[其他]防爆数字式气压计

说明书

本发明属于矿业，是一种测量矿井通风阻力用的仪器，适用于有瓦斯爆炸危险的煤矿，也适用于其他地下矿山。

矿井通风阻力的测量，主要是对矿井内不同点之间的压差进行测量。传统的测量方法是用各种皮托管一压差计进行。已知的气压计，有的以液体作为气压敏感元件，有的用真空膜盒作为敏感元件（即无液气压计），基本上都采用机械传动显示系统。它们的共同点是机械加工要求高，测量精度往往不能满足实际需要。据报导，近几年国内外已研制出用真空膜盒作为气压敏感元件，并以电讯号输出的气压计。如：苏联M-75型通风用自记式微压计，中国WB-1型精密气压计等，基本上克服了前述仪器的缺点。但是，必须指出这种类型的气压计不具备防爆性能，不能用于有瓦斯爆炸危险的煤矿。本发明在技术上解决了将数字式无液气压计应用于有瓦斯爆炸危险的煤矿通风阻力测量的防爆安全问题，并使气压计既可测量矿井大气压力，又能测出瞬时压差值。

图1为本发明的气压计工作原理框图。图2为该气压计电气原理图。

本发明的气压计由电源，稳压器，稳幅交流电压发生器、静压传感器、第一级和第二级放大器、气压调节器、显示系统组成。两块7F93叠层电池经稳压器输出±5.2伏电压作为其它电路的工作电压。由稳幅交流电压发生器供给静压传感器的差动变压器以频率为400赫、振幅约为3伏的正弦波交流电压。静压传感器由真空压力膜盒、差动变压器以及整流电路组成。压力膜盒将感受的气压P变化而产生的微小位移带动差动变压器铁芯上下移动，使该变压器付边绕组产生与压力P变化成正比的电讯号，经整流后输出电压U_s。U_s＝K_s·P，式中K_s为传感器灵敏度。U_s经第一级运算放大器IC₅放大为电压U₁与气压调节器输出的直流电压U₀进行比较，再经第二级运算放大器IC₆放大为电压U₂后，由显示器以毫米水柱为单位显示出被测气压与参考气压的差值;U₁也可直接由第二级运算放大器IC₆放大后，由显示器以毫巴为单位显示瞬时气压值。气压调节器的电压U₀直接由稳压器取得，从而提高了气压计的稳定。显示器是一个由集成电路14433等组成31/2位数字电压表。

本发明的要点在于，借助密封防潮措施，电路设计采用了安全火花型防爆结构。两块7F93叠层电池的最大电压为23伏，正常工作电流小于50毫安。为限制在故障状态下的最大短路电流，电路中串入20欧姆的限流电阻，使实际最大短路电流小于750毫安。同时，采用具有温度超载保护、过电流及短路保护的稳压器。电路设计选用低功耗、低电压的元器件，使各电路参数在正常和故障状态下均符合安全火花型防爆设备的要求、其中储能元件电容值不大于47微法，两端电压小于11伏，电感元件（变压器BT₁BT₂）换算成空心电感后的等效电感量小于0.45亨，流经它的电流小于20毫安。为防止晶体管BG₄或BG₅发生极间短路而使流过两个变压器的电流剧增，在晶体管一变压器回路中串接一个六反相器IC₁₁。当发生极间短路后，IC₁₁即处于截止状态，实际流经晶体管一变压器回路的电流为2毫安。

按本发明的设计方案，仪器技术性能如下。

压差测量范围：0～±400毫米水柱，分辨力为0.1毫米水柱;

大气压测量范围：950～1050毫巴，分辨力为0.1毫巴;

平均误差及均方差：气压差为0～250毫米水柱时，平均误差小于±0.3～±3.0毫米水柱;大气压力变化在100毫巴范围内，修正后的平均误差小于±0.5毫巴;

适用的温度范围：-10℃～+50℃;

适用的湿度范围：不大于98%。

与同类仪器相比，本发明的优点是：具有安全火花防爆性能，结构合理，平均误差和均方差较小而分辨力较高，灵敏度和测量精度较高，读数直观、迅速、准确，携带方便，操作简单。仪器装在木制密封防潮机箱内。

本发明于1984年10月29日由冶金部组织技术鉴定。