煤矿支架压力监测分机主机-本安电路参数计算说明

煤矿支架压力监测设备
本安电路参数计算说明
一、主要设备及其关联性
煤矿支架压力监测设备，由井下KBW－F型压力监测分机、KBW－M型中继、KBW－Z型主机、地面微机和便携式KBW－C型采集器构成，下井设备均按本安设计。

压力分机内安装有两只KBGY－60型振弦式压力传感器，量程60MPa，准确度1%FS，用于监测综采支架两柱液体压力。

本设备可采用以下多种方式组合，用于煤矿采煤工作面液压支架压力监测：
（1）若干个分机（电池供电）安装在工作面支架上，每班用无线数据采集器采集各分机存贮的前一班支架压力数据，带到地面通过USB接口输入微机存贮、显示和打印。

必要时可调看、打印各支架压力－空间分布曲线或每个支架的压力－时间曲线。

（2）若干个分机安装在工作面支架上，在工作面中部安装中继（电池供电）进行无线接力，将各支架压力数据传送给下顺槽工作面端部的主机（本安电源供电）存贮，每班用无线数据采集器采集主机存贮的前一班数据，带到地面通过USB接口输入微机。

（3）对于有局域网延伸到下顺槽的工作面，则在方式（2）的基础上，将主机接到局域网，通过网络将各支架的压力数据实时传送到地面微机。

其中，KBGY－60型压力传感器是原矿压所YGH－50型本安压力传感器的改进（仅改进了机械结构）；分机、中继、采集器均由两节3.6V锂电池供电，采用原矿压所GSJ－1、2型检测仪和DK－1、2矿压遥测仪的本安电路设计（见下图，参数也一样），确保其本安性能。

主机安装在工作面下顺槽端口，有交流供电，采用5V0.5A本安电源供电。

二、本安电路参数计算说明
（1）压力传感器，另有本安电路参数计算说明。

（2）分机、中继和采集器本安电路参数计算说明。

电源电路：
由图可见：7.4V锂电池通过0.25A保险丝管和两只5.1Ω1W并联限流电阻，给两级稳压电路供电，整机工作电流＜150mA。

稳压块有短路保护和过流保护，可提供一定安全性；万一稳压块损坏或其他原因，导致限流电阻后部发生直接短路或半短路时，则由限流电阻和保险丝管保证其本安性能：
+
－7.4V
保险丝管
0.25A
2╳5.1Ω1W
10μF10μF47μF
5V稳压块 3.3V稳压块
5V 3.3V
图电源电路本安设计
短路时，由于0.25A保险丝管最小电阻为1.5Ω，最大短路电流Im=7.4V/（2.5Ω＋2Ω）=1.85A，安全系数取1.5，电流增加到1.5×1.85=2.775A，查GB 3836.4电阻电路，7.4V最小点燃电流＞5A，所以该电路为本质安全型电路。

且2.775A ＞＞0.25A，保险丝管瞬间熔断，切断电源，确保安全。

对于特殊半短路情况，例如短路电流为0.4A（小于保险丝管标称值的2倍）时，保险丝管可支持一段时间，这时每只5.1Ω电阻中电流0.2A，耗功率0.204W，而电阻功耗为1W，完全能够承受，温升远低于摄氏200度，是安全的。

电路电容：
稳压电路滤波电容10μF，最高电压7.4V，安全系数取1.5，电压增加到1.5×7.4=11.1V；
无线模块电源滤波电容为47μF，电压3.3V，安全系数取1.5，电压增加到1.5×3.3=4.95V。

查得10μF最小点燃电压30V；47μF最小点燃电压15V，所以该电路为本质安全型。

电路电感：
无线模块振荡频率400MHz，电感120nH＜＜0.0001H，发射工作电流60mA，安全系数取1.5，电流增加到1.5×60=90mA。

按0.0001H，查得最小点燃电流为0.27A，故电路为本安型。

（3）主机电路
主机电路核心部分与分机相同，如有时钟电路、单片机、无线模块等，但少了稳压块、显示器、激发电路。

整机工作电流100mA，由5V0.5A本安电源供电，保证其本安性能。

3.3V电源滤波电容（即无线模块电源滤波电容）亦为47μF，由上面可知为本安型。

（4）结论
从上述结果可知：分机、中继和采集器由电池供电，采用过去已获防爆合格证广泛使用的保险丝管加限流电阻本安设计，且电容小电压低，电感极小电流小，可确保其本安性能；主机电压低工作电流小，电容、电感与分机相同，由本安电源供电，有足够本安性能。

可以认为这些设备符合GB 3836.4 10.1.1要求：“如果一个电路根据附录A所述的方法和图A.1到图A.6给出的参考曲线或表A1~A6给出的数据，可以推断其结构和电气参数有足够的本质安全性能时，则可以不用火花装置进行型式试验。

”
请考虑这一点，予以简化手续，节约时间人力，需交费用不受影响。

泰安弘谦泰电子有限责任公司
2011年9月20日。