CN103278688A - 一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法，所述装置包括：电源模块，采用电池供电，提供直流电；振荡电路模块，与电源模块相连接，将提供的直流电转变成正弦交流电；测量探头；采样电路模块，提供采样电压；真有效值转换电路模块，与采样电路模块相连接，对采样电压进行真有效值的转换；控制模块，与真有效值转换电路模块相连接，将采样电压的真有效值转换成数字信号；显示模块，与控制模块相连接，将采样电压的真有效值显示出来。本发明提供了一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法，在不对绝缘子表面污层进行破坏的情况下，实现了直接采用仪器测量绝缘子的局部表面的电导率，并能直接读取数值，提高了测量的稳定性与精度。

Description

一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术以及电气领域，尤其涉及一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法。

背景技术

绝缘子局部表面的电导率是一个很重要的参量，在很多情况下，我们需要通过局部表面电导率来表征绝缘子表面的污秽程度及污秽分布情况。现在常采用的污秽度测量方法是擦洗法，将绝缘子表面的污垢擦拭下来，然后溶于水，将污液充分搅拌后，测量溶液的电导率的值，经过进一步的转换得到用来表征绝缘子表面污秽程度的等值盐密值。也就是说，现在的设备一般只能测液体的电导率，这就使得绝缘子表面污层遭到破坏，不利于后续的测量和研究，另一方面，这种测量液体电导率的设备的测量精度、稳定性和准确性都不够高。

发明内容

本发明提出了一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法，不需要对绝缘子表面污层进行破坏，直接就可以采用仪器测量绝缘子的局部表面的电导率，并能直接读取数值，提高了测量的稳定性与精度。所述技术方案如下：

一种测量绝缘子局部表面电导率的装置，包括：

电源模块，采用电池作为供电电源，提供直流电；

振荡电路模块，与所述电源模块相连接，将所述电源模块提供的直流电转变成正弦交流电，并将所述正弦交流电输出；

测量探头，包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括第一电极触头和第一连接端，所述第二电极包括第二电极触头和第二连接端，所述第一连接端与所述振荡电路模块相连接，所述第二连接端与采样电路模块相连接；

采样电路模块，提供采样电压；

真有效值转换电路模块，与所述采样电路模块相连接，对所述采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值；

控制模块，与所述真有效值转换电路模块相连接，将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；

显示模块，与所述控制模块相连接，根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

进一步的，所述采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，所述采样电路模块提供测量采样电压，当对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，所述采样电路模块提供校准采样电压。

进一步的，所述振荡电路模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻和第一电容相并联的连接在所述运算放大器的正相输入端和地线之间，所述第二电阻和第二电容相串联的连接在所述运算放大器的正相输入端和所述运算放大器的输出端之间，所述第三电阻串联在所述运算放大器的负相输入端和所述运算放大器的输出端之间。

进一步的，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，所述第一电容和第二电容的电容值相等，所述第三电阻的阻值至少比第一电阻阻值的2倍大。

进一步的，所述振荡电路模块输出的正弦交流电的频率范围是50～150Hz。

进一步的，所述振荡电路模块还包括第一射极跟随器，所述第一射极跟随器的输入端与所述运算放大器的输出端相连接。

进一步的，所述采样电路模块包括分压电阻选择组和档位选择开关，所述分压电阻选择组包括多个阻值不同的电阻，每个电阻均有一端接地，所述档位选择开关将所述分压电阻选择组中的某个电阻作为分压电阻连入采样电路，所述分压电阻和所述档位选择开关的连接点为采样电压输出端。

进一步的，所述采样电路模块还包括第二射极跟随器、校准分压电阻和校准开关，所述第二射极跟随器的输入端与所述采样电压输出端相连接，所述校准开关与所述校准分压电阻并联，连接在所述测量探头的第二连接端和档位选择开关之间，所述校准开关接通，处于对绝缘子局部表面电导率测量的状态，所述采样电路模块输出测量采样电压，所述校准开关断开，处于对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，所述采样电路模块输出校准采样电压。

进一步的，所述真有效值转换电路模块采用AD637芯片。

一种测量绝缘子局部表面电导率的方法，包括：

采用电池作为供电电源，提供直流电；

将所述供电电源提供的直流电转变成正弦交流电，并将所述正弦交流电输出；

当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，将测量探头两个电极的触头分别接触绝缘子表面待测部分，当进行校准时，将测量探头两个电极的触头相接触；

获得采样电压；

对所述采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值；

将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；

根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

进一步的，所述采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，获得测量采样电压，当对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，获得校准采样电压。

