却水使用工况，由于超声波式流量计承压能力较差，不满足使用要求；差压式流量计和涡街式流量计精度较差。故选择范围为电磁式和涡轮式流量计：从传感器接入部分体积来看，涡轮流量计(dn25)体积约50mm*100mm*90mm，电磁流量计(dn25)接入管道部分约为φ160mm*200mm。涡轮流量计体积较小，更有优势。从功耗角度来看，涡轮流量计(≤3W)更具有优势，约为电磁流量计(≤10W)的三分之一。综上所述，本实施例优选采用涡轮式流量探头作为流量检测探头。

流量检测电路60在工作过程中，冷却水流过涡轮时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量，根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，即：电脉冲信号，此电脉动信号的频率与冷却水的流量成正比；进一步地，涡轮式流量探头发出的正弦电脉冲信号经过放大电路(LTC1992差分放大芯片)放大后至信号调理芯片(电压比较器ADS105)，然后经RC滤波电路后将脉冲方波信号(即，流量信号)送至MCU进行进一步的处理。从而，可以对冷却水的流量进行精准监测。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

(1)使同一/相邻位置的多种信号以CAN总线形式进行传输以符合现代工业对于传感器数字化、集成化的要求。

(2)传感器低功耗设计，可自由切换功耗模式保证待机时长。

(3)单个传感器可检测&采集多参数(包括：温度/流量/压力)，小型化设计大大减少传感器体积。

(4)高精度设计，流量检测采用涡轮式流量计精度可达千分之五以内。压力检测采用扩散硅薄膜定制，通过微处理器内部的补偿算法软件设计，使其精度可达0.05％。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种采煤机冷却水多参数传感器，其特征在于，包括：

壳体(10)，所述壳体(10)设有用于连接采煤机冷却水管的第一连接部(20)和第二连接部(30)，所述第一连接部(20)和所述第二连接部(30)之间设有冷却水流通的管路；

温度检测电路(40)，设置于所述壳体(10)内部，配置用于检测流经所述管路的冷却水的温度信号；

压力检测电路(50)，设置于所述壳体(10)内部，配置用于检测流经所述管路的冷却水的水压信号；

流量检测电路(60)，设置于所述壳体(10)内部，配置用于检测流经所述管路的冷却水的流量信号；以及

微控制单元电路(70)，设置于所述壳体(10)内部，与所述温度检测电路(40)、所述压力检测电路(50)、流量检测电路(60)连接，所述微控制单元电路(70)配置有总线接口，配置用于通过所述总线接口将所述温度信号、所述水压信号、所述流量信号传输至通信总线。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述温度检测电路(40)，包括：

温度检测探头，配置用于检测冷却水的温度值；以及

温度转换芯片，与所述温度检测探头连接，配置用于将所述温度值转换为温度信号，并通过SPI总线传输至所述微控制单元电路(70)。

3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述温度检测探头为铂电阻探头。

4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压力检测电路(50)，包括：

压力感应装置，配置用于感应冷却水的压力电阻信号；以及

电阻桥式信号调理芯片，与所述压力感应装置连接，配置用于将所述压力电阻信号调制为所述水压信号，并通过SPI总线或I2C总线传输至所述微控制单元电路(70)。

5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，压力感应装置，包括：

扩散硅压力探头，配置用于检测冷却水压力对扩散硅膜片作用产生的位移变化；以及

惠斯通电桥，与所述扩散硅压力探头连接，配置用于将所述位移变化转化为所述压力电阻信号。

6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述流量检测电路(60)，包括：

流量检测探头，配置用于检测冷却水流量的电脉冲信号；

放大电路，与所述流量检测探头连接，配置用于对所述电脉冲信号进行放大；

电压比较芯片，与所述放大电路连接，配置用于对放大后的电脉冲信号进行计算；以及

RC滤波电路，与所述电压比较芯片连接，配置用于对经过计算后的电脉冲信号进行滤波处理，并传输至所述微控制单元电路(70)。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述流量检测探头为涡轮式流量探头。

8.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述总线接口为CAN总线接口。

9.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述总线接口为RS485总线接口。

10.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一连接部(20)和所述第二连接部(30)与所述冷却水管通过螺纹连接。

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