CN103257263B - 非接触式工频电压测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式工频电压测量装置，主要解决现有测量装置与被测电缆存在电气接触所造成的操作不便和安全隐患问题。它由非接触测量夹具（1）、差分电荷放大器（2）、整流滤波器（3）、增益调节器（4）和表头（5）组成。该非接触测量夹具（1）基于近场辐射原理，利用电磁耦合方式耦合出被测电缆的近场辐射信号，通过所述电路测量出被测电缆的工频电压有效值，完成非接触式测量过程。本发明与被测电缆无电气接触，具有操作简单、完全、无需停机的优点，可用于分布式测控系统、电力电子系统领域的系统测试、调试和故障诊断。

Description

非接触式工频电压测量装置

技术领域

本发明属于机电装置技术领域，涉及一种测试/非接触式电压测量装置，可用于对工频电压进行非接触式测量。

背景技术

工频电压是指国家规定的电力工业及用电设备的统一标准电压。工频电压作为输电线路工频参数的重要内容之一，其测量对电力系统参数收集具有重要意义。工频电压测量主要采用电笔和电压表。电笔具有电路简单、成本低的优点，但测量精度较低。电压表测量精度高，并且具有人性化界面。尽管电笔和电压表有许多优点，但是在某些工业运用中，电笔和电压表还是无法摆脱其使用的局限性，就是被测电源与测试装置之间存在电气连接，因而存在以下的缺点：

首先，被测电源与测试装置之间存在电气接触，在有些高压场合，如果操作失误，会对被测电路上的设备和测试人员造成损害；

其次，在一些工业场合，由于没有测试点的暴露，测量时需要对设备进行断电，这将会造成系统的短暂停止工作，这在很多工业现场是不允许的；

最后，由于电笔和电压表测量时与被测导体需要电气接触，对于部分测量需要破坏电缆绝缘层，既存在操作上的不便，又具有安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对上述传统电压表的不足，提出一种非接触式工频电压测量装置，以消除测量装置与被测电源线之间的电气连接，实现在不停机以及不破坏绝缘层的情况下对电压进行安全测量与监测。

为实现上述目的，本发明的非接触式工频电压测量装置，包括：

探测部件、差分电荷放大器、整流滤波器、增益调节器和表头，其特征在于：

探测部件，采用非接触测量夹具，用于感应被测电缆附近空间的电场变化，从而耦合出电缆上的信号Uq；该信号Uq传输给差分电荷放大器，经过差分放大获得两根电缆间电场的相对变化量ΔU；该相对变化量ΔU传输给整流滤波器3，获得相对比较稳定的直流电压Uz，传输给增益调节器4进行增益调节，最后通过表头5进行采样、计算，显示被测电压。

所述的非接触测量夹具，包括2个同轴缆、2个U形电极、2个电容、基座、2个U形绝缘板和端盖；U形绝缘板与U形电极连接，固定在基座上；同轴缆固定在基座的侧面上，并通过电容与U形电极连接；端盖固定在基座的上面。

上述非接触式工频电压测量装置，其特征在于基座上面的两边刻有两个凹槽；第一U形电极包裹在第一U形绝缘板内，镶嵌在左凹槽内；第二U形电极包裹在第二U形绝缘板内，并镶嵌在右凹槽内。

上述非接触式工频电压测量装置，其特征在于第一同轴缆的芯线通过第一电容与第一U形电极连接；第二同轴缆的芯线通过第二电容与第二U形电极连接。

上述非接触式工频电压测量装置，其特征在于基座上面的中间两端分别刻有前定位卡槽和后定位卡槽；端盖下面的中间两端分别刻有前定位销和后定位销；前定位销镶嵌于前定位卡槽内，后定位销镶嵌于后定位卡槽内。

上述非接触式工频电压测量装置，其特征在于两个同轴缆与差分电荷放大器的输入端连接。

上述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于两个U形绝缘板均采用介电常数为4～7的环氧树脂或玻璃。

上述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于基座和端盖均采用铜或铝金属材料。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于采用了基于近场辐射原理的非接触测量夹具，通过电场耦合原理隔着电缆绝缘外皮获取信号，保证了整个测试中无需停机，无需破坏绝缘层，操作简单方便；

2.本发明在整个测试过程中由于采用U形绝缘板包裹U形电极，使U形电极与被测电缆之间不存在电气接触，从而使被测系统本质上与测试设备隔离，保证了设备与人员的安全。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中的非接触测量夹具结构图。

具体实施方式

参照图1，本发明的非接触式工频电压测量装置由探测部件、差分电荷放大器、整流滤波器、增益调节器和表头依次连接构成。其中：探测部件，采用非接触测量夹具1，用于感应被测电缆附近空间的电场变化，从而耦合出电缆上的信号Uq；该信号Uq传输给差分电荷放大器2，经过差分放大获得两根电缆间电场的相对变化量ΔU；该相对变化量ΔU传输给整流滤波器3，获得相对比较稳定的直流电压Uz；该直流电压Uz传输给增益调节器4进行增益调节，并通过表头5进行采样和计算，最后显示电压值，该电压值即为被测电缆的工频电压有效值。

