CN102620850A - 一种变压器油面温度仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测和控制变压器油温的变压器油面温度仪表，包括壳体1和设置在壳体1内的仪表控制模块2、接线端子3、机械计数器4、温度传感器5、同步带轮组件6，仪表控制模块2设置在壳体7内，与温度传感器5和同步带轮组件6相接，由温度信号调理采集电路、单片机、数据传输电路、温度信号转换电路、电机模块、继电器、看门狗组成。本发明没有复杂的温度传感器及其弹性的传动部件，也没有复杂的风机控制机构，通过简单可靠的结构及机电一体化传感、控制技术，实现了对变压器油面温度的精确测量、显示、信号变送及与二次仪表或计算机的智能交互，由于控制电路都安装在防电磁干扰设计的密闭壳体中，防电磁干扰能力强，可靠性和使用寿命大大提高，维护简单，且制造成本极大减低。

Description

一种变压器油面温度仪

技术领域

本发明涉及一种用于检测和控制变压器油温的变压器油面温度仪表。

背景技术

变压器在连续使用的过程中，其内部温度将随着使用时间的增加而升高，这需要对变压器的油面温度进行监控，及时启动降温装置，避免因温度过高而使变压器设备发生事故，保证了电网系统的正常运行。

通过国家专利局检索库检索，目前，只有大连市金州仪器仪表厂生产的BWY-804J(TH)系列的变压器油面温度计申请的国家专利(专利授权号：ZL01241472.7)，这种变压器油面温度计主要由壳体，及放在壳体里面的温控仪表、接线端子、风机控制装置、温度变送器，与温控仪表相接的传感器等部件组成。传感器是采用弹性元件(波纹管)、毛细管和温包组成的传感器，当温度变化时，温包里面的感温油体受热胀冷缩的作用体积会随着温度的变化而线性变化，这个体积的增量通过毛线血管传递到温控仪表内的弹性元件，使之产生相对的位移，推动机械表盘的指针指示当前油面温度。风机控制装置是一种机械扭盘，弹性元件发生位移的变化同时可以通过连杆的传递作用推动扭盘的转动，通过设置机械扭盘上面的旋钮位置表示设置不同温度阈值，当机械扭盘转动时旋钮可以压下机械继电器开关，给风机通电，开始降温工作。同时，温包里面也安装了温度传感器来感应变压器油面温度的变化，产生相应的模拟电压信号送到温度变送器里面进行转换，把模拟电压信号转换成二次仪表或上位计算机识别的4～20mA电流信号。

这种仪表虽然可以直观的显示温度，且可以把温度转换成电流信号远程传输给二次仪表或上位机。但这种仪表由于为了避免变压器的强电磁干扰，温度的显示和风机的控制均由类似于液压传动机构传动完成。由于感温介质的渗漏使得这种变压器油面温度计温度表示不够准确，需要经常维修，且使用寿命不长，一般为2～3年。同样，仪表指针显示的温度值和传递给二次仪表的温度值是两种不同的感应原理得到的，因此两者必定存在一定的差值，随着感温介质的渗漏会使得显示和传递的温度值更加不同步。因此，这种变压器油面温度计存在着温度显示及控制精度不高，结构复杂，容易发生故障及损坏，寿命短等缺点。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有仪表存在的上述缺点，本发明提供了一种新型的、简单可靠的变压器油面温度仪，该温度仪能够精确地显示和变送同步的温度信息，能够准确实时地根据设定温度控制风机，且能够很好的解决了强电磁干扰问题。

技术方案

一种变压器油面温度计，其特征在于：包括壳体1和设置在壳体1内的仪表控制模块2、接线端子3、机械计数器4、温度传感器5、同步带轮组件6；所述的仪表控制模块2设置在防电磁干扰设计的壳体7内，与温度传感器5和同步带轮组件6相接，由温度信号调理采集电路、单片机、数据传输电路、温度信号转换电路、电机模块、继电器、看门狗组成；所述的温度传感器5感知变压器油面温度并产生电信号，该电信号传入到仪表控制模块2，由仪表控制模块2内的信号调理采集电路进行调理并输出数字电压信号到单片机中，单片机对该数字电压信号进行处理得到温度值并输入电机模块，电机模块通过同步带轮组件6带动机械计数器4转动，机械计数器4以数字形式表示当前温度值；所述的单片机中存有预先设置的风机工作温度阈值，并将处理得到的当前温度值与预设的风机工作温度阈值进行比较以判定是否发出信号来驱动继电器闭合风机电源开关；所述的数据传输电路接收来自单片机的油面温度值，并将该温度值传送到上位计算机或二次仪表中，同时，数据传输电路也将上位计算机或二次仪表预先设置的风机工作温度阈值传送到单片机中；所述的温度信号转换电路将单片机处理得到的温度值转换成相对应的温度值电流信号输出给二次仪表；所述的电机模块包括电机控制电路和微型电机，电机控制电路接收单片机的温度信号并控制微型电机正反转，微型电机通过同步带轮组件6来带动机械计数器4转动；所述的继电器用来控制风机电源开关，当单片机处理得到的温度值大于或等于风机工作温度阈值时，单片机控制继电器闭合风机电源开关，风机工作制冷给变压器降温，反之，当单片机处理得到的温度值小于风机工作温度阈值时，继电器不工作；所述的看门狗为可编程看门狗定时器，正常工作时，单片机以一个固定的时间间隔对看门狗定时器的寄存器进行写操作，当单片机因为系统错误而出现运行失控时，停止对看门狗定时器寄存器的写操作，此时，看门狗在自身定时器的驱动下向单片机发出复位信号，使单片机重新正常运行。

