一种无触点电接点压力表的实现

电接点压力表在其控制开关处易产生电火花致使开关触点炭化和腐蚀，从而影响其使用寿命和可靠性差。针对普通电接点压力表这一缺陷，提出一种无 触点电接点压力表的设计方案。通过改变传统机械触点控制开关的结构，采用全电子化无触点开关可消除仪表在工作过程中产生的电火花，延长仪表的使用寿 命，提高仪表的开关速度和可靠性。普通电接点压力表经改装后进行试验，测试结果验证了此方案的可行性。除一般场合外，该方案还可直接用于易燃易爆等特 殊场合。

1.引言

在工业控制领域，经常需要对设备的 压力参数进行测量。电接点压力表则常用于 测量和控制各种管道和容器中的液体、气体 或蒸汽的压力及真空。电接点压力表是一种 现场指示、控制仪表，属自动化仪表范畴， 其一般精度等级为1.0-4.0级。

2.无触点电接点压力表概述

2.1电接点压力表的工作原理及存在问题

电接点压力表是由弹簧管压力表加装 电气接点开关所组成，除可指示压力的大小 外，还用于发出压力越限信号。其测压原理 是基于测量系统中的弹簧管在被测介质的压 力作用下，迫使弹簧管末端产生相应的弹性 变形。固定在机芯齿轮上的指针将被测值在 度盘上指示出来；与此同时，带动接点触头 产生相应闭合或断开的动作以使控压系统中 的电路得以接通或断开，从而实现自动控制 报警和现场指示的目的。

目前国内电接点压力表的准确度、弹 性元件的抗疲劳度等技术性能指标均己达到 较高的水准，但由于在实际使用中，压力表 电接点触点的负载大都为感性负载，在触点 通断瞬间，均会产生电弧，使触点灼蚀甚至 烧结在一起，以至于失效、损坏。

2.2无触点电接点压力表 为解决普通电接点压力表存在的问 题，本设计取消了电接点压力表中的机械触 点（银触点或磁助式电触点）。分别在上限 设定指针和下限设定指针的适当位置上各安 装一只霍尔磁敏集成开关，在原动触点转臂 适当位置上安装一只体积较小的高磁能积永 磁铁，两者组成一组无触点控制开关。调节 上限指针指示的压力值即可设定控制上限， 调节下限指针指示的压力值即可设定控制下 限，两指针所指示的压力差即为控制区间。

在电路设计上，为了保证霍尔磁敏集 成开关触发后不因永磁铁位置的变化而使电 路状态发生变化，采用CMOS与非门集成电路 组成具有记忆功能的Rs触发器[3]。由于CMOS 集成电路的输出电流有限、带负载能力弱， 因此需要在其输出端连接一只高增益达林顿 管，给后续电路提供足够的工作电流。

2.3霍尔磁敏集成电路 霍尔集成电路是一种集成化的磁敏传感器。它是把霍尔元件、差分放大器、施密 特触发器和输出器四部分做在同一硅片上的 磁电转换集成器件。输入为磁感应强度，输 出为电信号。其输出的电信号随着检测到的 磁感应强度的增减而变化。作为开关霍尔 传感器来应用的霍尔集成电路，其变化是数 字的，即输出电信号与磁感应强度呈开关 状态关系。霍尔集成电路的输出可以直接 驱动HL、CMOS等集成电路和各种类型大、 中、小晶体管。

霍尔开关集成电路可用于：无触点开 关、位置传感、旋转传感、自动检测控制 等。霍尔开关集成电路应用特点为：无触 点、长寿命、高可靠、无火花、无自激振 荡、工作频率宽。抗污能力强，抗干扰能力 强，负载能力强。输出数字化，结构简单、 坚固、体积小安装方便等。

3.机械结构及原理简介

对普通电接点压力表进行改装，改装 完成后的内部结构如图1所示。它是由引压 接头1、弹簧管2、压力测试指针3、挡块4、 止钉5、下限设定指针6、固定在6上的霍尔 磁敏集成开关7 (Iq)、装固在9上的永磁铁8、转臂9、调节9转动力矩的游丝10、装 固在12上的霍尔磁敏集成开关11 (Ic2)、 上限设定指针12、机芯连杆机构13所组成。