参照图2，所述的非接触测量夹具1，由第一同轴缆11A、第二同轴缆11B，第一U形电极12A、第二U形电级12B，第一电容13A、第二电容13B，第一U形绝缘板15A、第二U形绝缘板15B，基座14和端盖16组成；基座14上面的两边刻有两个凹槽，即左凹槽18A和右凹槽18B，第一U形电极12A包裹在第一U形绝缘板15A内，镶嵌在左凹槽18A内；第二U形电极12B包裹在第二U形绝缘板15B内，并镶嵌在右凹槽18B内；基座14上面的中间两端分别刻有前定位卡槽17A和后定位卡槽17B；端盖16下面的中间两端分别刻有前定位销120A和后定位销120B；前定位销120A镶嵌于前定位卡槽17A内，后定位销120B镶嵌于后定位卡槽17B内，使端盖16与基座14相固定；第一同轴缆11A的芯线19A通过第一电容13A与第一U形电极12A连接，第二同轴缆11B的芯线19B通过第二电容13B与第二U形电极12B连接；第一同轴缆11A和第二同轴缆11B的屏蔽层与基座14连接。两个U形绝缘板15A和15B均采用介电常数为4～7的环氧树脂或玻璃，以增强耦合电容的电容值；两个电容13A和13B均采用容值小至1PF以下的电容，以减少电缆在非接触测量夹具中的安装误差所引起的对耦合信号的影响；基座14和端盖16均采用铜或铝等高导电率金属，以产生U形电极12A和12B与被测电缆组成的耦合电容的良好屏蔽作用。

所述的差分电荷放大器2，由电荷放大器和减法器构成，电荷放大器中的运算放大器采用带宽较窄的TL082芯片，但不局限于此芯片。

所述的整流滤波器3，采用精密全波整流电路，但不局限于此电路。

所述的增益调节器4，采用同相比例放大电路，但不局限于此电路。

所述的表头5，采用MSP430处理器和液晶显示器，但不局限于此处理器和此显示器。

本发明的工作原理如下：

打开端盖16，将待测电缆放入两个U形绝缘板15A和15B的U形槽内，闭合端盖16，将电缆固定；利用这两个U形电极12A和12B与两根电缆之间构成的耦合电容，耦合出待测电缆上正在传输某辐值的电压信号Uq；两个U形电极12A和12B分别串联一个容量为1pF的电容13A和13B，将耦合信号Uq通过同轴缆11A和11B送入差分电荷放大器2的输入端；该耦合信号Uq经过差分放大获得两根电缆间电场的相对变化量ΔU；整流滤波器3对该相对变化量ΔU进行精密全波整流和二阶滤波，获得低噪稳定的直流电压Uz；增益调节器4将该直流电压Uz进行同相比例放大，表头5对放大后的信号进行模拟采样和计算，最后显示电压值，该电压值即为被测电缆的工频电压有效值。

该实施例仅是对本发明的参考说明，并不构成对本发明内容的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非接触式工频电压测量装置，包括探测部件、差分电荷放大器、整流滤波器、增益调节器和表头，其特征在于：

探测部件，采用非接触测量夹具(1)，用于感应被测电缆附近空间的电场变化，从而耦合出电缆上的信号Uq；该信号Uq传输给差分电荷放大器(2)，经过差分放大获得两根电缆间电场的相对变化量ΔU；该相对变化量ΔU传输给整流滤波器(3)，获得相对比较稳定的直流电压Uz，传输给增益调节器(4)进行增益调节，最后通过表头(5)进行采样、计算，显示被测电压；

所述的非接触测量夹具(1)，包括2个同轴缆(11A，11B)、2个U形电极(12A，12B)、2个电容(13A，13B)、基座(14)、2个U形绝缘板(15A，15B)和端盖(16)；基座(14)上面的两边刻有两个凹槽(18A，18B)；第一U形电极(12A)包裹在第一U形绝缘板(15A)内，镶嵌在左凹槽(18A)内；第二U形电极(12B)包裹在第二U形绝缘板(15B)内，并镶嵌在右凹槽(18B)内；2个同轴缆(11A，11B)固定在基座(14)的侧面上，且第一同轴缆(11A)的芯线(19A)通过第一电容(13A)与第一U形电极(12A)连接；第二同轴缆(11B)的芯线(19B)通过第二电容(13B)与第二U形电极(12B)连接；端盖(16)固定在基座(14)的上面。

2.根据权利要求1所述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于基座(14)上面的中间两端分别刻有前定位卡槽(17A)和后定位卡槽(17B)；端盖(16)下面的中间两端分别刻有前定位销(120A)和后定位销(120B)；前定位销(120A)镶嵌于前定位卡槽(17A)内，后定位销(120B)镶嵌于后定位卡槽(17B)内。

3.根据权利要求1所述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于两个同轴缆(11A，11B)与差分电荷放大器(2)的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于两个U形绝缘板(15A，15B)均采用介电常数为4～7的环氧树脂或玻璃。

5.根据权利要求1所述的非接触式工频电压测量装置，其特征在于基座(14)和端盖(16)均采用铜或铝金属材料。