所述的温度信号调理采集电路可以采用设置有调零电路、跨度调节电路和二阶低通滤波电路的集成电路，并采用四线制的铂电阻温度传感器。

所述的温度信号转换电路可以由信号变换器和外部电阻、电容组成，将温度值模拟信号转换成相对应的4～20mA温度值电流信号。

所述的电机控制电路可以采用步进电机精密控制芯片，并通过8个整流二级管的整流，使电机产生稳定精密转动。

所述的数据传输电路可以采用基于RS232接口的数据传输电路。

有益效果

本发明的特点，是采用这种完全的单片机控制，也就是嵌入式控制的方法，把所有的有关电信号控制处理的电路模块集中到仪表控制模块中，避免了强电磁的干扰，同时为了能够很好做到显示，因为电磁干扰，外部不能用液晶等有关电子显示的表达方式，所以本发明采用微电机控制外部机械计数器的方法来实现温度的显示。由于采用了嵌入式的控制方式，所以只需要一个温度传感器就可以实现，再不需要以前的专利中使用的温包等。使得本发明的作品结构简单、更加可靠，智能，耐用。

本发明提供的变压器油面温度计没有复杂的温度传感器及其弹性的传动部件，也没有复杂的风机控制机构，通过简单可靠的结构及机电一体化传感、控制技术，实现了对变压器油面温度的精确测量、显示、信号变送及与二次仪表或计算机的智能交互，由于控制电路都安装在防电磁干扰设计的密闭壳体中，防电磁干扰能力强，可靠性和使用寿命大大提高，维护简单，且制造成本极大减低。

附图说明

图1：本发明实施例结构示意图

图2：本发明实施例原理框图

图3：本发明实施例温度信号调理采集电路原理图

图4：本发明实施例温度信号转换电路原理图

图5：本发明实施例电机控制电路原理图

图6：本发明实施例数据传输电路原理图

具体实施方式

下面结合附图及本发明的具体实施例进一步描述本发明。如图1所示：在壳体1内安装了仪表控制模块2、接线端子3、机械计数器4，与仪表控制模块2相接的有温度传感器5、同步带轮组件6，仪表控制模块2放置在防电磁干扰设计的壳体7内，仪表控制模块2主要由信号调理采集电路201、单片机202、数据传输电路203、温度信号转换电路204、电机模块205、继电器206、看门狗207组成。

参照图2所示，其为本发明实施例的原理框图。所述的温度传感器5通过感知变压器油面温度的变化，产生电信号，通过导线传入到仪表控制模块2，由其信号调理采集电路201将进行调理，调理方式包括信号放大或缩小、调零、跨度调节、滤波等，最终将传感器信号输入到单片机202中，单片机对信号进行处理得到了温度值，单片机202通过电机模块205中的电机控制电路来控制电机模块205中的微型电机精密转动，然后通过仪表控制模块2外的同步带轮组件带动机械计数器4转动正确位置，以数字形式直观的表示当前温度值；同时单片机202将温度值的数字信号转换成模拟信号通过DAC输出口送到温度信号转换电路204，把温度值的数字信号转换成相对应的4～20mA温度值电流信号，以供二次仪表识别、使用。在单片机中，存有预先从二次仪表或计算机通过数据传输电路203给仪表设置的风机工作温度阈值，单片机202将采集到的当前温度值与预设的风机工作温度阈值进行比较，如果当前温度值大于或等于风机工作温度阈值，则由单片机202驱动继电器206工作，继电器闭合风机电源开关，风机开始制冷给变压器降温，反之，若当前温度低于风机工作温度阈值则继电器不工作。所述的看门狗207为可编程看门狗定时器，正常工作时，单片机会以一个固定的时间间隔对看门狗定时器的寄存器进行写操作，当单片机因为系统错误而出现运行失控时，会停止对看门狗定时器寄存器的写操作，此时，看门狗模块可在自身的定时器的驱动下向单片机发出复位信号，使用单片机能够重新正常运行。

