CN102023059B - 变压器绕组温度分布特性多通道温度采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种变压器绕组温度分布特性多通道温度采集系统，属于变压器试验技术领域。本发明利用热电偶对试验变压器绕组进行多通道温度测量，用蓝牙或串口将数据传输至计算机或其它蓝牙接收装置，以TXT文档的形式自动保存数据，通过MATLAB的图像功能编写的程序，对变压器内绕组温度的分布情况进行查看和分析，并对绕组热点温度的漂移进行查看。具有操作简单，使用灵活方便、高效，稳定性好，误差小，便于携带等特点。本发明可广泛应用于各变压器研究单位实现对变压器绕组温度分布特性的研究，也可用于其它设备的温度测量。
Description
技术领域
本发明属于变压器试验技术领域，具体涉及一种用于变压器绕组温度分布特性实验研究的多通道温度采集方法，尤其是一种利用热电偶进行多通道温度采集的便携式系统及方法。
背景技术
电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，它的正常运行直接影响到系统的安全可靠性和运行费用控制。而变压器绕组温度是影响电力变压器正常工作的决定性因素，变压器的负载能力及其绝缘可用寿命在很大程度上取决于变压器绕组热特性。国内外的变压器运行部门把确定变压器绕组温度分布作为变压器状态检修的关键性问题提出，制造厂家把变压器的绕组温度特性作为设计和改进变压器结构的重要指标；因此，开展变压器绕组温度分布的实验研究，了解变压器在正常运行及过负荷状态运行时的温度分布特性，及时掌握绕组热点定位及热点温度，对确保变压器安全可靠经济运行具有积极作用。
开展变压器绕组温度分布的实验研究一般采用绕组温度分布模型计算和实际测量相结合的方法。对绕组温度实际测量方法，目前使用最多的是热电偶检测方法。热电偶制作简单，价格便宜，可测量的温度范围大，使用方便，误差小。热电偶的工作原理是将两种不同金属导体的一端焊接在一起，形成热电偶的工作端，工作时将其放置在待测温度点；另一端为自由端，使用时与一个测量温度的显示仪表或数据采集装置相连。利用不同金属导体的热膨胀系数不同的原理，工作端受热后会产生一定的电动势，即赛贝克电压，该电压通过显示仪表或数据采集装置的转化后，以温度值的形式显示出来。
目前结合热电偶的温度测量方法，大多存在以下一些缺点：
（1）设备笨重，体积大；
（2）需手动测量；
（3）数据只能笔录或经数据传输线传输至计算机；
（4）只能利用市电或电源适配器供电；
（5）不能对多点温度进行多通道同步测量；
（6）价格昂贵；
（7）误差大，稳定性差，灵敏度低，响应速度慢等。
这些都给变压器绕组温度分布特性的实验研究带来了不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、便于携带、自动测量及自动保存数据、可经无线传输数据、可用蓄能电池供电、自带数据处理程序的多点同步温度采集方法及系统。
实现本发明目的的技术方案是：
一种变压器绕组温度分布特性多通道温度采集系统，所述温度采集系统包括多个热电偶、多个热电偶数模转换器、控制器、数据传输装置、工作电源、液晶显示屏；其特征在于：
所述多个热电偶工作端分别设置在待测温度的变压器绕组的相应位置，所述多个热电偶的另一端分别连接至相应的热电偶数模转换器的输入端将获得的赛贝克电压模拟信号转换成数字信号；
所述热电偶数模转换器的输出端分别通过不同的通道与所述控制器相连，将所述数字信号输入控制器中，所述控制器对数字信号进行分析与计算，并对分析与计算结果进行存储；
所述控制器通过信号线与所述液晶显示驱动模块的输入端连接，液晶显示驱动模块的输出端通过信号线与液晶显示屏连接，用以显示所测得的多路温度值；
所述控制器的输出端通过数据传输装置将测量数据上传至数据终端；
所述工作电源为所述多通道温度采集系统提供工作电源。
本发明的软件处理主要包括安装程序、人机界面及数据的图像处理等。所用的热电偶是K型热电偶，它的工作端用来感应温度，另一端接热电偶数模转换器，用以获得赛贝克电压。
所述的热电偶数模转换器为串行K型热电偶数模转换器，其不但可将模拟信号转换成12bit对应的数字量，温度分辨率达0. 25 ℃，而且对其内部元器件的参数进行了激光修正, 从而对热电偶的非线性进行了内部修正。同时, 其内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路、断线检测电路都给K型热电偶的使用带来了极大的方便。它采用SO-8封装、体积小、可靠性好。每个热电偶数模转换器对应一个热电偶。
