CN101685036A - 高压带电体温度实时测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种高压带电体温度实时测量装置，适用于实时测量高压带电体的温度。单片机与带有天线的无线收发电路连接，AD转换器分别与电源电压采集电路、温度传感器、单片机相连，定时控制与单片机连接，电源电路内置稳压芯片，电源的“地”信号与屏蔽盒相连，装置的电路板安装在屏蔽盒中，屏蔽盒外装有外壳，其上装有支架。可在单片机控制下，实现全天候实时监测、自动采集、发送被测高压带电体接头处的实际温度，测量数据灵敏、准确、安全、可靠，同时由于使用定时控制使整个装置在大部分时间内处于极低功耗的待机状态，从而保证了整个装置的耗电极低，可以做到一只电池连续使用数年以上，可有效实现节能降耗。
Description
高压带电体温度实时测量装置
所属技术领域
本发明涉及无线传输技术领域内、用于测量高压电气设备实时温度的监测装置。 背景技术
在高压输配电系统中，如配电变压器、开关、分接箱等，存在着众多的电气接头，这些 接头之间有接触电阻，且流过的电流较大，容易发热而产生高温，尤其在夏季，由于环境温 度高，用电负荷大，发热现象极其严重，如果不及时发现可能会损坏电力设施，造成大面积 停电，酿成重大事故。由于这些接头带有非常高的电压，受绝缘因素的制约，无法使用常规 的数据采集装置测量其温度，目前的方法是在这些接头上涂上温感材料，采取当温度过高时， 通过肉眼观测这些温感材料颜色变化的方式来观察接头温度是否超标，但不能测量其实际温 度值，特别是在距离较远的输电线变压器上还得用望远镜观测，或者采用光纤传感器监测温 度变化。人工检测的方法不仅不灵敏、不准确、而且反应比较迟钝，难于实现全天候的实时 监测，而光纤传感器由于价格过高而难于普及应用。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种高压带电体温度实时测量装置，可在单 片机控制下，采集温度传感器从被测的接头处感应的温度，由无线收发电路将其发送至无线 接收装置上，通过数据处理自动显示被测带电体的实际温度，以实现解决高压带电体温度难 于实时测量问题的目的。
本发明的技术方案在于：包括单片机，实现温度、电压数据的采集、处理、传输，单片 机与无线收发电路相连接，无线收发电路上连接有天线，AD转换器的输入端与电源电压采 集电路、温度传感器连接，数据输出端与单片机连接，定时控制的输出与单片机的中断输入 连接，电源电路内置稳压芯片，为装置中的所有电路提供电源，电源的"地"信号与屏蔽盒 连接，装置的电路板安装在屏蔽盒中，屏蔽盒外装有外壳，外壳上装有支架。
无线收发电路为专用的无线收发芯片、通用的无线收发芯片，或将单片机、AD转换器、 无线收发电路整合在一起的多功能芯片；AD转换器为单独的AD转换芯片、将AD转换器集 成在单片机内、或将AD转换器集成在温度传感器内；定时控制采用通用集成电路、专用定 时芯片，或单片机内置定时器；温度传感器为热敏电阻器，或集成电路温度传感器；电源电
3路为电池，或源于外部电源。
本发明安装在带有极高电压的电气接头处，温度传感器装在支架或带电体上，直接测量 接头处的温度，故它处于极强的工频电磁场中。在这种情况下要保证装置的正常工作，必须 将装置的电路部分进行电和磁的屏蔽。电路板外部的屏蔽盒可以是单层，也可以是多层，采 用既导磁也导电的材料制作，外屏蔽盒上开有横向的窄缝，支架采用导热良好的材料制作。
本发明的工作过程是：在一个工作周期的绝大部分时间中，除定时控制外，装置中的所 有电路均处于"睡眠"状态，从而仅消耗极低的电能，定时时间到，定时控制的输出信号将 单片机"唤醒"，单片机被唤醒后即启动AD转换器，完成一次温度数据采集，由于温度传感 器安装在高压带电体被测的接头处，故该温度值就是电气接头的温度；然后单片机启动无线 收发电路发送出本次采集的温度值；当单片机确认已成功发送数据后，便关断AD转换器和 无线收发电路，再次进入睡眠状态；当发现所采集的接头上的温度高于单片机中所设定的阈 值温度时，发出报警信号，提醒工人及时检修。由于信号的传输是利用电磁波，故成功地解 决了接头处电压高而无法实现数据传输的难点。
本发明与现有技术相比，克服了用人工或光纤传感器检测温度的缺陷，可在单片机控制 下，实现全天候实时监测、自动采集、发送被测高压带电体接头处的实际温度，测量数据灵 敏、准确、安全、可靠，同时由于使用定时控制使整个装置在大部分时间内处于极低功耗的 待机状态，每隔一定时间"醒来"完成一次数据采集和传输，从而保证了整个装置的耗电极 低，可以做到一只电池连续使用数年以上，可有效实现节能降耗。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图l是本发明电路结构框图；