温度信号调理采集电路图如图3所示：在温度传感器中铂测温电阻最为稳定，测温范围也比较宽(-250℃～+640℃)，所以本实施例中采用四线制的铂电阻温度传感器。D1为高精度的电压基准源TL431，产生参考电压2.5V，由于运算放大器U1端的同相端接地，所以当R2取2.5KΩ时，则流过R2(即流过温度传感器PT100)上的电流为2.5/2500＝1mA，即恒流方式工作。由PT100的温度特性可知，在0℃时PT100将产生-0.1V的压降，这样是不理想的，为此加入调零电路RW1和R3，以便调零。在测温仪器中，不关温度范围有多大，我们总是希望与温度对应的输出电压在0.000V～5.000V的范围内，以便单片机进行处理。显然不同的温度范围，对应的电路参数不一样的，即为跨度的含义。为此，我们设计了跨度调节电路，它由R4和RW2组成。后续由R7、R8、C4、C5及U2组成了二阶低通滤波电路，滤除工频干扰等高频信号的干扰。

参照图4所示，其为本发明的温度信号转换电路实施例图。由U4、R1、C3组成，U4为AD694，通过与外部的电阻、电容搭配可以实现模拟电压信号转换成电流信号，所以单片机处理输出的温度值模拟信号经过U4转换成相对应的4～20mA温度值电流信号。

参照图5所示，其为本发明的电机控制电路实施例图。U5为步进电机精密控制芯片L289N，通过D1～D8整流二级管的整流，使得二相四线步进电机能够稳定精密的转动，控制计数器准确显示温度。

参照图6所示，其为基于RS232接口的数据传输电路实例图，U6为SP3223，其为电平转换芯片，可以实现RS232的功能，所以发明中使用该电路模块实现了单片机与带有串口的上位计算机进行数据相互传输。

Claims (5)

1.一种变压器油面温度计，其特征在于：包括壳体(1)和设置在壳体(1)内的仪表控制模块(2)、接线端子(3)、机械计数器(4)、温度传感器(5)、同步带轮组件(6)；所述的仪表控制模块(2)设置在防电磁干扰设计的壳体(7)内，与温度传感器(5)和同步带轮组件(6)相接，由温度信号调理采集电路、单片机、数据传输电路、温度信号转换电路、电机模块、继电器、看门狗组成；所述的温度传感器(5)感知变压器油面温度并产生电信号，该电信号传入到仪表控制模块(2)，由仪表控制模块(2)内的信号调理采集电路进行调理并输出数字电压信号到单片机中，单片机对该数字电压信号进行处理得到温度值并输入电机模块，电机模块通过同步带轮组件(6)带动机械计数器(4)转动，机械计数器(4)以数字形式表示当前温度值；所述的单片机中存有预先设置的风机工作温度阈值，并将处理得到的当前温度值与预设的风机工作温度阈值进行比较以判定是否发出信号来驱动继电器闭合风机电源开关；所述的数据传输电路接收来自单片机的油面温度值，并将该温度值传送到上位计算机或二次仪表中，同时，数据传输电路也将上位计算机或二次仪表预先设置的风机工作温度阈值传送到单片机中；所述的温度信号转换电路将单片机处理得到的温度值转换成相对应的温度值电流信号输出给二次仪表；所述的电机模块包括电机控制电路和微型电机，电机控制电路接收单片机的温度信号并控制微型电机正反转，微型电机通过同步带轮组件(6)来带动机械计数器(4)转动；所述的继电器用来控制风机电源开关，当单片机处理得到的温度值大于或等于风机工作温度阈值时，单片机控制继电器闭合风机电源开关，风机工作制冷给变压器降温，反之，当单片机处理得到的温度值小于风机工作温度阈值时，继电器不工作；所述的看门狗为可编程看门狗定时器，正常工作时，单片机以一个固定的时间间隔对看门狗定时器的寄存器进行写操作，当单片机因为系统错误而出现运行失控时，停止对看门狗定时器寄存器的写操作，此时，看门狗在自身定时器的驱动下向单片机发出复位信号，使单片机重新正常运行。

2.根据权利要求1所述的一种变压器油面温度计，其特征在于：所述的温度信号调理采集电路为设置有调零电路、跨度调节电路和二阶低通滤波电路的集成电路，并采用四线制的铂电阻温度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种变压器油面温度计，其特征在于：所述的温度信号转换电路由信号变换器和外部电阻、电容组成，将温度值模拟信号转换成相对应的4～20mA温度值电流信号。

4.根据权利要求3所述的一种变压器油面温度计，其特征在于：所述的电机控制电路采用步进电机精密控制芯片，并通过8个整流二级管的整流，使电机产生稳定精密转动。

5.根据权利要求4所述的一种变压器油面温度计，其特征在于：所述的数据传输电路为基于RS232接口的数据传输电路。

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