所述的控制器指单片机。转换器将模拟信号转换成数字信号后输入单片机中，单片机对信号进行分析与计算，然后再将结果进行存储，并通过信号线与液晶显示驱动模块的输入端连接，液晶显示驱动模块的输出端通过信号线与面板上的液晶显示屏连接，用以显示所测得的多路温度值。单片机的输出端分别通过信号线分别与通讯接口模块的输入端、存储器的输入端相连接，用以传输、存储相关数据。
所述的数据传输装置包括串口传输线和蓝牙。串口传输线可负责将数据传输到计算机，实现数据的存储；蓝牙属于无线数据传输，其蓝牙传输的使用大大增加了温度采集系统的方便性，使其可以在不便接串口线或不便摆放计算机的地方使用，传输距离可达10m。
所述的工作电源包括电源适配器、蓄电池及电源指示灯。在室内及一些用电方便的地方可直接用电源适配器对系统进行供电。如需要对野外或一些不便与220V市电相连的情况的设备进行温度检测则可采用蓄电池供电。用电源指示灯是否发亮来判断是否进行正常的供电。为本装置提供可靠的工作电源。
所述的液晶显示屏可在刚开机时显示一些系统信息，开机完成后即可显示各通道采集的温度值。在不需要对数据进行处理时，系统可不接计算机，直接观察液晶显示屏上的温度值。由此实现其携带的方便性。
所述的计算机主要用于对传输进来的各通道温度值进行自动保存，实现数据分析和图像处理等功能。
所述的安装程序是运用计算机接收该温度采集系统的数据并进行数据处理前需安装的一个控件。
所述的人机界面上可进行的操作有：串口的选择、波特率的选择、数据保存时间间隔的设置、温度采集开始和停止的控制、图像按钮并显示已保存的数据次数。由计算机接收的数据自动保存在一个文件夹中，该文件夹自动以开始采集数据时的时间命名。
所述的数据的图像处理即为点击人机界面上的图像按钮后，可出现一个图像处理窗口。在这个窗口可以观察各通道温度的实时变化曲线，也可查看历史记录以便对变压器的温度变化进行分析，判断设备是否存在异常。
本发明中，热电偶与面板的接口采用抽头形式，这样利于使用的灵活方便，便于抽拔。系统一共有32个通道，可同时对32个点进行温度采集。这32个通道分布在四层PCB板上，每层8个，层与层之间采用插针式连接，最上一层与单片机之间也用插针式连接。这样可方便使用，当需要采集的温度点较少时可根据需要取下多余层，以便携带。其中，通道设置在PCB板上，通道设在热电偶与数模转换之间，与热电偶的接口设置在控制面板的后面，PCB板设置在面板内部，除热电偶以外的其它元件（如：液晶显示屏，电源指示灯，电源接口，蓝牙，串口，电源开关等）均设置在面板上。
本发明采用了上述技术方案后，克服了以往变压器绕组温度分布特性实验研究用温度实际测量方法的不足；测量误差为±0.5℃，响应速度为3s，读数稳定且系统价格便宜，为变压器绕组温度分布特性实验研究带来了方便，且由于其实现了多点测量，有利于提高变压器绕组温度分布测量的准确性及热点温度的发现。
附图说明
图1是本发明的原理结构图；图中，0、热电偶；1、通道接口；2、热电偶模拟数字转换器；3、插针；4、蓝牙发射装置；5、串口；6、电源指示灯；7、复位键；8、开关键；9、电源适配器插头；10、蓄电池；11、液晶显示屏；12、计算机或蓝牙接收装置；13、控制器。图中的×4表示该PCB板有四块。
图2是本发明的数据传输路径图；
图3为本发明的数据处理流程图；
图4为本发明的人机界面的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方法，进一步说明本发明。如图1所示，一种变压器绕组温度分布特性多通道温度采集系统，主要包括热电偶0、通道接口1、热电偶模拟数字转换器2、插针3、蓝牙发射装置4、串口5、电源指示灯6、复位键7、开关键8、电源适配器插头9、蓄电池10、液晶显示屏11、计算机或蓝牙接收装置12、控制器13等。采集变压器绕组温度的热电偶0通过面板上的通道接口1与PCB板上的热电偶数模转换器2的一端相连，热电偶数模转换器2的另一端与单片机13相连，实现单片的控制作用。蓝牙发射装置4、串口5与单片机相连，用以把从单片机处理完的数据从单片机传输出去，蓝牙发射装置适合在用串口线传输数据不方便或试验地点的近距离不适于放置计算机时，实现数据的传输。电源指示灯6与单片机相连，用以指示电源的正常工作。复位键7与单片机相连，用以恢复采集系统的初始状态，实现系统的复原。开关键8与单片机相连，用以启动采集系统，使其开始采集温度，同时液晶屏开始显示采集到的温度值。电源适配器插头9一端与单片机相连，用以对采集系统供电，另一端接电源适配器，实现与220V的市用电的连接。蓄电池10与单片机相连，在与市电连接不便时实现对系统的供电。液晶显示屏11均下一层PCB板上的插针母头与上一层板上的插针公头相连，以实现层与层之间的连接。由单片机输出的数据经蓝牙发射装置或串口线最后传输至蓝牙接收装置或是计算机，并以TXT文档的形式自动保存。
