专利名称：一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿井煤尘荷电量测量装置，尤其是一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置。
背景技术：
煤炭是我国的主要能源，约占全国总能源的70%左右，这一状况在一定时间内不会有根本性的改变。煤矿会产生大量煤尘，特别是井下综采工作面，煤尘能较长时间在空气中悬浮，其除继续保持原固体煤炭的主要物理化学性质外，还会出现许多新的特性，如爆炸性、带电性、分散性、可湿性等新特性。在生产和运输过程中煤尘容易带有电荷，主要来源 为在割煤粉碎过程中、在运动中煤尘间互相摩擦、与设备等表面接触、碰撞、煤尘离子的扩散作用等均可使煤尘颗粒带电。煤尘的荷电量取决于煤尘的粒径大小、密度、速度、压力、流型、作业环境的温度、湿度等众多因素。荷电性的煤尘在呼吸道内容易被阻留，使人易得尘肺病等多种疾病。煤尘在气体中与大地绝缘，每个煤尘都可以带电，当静电电压满足放电条件时，放电火花即可引起可燃气体和煤尘的爆炸。当带有电荷的煤尘靠近相关设备时被吸收积聚而形成物体带电，形成的静电电源就成为酿成瓦斯煤尘爆炸事故的潜在因素。如果因煤体下滑、通风失调、放炮等造成局部瓦斯积聚、煤尘飞扬而且达到爆炸极限时，放电火花必然引爆瓦斯煤尘，酿成事故的发生。因此对矿井煤尘荷电量测量，不仅关系到矿工的身体健康，关系到煤矿的安全生产，而且是管理人员掌握井下煤尘状况的重要手段，是煤尘危害防治的关键环节。通过检测并掌握环境中煤尘的荷电状况，为消除和治理职业性有害因素提供科学依据，为煤矿的安全生产提供保障，同时为防尘措施提供科学的评价依据，对于改善井下作业环境、防止煤尘爆炸、消除煤矿安全隐患具有重要意义。现有的矿井煤尘荷电量测量装置多采用单环电极或螺旋环电极，存在着灵敏度低、测量误差大等缺陷，还有待于进一步改进。

实用新型内容本实用新型的任务在于解决现有技术中矿井煤尘荷电量测量装置存在的技术缺陷，提供一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置。其技术解决方案是—种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，包括敏感元件、电荷转换电路、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、信号变送器和上位机；上述敏感元件的电极引出线连接电荷转换电路，电荷转换电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机，单片机连接D/A转换电路，D/A转换电路连接信号变送器，信号变送器连接上位机；上述敏感元件包括绝缘管，绝缘管的管腔作为煤尘通道，三个串联的圆环电极套置在绝缘管上，在绝缘管的外侧设置有屏蔽罩，圆环状电极位于绝缘管与屏蔽罩之间。上述电荷转换电路包括0PA129型超低偏置电流差动运算放大器，信号变送器包括AD694型单片电压/电流转换器。上述矿井煤尘荷电量测量装置还包括能够接地的接线盒，接线盒固定连接在屏蔽罩上，上述电荷转换电路设置在接线盒内。上述敏感元件，其绝缘管是采用特氟龙材料制成的，圆环电极是采用紫铜片或不锈钢片制成的，屏蔽罩是采用不锈钢材 料制成的。 上述矿井煤尘荷电量测量装置还包括吸风部件，吸风部件设置在敏感元件绝缘管的一个端口处。本实用新型具有以下有益技术效果本实用新型采用三个串联的圆环电极的方式，用以替代已有技术中的单环电极或螺旋环电极等的方式，能够有效地克服单环电极、螺旋环电极等方式所带来的灵敏度低、测量误差大等的缺点。此外，通过信号变送器输出的4-20mA标准电流信号，具有灵敏度高，抗干扰能力强的特点。
以下结合附图
与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明图I为本实用新型的一种实施方式的结构原理示意图，仅示出了敏感元件，为其立体分解状态图。图2为图I方式中的敏感元件剖示结构原理示意图。图3示出了图I方式中的一种电荷转换电路。图4示出了图I方式中的信号处理流程框图。
具体实施方式
结合图I、图2、图3与图4，一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，包括敏感元件、电荷转换电路、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、信号变送器和上位机。重点参看图I与图2,上述敏感元件的电极引出线连接电荷转换电路，电荷转换电路连接A/D转换电路，A/D转换电路连接单片机，单片机连接D/A转换电路，D/A转换电路连接信号变送器，信号变送器连接上位机。上述敏感元件包括绝缘管1，绝缘管的管腔作为煤尘通道，三个串联的圆环电极2套置在绝缘管上，在绝缘管的外侧设置有屏蔽罩3，圆环状电极位于绝缘管与屏蔽罩之间。上述敏感元件中，绝缘管是采用特氟龙材料制成的，圆环电极是采用紫铜片或不锈钢片制成的，屏蔽罩是采用不锈钢材料制成的。上述矿井煤尘荷电量测量装置还包括能够接地的接线盒5，接线盒固定连接在屏蔽罩上，接线盒应保持良好地接地；上述电荷转换电路6设置在接线盒内。上述矿井煤尘荷电量测量装置还可包括吸风部件，吸风部件设置在敏感元件绝缘管的一个端口处；用于在无风条件下强迫煤尘4通过煤尘通道。重点参看图3，上述电荷转换电路包括0PA129型超低偏置电流差动运算放大器。由0PA129构成的电荷放大器将电荷转换为电压信号。OPA129是美国TI公司生产的超低偏置电流差动运算放大器，其典型的偏置电流一般为O. 1PA。图3中电荷放大器实质上是负反馈放大器，其中R1，Cl为反馈参数，假设电极感应得到的电荷量为Q，则电荷放大器的输出为U= ，电荷放大器的放大倍数由C4确定。