图2是本发明电路图；
图3是本发明结构简图；
图4是本发明图3的A-A剖视图； 图5是本发明外观立体结构图。 具体实施方式
如图1所示，8为天线，9为屏蔽盒，IO为外屏蔽盒，ll为支架，12为外壳。 单片机2与无线收发电路1相连接，无线收发电路l可以采用专用的无线收发芯片，也 可以为通用的无线收发芯片，还可以为将单片机2、 AD转换器3、无线收发电路l整合在一起的多功能芯片，无线收发电路1上连接有天线8; AD转换器3的输入端与电源电压采集 电路4、温度传感器7连接，数据输出端与单片机2连接，可以使用单独的AD转换芯片， 也可以采用在单片机2、温度传感器7内置AD转换器3;温度传感器7可以采用热敏电阻器， 也可以采用集成电路温度传感器，温度传感器7装在支架11上；定时控制5的输出与单片机 2的中断输入连接，定时控制5可以采用通用集成电路构成，也可以使用专用定时芯片，还 可以采用在单片机2内置定时器；电源电路6内置稳压芯片，为装置中的所有电路提供电源； 无线收发电路l、单片机2 、 AD转换器3、电源电压采集电路4、定时控制5、电源电路6 所组成的电路板安装于屏蔽盒中；内屏蔽盒9安装在外屏蔽盒10中，以利于将装置的电路部 分进行电和磁的屏蔽：最外面是外壳12，用塑料制作；天线8从屏蔽盒9、 10和外壳12的 孔中伸出；为减小涡流引起的发热，在外屏蔽盒10上开有横向的缝隙，屏蔽盒9、 IO均与电 路的地信号相连接；温度传感器7装在支架11上。
如图2所示，图中虚线框l内为无线收发电路l的电路部分，主要由TI公司的短距离无 线收发芯片CC1100及其外围电路组成，它通过其SPI接口、状态输出端口等与单片机2连 接，CC1100通过SPI接口接收单片机2发送的命令和数据，完成数据的接收和发送、或者进 入低功耗状态，进入低功耗状态后其耗电极低，可以延长电池的使用寿命，CCllOO的GDOO 配置为反映内部工作状态的输出状态，连接到单片机2的P1. 3，单片机2通过该引脚判断 CC1100的工作状态，电容器C121、 C131、 C123、 C125、 C122、 C124，电感器L121、 L131、 L122、 L123组成转换网络，实现CC1100的平衡差分输出到非平衡的单端之间的转换，以连 接外接天线8， Y1是CC1100的时钟振荡器的晶振；虚线框2中是单片机2及其外围电路， 为简化结构，降低成本，这里采用内部带有AD转换器的单片机STC12LE5052AD，这种型 号的单片机除内部带有AD转换器、SPI接口外，其最重要的特性之一是：它进入"掉电"状 态后可以被中断信号"唤醒"，其外中断申请引脚与定时控制芯片的输出连接；虚线框5内是 定时控制5的电路部分，单片机2完成一次温度测量只是一个时间极短的过程，大约20毫秒， 根据需要大概每20秒测量一次即可，所以单片机绝大部分时间处于待机状态，待测时正常工 作电流在4mA-7mA,在长期工作，在电池电量有限工作的情况下，这是个巨大的浪费。为解 决这一问题，让单片机在待机状态下处于掉电模式（掉电模式工作电流小于O.luA)，用定时 控制5的时钟芯片的定时报警功能唤醒，让单片机2开始工作，测量结束后再次进入掉电模 式，从而达到极低消耗电能的目的。当然时钟芯片的功耗是极低的，约0.8uW，其功耗可以 忽略。本实施方案中定时控制5选用实时时钟芯片PCF8563，该芯片通过IIC接口与单片机2 连接，在应用中被编程设置为20秒钟产生一个输出信号，其输出连接到单片机2的第7脚，即INT1,用来为单片机2提供"唤醒"信号，PCF8563工作时消耗的电能极少。虚线框7中 是温度传感电路，为减少耗电量，延长电池的工作时间，这里加一个PNP型开关管，当需要 采集温度时单片机2的P3.2端口置低电平打开开关管,测量完毕后P3.2端口置高电平关闭开 关管。为了让温度传感器7能正常工作，需在前面串入一分压电阻，为使AD转换器达到最 高的精度，串入的电阻阻值应等于热敏电阻常温下的阻值。单片机2的AD采样通道应接在 热敏电阻和分压电阻之间：虚线框4中是电源电压采集电路4，为尽可能地节省电量，在此 也加一个PNP型开关管，其工作原理同虚线框7中的温度采集电路7。