图2描述了整个数据传输的路径，以便了解数据传输过程。变压器的绕组温度经热电偶后变为赛贝克电压，经热电偶传输线传输至PCB板上的热电偶数模转换器后，由控制器输出后，分为三条路径：经液晶显示屏直接显示、经串口传输或经蓝牙传输，最后传输至数据接收终端,即计算机或蓝牙接收装置。
图3描述了整个过程数据处理的流程图，以便了解数据在传输过程中所经过的处理及处理的先后顺序。其具体过程为：热电偶将变压器绕组温度信号接收后转换为电压模拟信号，电压模拟信号经过热电偶数模转换器的AD转换、非线性校正和冷端补偿后转化为电压数字信号并还原为温度数字信号，经过控制器后分为三种方式显示数据：一、由液晶屏显示；二、经蓝牙传输至蓝牙接收装置并以TXT文档保存；三、经串口传输至计算机并以TXT文档保存，或用与图像的显示。
图4描述了数据进入计算机后，在计算机上实现的软件处理过程。其中，串口选择用来选择所要使用的串口；波特率选择用来选择数据传输的传输速度；数据保存时间间隔设置按钮用来设置每次数据保存之间的时间间隔；开始键用于计算机接收数据的开始，也是计算机自动保存数据的开始；停止键用以计算机停止接收数据，停止保存数据；已保存数据的次数用来显示计算机已自动保存的数据组数；图像按钮用来打开对数据进行图像处理的对话框；各通道温度值显示用来显示各通道采集到的温度值；退出键用来退出该对话框，计算机与采集系统之间不再有数据传输。
所述多个热电偶工作端分别设置在待测温度的变压器绕组的相应位置，所述多个热电偶的另一端分别连接至相应的热电偶数模转换器的输入端将获得的赛贝克电压模拟信号转换成数字信号；
所述热电偶数模转换器的输出端分别通过不同的通道与所述控制器相连，将所述数字信号输入控制器中，所述控制器对数字信号进行分析与计算，并对分析与计算结果进行存储；
所述控制器通过信号线与所述液晶显示驱动模块的输入端连接，液晶显示驱动模块的输出端通过信号线与液晶显示屏连接，用以显示所测得的多路温度值；
所述控制器的输出端通过数据传输装置将测量数据上传至数据终端；
所述工作电源为所述多通道温度采集系统提供工作电源。
本发明的软件处理主要包括安装程序、人机界面及数据的图像处理等。所用的热电偶是K型热电偶，它的工作端用来感应温度，另一端接热电偶数模转换器，用以获得赛贝克电压。
所述的热电偶数模转换器为串行K型热电偶数模转换器，其不但可将模拟信号转换成12bit对应的数字量，温度分辨率达0. 25 ℃，而且对其内部元器件的参数进行了激光修正, 从而对热电偶的非线性进行了内部修正。同时, 其内部集成的冷端补偿电路、非线性校正电路、断线检测电路都给K型热电偶的使用带来了极大的方便。它采用SO-8封装、体积小、可靠性好。每个热电偶数模转换器对应一个热电偶。
所述的控制器指单片机。转换器将模拟信号转换成数字信号后输入单片机中，单片机对信号进行分析与计算，然后再将结果进行存储，并通过信号线与液晶显示驱动模块的输入端连接，液晶显示驱动模块的输出端通过信号线与面板上的液晶显示屏连接，用以显示所测得的多路温度值。单片机的输出端分别通过信号线分别与通讯接口模块的输入端、存储器的输入端相连接，用以传输、存储相关数据。
所述的数据传输装置包括串口传输线和蓝牙。串口传输线可负责将数据传输到计算机，实现数据的存储；蓝牙属于无线数据传输，其蓝牙传输的使用大大增加了温度采集系统的方便性，使其可以在不便接串口线或不便摆放计算机的地方使用，传输距离可达10m。
所述的工作电源包括电源适配器、蓄电池及电源指示灯。在室内及一些用电方便的地方可直接用电源适配器对系统进行供电。如需要对野外或一些不便与220V市电相连的情况的设备进行温度检测则可采用蓄电池供电。用电源指示灯是否发亮来判断是否进行正常的供电。为本装置提供可靠的工作电源。
所述的液晶显示屏可在刚开机时显示一些系统信息，开机完成后即可显示各通道采集的温度值。在不需要对数据进行处理时，系统可不接计算机，直接观察液晶显示屏上的温度值。由此实现其携带的方便性。
所述的计算机主要用于对传输进来的各通道温度值进行自动保存，实现数据分析和图像处理等功能。
所述的安装程序是运用计算机接收该温度采集系统的数据并进行数据处理前需安装的一个控件。