工作初始阶段，永磁铁8和转臂9在游 丝10弹簧力的作用下紧靠着设定指针6上的 止钉5。此时霍尔磁敏集成开关7处于触发导 通状态，无触点开关导通，负载得电工作。 当系统压力上升，弹簧管2端部的位移通过 机芯连杆机构13带动，使指针3转动。当指针3指到下限设定指针6所指的压力值时，永 磁铁8和转臂9在指针3上挡块4的推动下，随 压力的上升一起转动。当指针3随压力的进一步上升，指到上限设定指针12所指的压力 值时，永磁铁8触发霍尔磁敏集成开关11导 通。无触点开关关断使负载失电，压力源动 力停止工作。压力下降时永磁铁8转臂9在游 丝10弹簧力的作用下随指针3—起移动。当 系统压力下降到下限设定值时，永磁铁8触 发7再次导通，无触点开关导通负载得电， 压力源动力重新工作。如此反复，达到测量 和控制的目的。根据工作需要设定指针6、 12可在全量程范围内任意设定。

4.电路原理图及简介

控制电路需实现的基本功能为：当系 统压力低于下限设定值时，需要在达林顿管 T的基极输入高电平使其导通，从而负载得 电开始工作。在系统压力达到上限设定值 前，电路应当使负载保持工作状态。当系统 压力高于上限设定值时，在达林顿管T的基 极输入低电平使其截止，此时负载失电停止 工作，系统压力逐渐下降直至压力降至下限 设定值。当系统压力降至下限设定值时，应 当使达林顿管T的基极再次获得高电平并导 通，负载得电工作。以上便是电路的一个工 作周期。

需求电路的工作逻辑正好对应了Rs触 发器具有的逻辑功能。因此可以用Rs触发器 来实现本装置的核心控制电路。电路的工作 状态可以用表1详细描述，该表与Rs触发器 的真值表完全对应。

本设计的电路原理图如图2所示。它主 要包含的元器件及功能：直流极性保护二 极管D用于滤波稳压的电容和稳压二极管 C1、C2、DW；霍尔磁敏集成开关Iq、Ic2； 与非门组成的Rs触发器。3达林顿管T光 电耦合器Ic4双向可控硅SCR及用于过压保 护的压敏电阻VR。

图2电路中，通过光电耦合器Iq将交流 控制电源与直流工作电源隔离，增加了电路 的抗干扰性能和安全性。为进一步提高仪表 的可靠性，在SCR两端增加了R” C3缓冲保 护网络和VR压敏电阻，以防SCR因浪涌电压 过高而发生击穿。

5.实验装置的制作

选用一只0 150，规格为16MPa的电接 点压力表。具体实验装置的制作步骤如下： (1)将其下限设定指针和上限设定指针拆下 并去掉银触点或磁助触点，重新制作2个铜 质上、下限设定指针如图3、图4。（2)在其 针上设置安装霍尔磁敏集成开关Iq、。2用 的装夹卡，将Iq安装在下限设定指针6上， Ic2装固在上限设定指针12上。（3)在下限设 定指针6的适当位置上铆接好止钉5。（4)去 掉原表上的两动触点及转臂，重新制作一个 可装固永磁铁8的铜质转臂9见图3、图4。 (5)将游丝10—端固定，另一端与转臂9相 连，并调整好力矩。（6)将改装好的设定指 针6、12及转臂9一起装回原支架，再将支架 部件重新安装到电接点压力表中。至此，设 计的无触点电接点压力表的机械部分制作完 成。

印刷电路板的尺寸选择小于48 X 30mm 为宜，将焊接好元器件的PCB板安装至表内 空隙处即可完成整个实验装置的制作。主 要电器元件的选择：Iq、Ic2可选用UGS— 3120T或UGS—3020T型号的霍尔磁敏集成 开关；Ic3选择CD4011两输入端四与非门； L使用型号为MOC3041的光耦。关于SCR双 向可控硅的选择：当控制对象电源电压为 220V时，选择额定正向平均电流和耐压值为 6A/600V的双向可控硅。当控制对象电源电 压为380V时，选取参数为6A/1200V—1500V 的双向可控硅。其它元器件根据具体情况计 算后进行选择。

6.结束语

本设计测量和控制构件之间没有机械 接触，所以无机械磨损且解决了一般电接点 压力表在机械触点处产生电火花的问题。此 外普通电接点压力表在开关动作时，均不同 程度地存在微小的机械来回位移和回弹，使 被控对象产生频繁的重复动作，特别是在有 振动的场合更是如此。无触点电接点压力表 由于开关一旦动作不会因微小的机械位移、 回弹而发生频繁的重复动作，这一优点是普 通电接点压力表无法比拟的。由于无触点电 接点压力表具有上述优势，故其在工业生产 中具有较高的实用价值。