为让采样值不超出AD 采样电压在此对电源进行分压，采样通道接两电阻之间，分压后的采样电压应满足（R2+Uon) / (Uon+R2+R3) *Vb<=3.3 (Vb为电池电压，Uon为开关管的管压降一般，硅管0.7V,锗管 0.1V);通过上述设计，可以让整个装置在lOOOmAh的电池供应下，连续工作两年以上；虚 线框6是电源电路，BT1为3.7V—次性电池，经稳压管稳压后给电路提供电源，U4为3JV 低压差稳压芯片，在此电路中可以采用XC62FP30，其最低压降可以为0.1V,也就是说，在 电池电压降到3.4¥后其输出电压还可以为3.3¥, C4、 C5为滤波电容，其作用是减小电源中 的纹波，提高AD采样的精度；虚线框8为天线8，信号线与无线收发电路1的C125连接。 如图3所示，8为天线，ll为支架，12为外壳。
在变压器周围，它产生的强大的电磁场对单片机和通信模块都有很大的影响，不加电场 屏蔽单片机无法工作。如图4所示，为减小变压器磁场在屏蔽壳上产生涡流电流，导致屏蔽 壳发热，这里采用双层屏蔽，外屏蔽盒10开槽，屏蔽盒9完全封闭；天线8伸出屏蔽盒9、 外屏蔽盒10和外壳12，电路板置于屏蔽盒9内，外屏蔽盒10置于外壳12内，屏蔽盒由导 磁、导电材料的铁皮制作而成；为保证本发明同电气接头之间牢固而且方便地安装，这里设 计了一种支架U，支架11采用导热良好的铝合金材料制作，其上平面有三个盒体固定孔呈 三角形分布，用螺栓将其与外壳12固定起来，支架11的底部有一较大的安装孔，可用较大 的嫘栓将装置固定在变压器的接头螺栓上， 一方面起支撑装置的作用，另一方面起导热的作 用，为准确而快速地测量到接头上的温度，支架11侧板的中部孔用于安装温度传感器。
如图5所示，8为天线，9为屏蔽盒，IO为外屏蔽盒，ll为支架，12为外壳，外屏蔽盒 IO上开有横向的窄缝。
Claims (10)
1、一种高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：包括单片机(2)，实现温度、电压数据的采集、处理、传输，单片机(2)与无线收发电路(1)相连接，无线收发电路(1)上连接有天线(8)，AD转换器(3)的输入端与电源电压采集电路(4)、温度传感器(7)连接，数据输出端与单片机(2)连接，定时控制(5)的输出与单片机(2)的中断输入连接，电源电路(6)内置稳压芯片，为装置中的所有电路提供电源，电源的“地”信号与屏蔽盒(9)连接，装置的电路板安装在屏蔽盒(9)中，屏蔽盒(9)外装有外壳(12)，外壳(12)上装有支架(11)。
2、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：无线收发电路（l) 为专用的无线收发芯片、通用的无线收发芯片，或将单片机（2)、 AD转换器（3)、无线收 发电路（1)整合在一起的多功能芯片。
3、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：AD转换器（3) 为单独的AD转换芯片、将AD转换器（3)集成在单片机（2)内、或将AD转换器（3)集 成在温度传感器（7)内。
4、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：定时控制（5) 采用通用集成电路、专用定时芯片，或单片机（2)内置定时器。
5、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：温度传感器（7) 为热敏电阻器，或集成电路温度传感器。
6、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：电源电路（6) 为电池，或源于外部电源。
7、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：电路板外部的屏 蔽盒（9)为单层，或多层，采用既导磁也导电的材料制作；多层时，屏蔽盒（9)外装有外屏蔽盒（10)。
8、 根据权利要求8所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：外屏蔽盒（10)上开有横向的窄缝。
9、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：支架（11)采用导热良好的材料制作。
10、 根据权利要求1所述的高压带电体温度实时测量装置，其特征在于：温度传感器（7)装在支架（11)或带电体上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100331 |