C4重点参看图4，电荷转换电路输出的电压信号输入A/D转换电路(转换器)ADS1212，ADS1212是高精度、宽动态特性的Σ -Δ型模拟/数转换器。ADS1212芯片内部由可编程增益放大器(PGA)、二阶Σ -Δ调制器、调制控制单元、可编程数字滤波器、微控制器单元、寄存器组(指令寄存器、命令寄存器、数据寄存器、校准数据寄存器)和I个串行接口，I个时钟电路，I个内部2. 5V电压基准等组成。处理器选用STC89C52单片机，STC89C52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案，具有以下标准功能8k字节Flash，512字节RAM，32位I/
O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM, MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。D/A转换电路(芯片)选用TLV5638芯片，TLV5638是德州仪器公司生产的一种12位串行接口的数模转换器，该器件采用CMOS工艺，8脚SOIC 封装。经过D/A转换输出0-2V电压信号，该输出信号输入AD694，转换成4-20mA电流信号；信号变送器包括AD694型单片电压/电流转换器，AD694是一种单片电压/电流转换器，它能达到O. 002%的非线性度，精度高，且抗干扰性强，是过程控制、工业自动化和系统监测等领域中取代分立元件设计的一种理想集成电路。上述方式中未述及的技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，包括敏感元件、电荷转换电路、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、信号变送器和上位机；上述敏感元件的电极引出线连接电荷转换电路，电荷转换电路连接A/D转 换电路，A/D转换电路连接单片机，单片机连接D/A转换电路，D/A转换电路连接信号变送器，信号变送器连接上位机；其特征在于所述敏感元件包括绝缘管，绝缘管的管腔作为煤尘通道，三个串联的圆环电极套置在绝缘管上，在绝缘管的外侧设置有屏蔽罩，圆环状电极位于绝缘管与屏蔽罩之间。
2.根据权利要求I所述的一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，其特征在于所述电荷转换电路包括0PA129型超低偏置电流差动运算放大器，信号变送器包括AD694型单片电压/电流转换器。
3.根据权利要求I所述的一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，其特征在于所述矿井煤尘荷电量测量装置还包括能够接地的接线盒，接线盒固定连接在屏蔽罩上，所述电荷转换电路设置在接线盒内。
4.根据权利要求I所述的一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，其特征在于所述敏感元件，其绝缘管是采用特氟龙材料制成的，圆环电极是采用紫铜片或不锈钢片制成的，屏蔽罩是采用不锈钢材料制成的。
5.根据权利要求I所述的一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，其特征在于所述矿井煤尘荷电量测量装置还包括吸风部件，吸风部件设置在敏感元件绝缘管的一个端口处。
专利摘要本实用新型公开了一种基于三串联圆环电极的矿井煤尘荷电量测量装置，包括敏感元件、电荷转换电路、A/D转换电路、单片机、D/A转换电路、信号变送器和上位机；敏感元件的电极引出线连接电荷转换电路，上述各部件或装置按上述顺序连接；其特征是敏感元件包括绝缘管，绝缘管的管腔作为煤尘通道，三个串联的圆环电极套置在绝缘管上，在绝缘管的外侧设置有屏蔽罩，圆环状电极位于绝缘管与屏蔽罩之间。本实用新型采用三个串联的圆环电极的方式，用以替代已有技术中的单环电极或螺旋环电极等的方式，能够有效地克服单环电极、螺旋环电极等方式所带来的灵敏度低、测量误差大等的缺点。
文档编号G01R29/24GK202486221SQ201220129048
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者丘加康, 李成宇, 李继明, 王伟, 程学珍, 赵经华, 郎海军, 郭春芬, 马骥 申请人:山东科技大学