所述的人机界面上可进行的操作有：串口的选择、波特率的选择、数据保存时间间隔的设置、温度采集开始和停止的控制、图像按钮并显示已保存的数据次数。由计算机接收的数据自动保存在一个文件夹中，该文件夹自动以开始采集数据时的时间命名。
所述的数据的图像处理即为点击人机界面上的图像按钮后，可出现一个图像处理窗口。在这个窗口可以观察各通道温度的实时变化曲线，也可查看历史记录以便对变压器的温度变化进行分析，判断设备是否存在异常。
Claims (3)
1.一种用于变压器绕组温度分布特性实验研究的多通道温度采集系统，所述温度采集系统包括多个热电偶、多个热电偶数模转换器、控制器、数据传输装置、工作电源、液晶显示屏；其特征在于：
所述多个热电偶工作端分别设置在待测温度的变压器绕组的相应位置，所述多个热电偶的另一端分别连接至相应的热电偶数模转换器的输入端将获得的赛贝克电压模拟信号转换成数字信号；
所述热电偶数模转换器的输出端分别通过不同的通道与所述控制器相连，将所述数字信号输入控制器中，所述控制器对数字信号进行分析与计算，并对分析与计算结果进行存储；
所述控制器通过信号线与液晶显示驱动模块的输入端连接，液晶显示驱动模块的输出端通过信号线与液晶显示屏连接，用以显示所测得的多路温度值；
所述控制器的输出端通过数据传输装置将测量数据上传至数据终端；
所述工作电源包括电源适配器、蓄电池及电源指示灯，为所述多通道温度采集系统提供工作电源；
其中，所述热电偶数模转换器为串行K型热电偶数模转换器，其内部集成冷端补偿电路、非线性校正电路、断线检测电路；
所述的数据传输装置包括串口传输线和蓝牙，所述数据终端为计算机和蓝牙接收装置；
所述多通道为32个通道，其设置在对应的热电偶和热电偶数模转换器之间，所述32个通道以及与每一通道对应的热电偶数模转换器分布在四层PCB板上，每层布置8个通道和对应的8个热电偶数模转换器，层与层之间采用插针式连接，所述热电偶和所述通道的接口采用抽头形式连接；
所述四层PCB板设置在面板内部，所述液晶显示屏、电源适配器插头、蓄电池、电源指示灯、通信串口以及蓝牙发射装置均设置在面板上。
2.根据权利要求1所述的用于变压器绕组温度分布特性实验研究的多通道温度采集系统，其特征在于：所述串行K型热电偶数模转换器，将赛贝克电压模拟信号转换成12bit对应的数字信号，并对热电偶的非线性进行了内部修正。
3.根据权利要求1所述的用于变压器绕组温度分布特性实验研究的多通道温度采集系统，其特征在于：所述控制器为单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20110420 Assignee: GUODIAN NANJING AUTOMATION HAIJI TECHNOLOGY CO., LTD. Assignor: Chongqing University Contract record no.: 2013320000251 Denomination of invention: Multipath temperature acquisition system for transformer winding temperature distribution characteristics Granted publication date: 20130102 License type: Exclusive License Record date: 20130326 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHONGQING HIGHING SCIENCE + TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20130509 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130509 Address after: 400030 Shapingba District, Sha Sha Street, No. 174, Chongqing Patentee after: Chongqing University Patentee after: Chongqing Highing Science & Technology Co., Ltd. Address before: 400030 Shapingba District, Sha Sha Street, No. 174, Chongqing Patentee before: Chongqing University |