进一步的，通过RC正弦波振荡电路将所述供电电源提供的直流电转变成正弦交流电。

进一步的，所述正弦交流电的频率范围是50～150Hz。

进一步的，采用分压的方法获得采样电压。

进一步的，通过电阻选择开关选择不同的分压电阻，对测量档位进行转换。

进一步的，通过校准开关选择测量的状态，当接通所述校准开关时，是对绝缘子局部表面电导率进行测量的状态，获得测量采样电压，当断开所述校准开关时，是对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准的状态，获得校准采样电压。

本发明提供了一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法，在不对绝缘子表面污层进行破坏的情况下，实现了直接采用仪器测量绝缘子的局部表面的电导率，并能直接读取数值，提高了测量的稳定性与精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的测量绝缘子局部表面电导率的装置功能模块框图；

图2是本发明实施例提供的振荡电路模块电路示意图；

图3是本发明实施例提供的采样电路模块电路示意图；

图4是本发明实施例提供的真有效值转换电路模块电路示意图；

图5是本发明实施例提供的控制模块电路示意图；

图6是本发明实施例提供的测量绝缘子局部表面电导率的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

图1是本发明实施例提供的测量绝缘子局部表面电导率的装置功能模块框图，如图所示，所述测量绝缘子局部表面电导率的装置包括：

电源模块101，采用电池作为供电电源，提供直流电，本实施例优选的采用两节9V的电池作为供电电源，为电路提供±9V的供电电压；振荡电路模块102，与电源模块101相连接，将电源模块101提供的直流电转变成正弦交流电，并将正弦交流电输出；测量探头103，包括第一电极和第二电极，第一电极包括第一电极触头和第一连接端，第二电极包括第二电极触头和第二连接端，第一连接端与振荡电路模块102相连接，第二连接端与采样电路模块104相连接，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，将第一电极触头和第二电极触头分别接触绝缘子表面待测部分，当对测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，将第一电极触头和第二电极触头相接触；采样电路模块104，提供采样电压；真有效值转换电路模块105，与采样电路模块104相连接，对采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值；控制模块106，与真有效值转换电路模块105相连接，将采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；显示模块107，与控制模块106相连接，根据采样电压的真有效值转换的数字信号，将采样电压的真有效值显示出来。

进一步的，振荡电路模块102包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容，第一电阻和第一电容相并联的连接在运算放大器的正相输入端和地线之间，第二电阻和第二电容相串联的连接在运算放大器的正相输入端和运算放大器的输出端之间，第三电阻串联在运算放大器的负相输入端和运算放大器的输出端之间。振荡电路模块102还包括第一射极跟随器，第一射极跟随器的输入端与运算放大器的输出端相连接。

其中，第一电阻和第二电阻的阻值相等，第一电容和第二电容的电容值相等，第三电阻的阻值至少比第一电阻阻值的2倍大。振荡电路模块102输出的正弦交流电的频率范围是50～150Hz，本发明的实施例中，振荡电路模块的输出正弦交流电的频率优选的采用100Hz。

图2是本发明实施例提供的振荡电路模块电路示意图，如图所示：第一电阻R01与第一电容C01相并联，一端与运算放大器U1的正相输入端相连接，另一端接地，第二电阻R02和第二电容C02相串联的连接在运算放大器U1的正相输入端和输出端之间。电位器Rw、二极管D1和二极管D2组成了调节电路，其中，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连接，二极管D2的阴极与二极管D1的阳极相连接，两个连接点分别与运算放大器U1的输出端和电位器Rw的一端相连接，电位器Rw的另一端与第三电阻Rf的一端相连接，第三电阻Rf的另一端与运算放大器U1的负向输入端相连接。调节电路主要用于调节正弦波形以及起振。本发明的实施例中的运算放大器U1优选的采用OP07芯片。第一射极跟随器U2的输入端与运算放大器U1的输出端相连接，第一射极跟随器U2将电源和负载隔开，起到了加强电源带负载能力的作用。本发明的实施例中的第一射极跟随器U2优选的也采用OP07芯片。

其中，第一电阻R01和第二电阻R02的阻值相等，第一电容C01和第二电容C02的容值相等。

振荡电路模块102采用了RC振荡电路，输出频率的公式为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\πRC}},$

其中，f为输出频率，R为第一电阻R01和第二电阻R02的阻值，C为第一电容C01和第二电容C02的容值。电路起振的条件为：

R_f＞2R

其中R_f为第三电阻Rf的阻值。

进一步的，采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，采样电路模块104提供测量采样电压，当对测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，采样电路模块104提供校准采样电压。

采样电路模块104包括分压电阻选择组和档位选择开关，所述分压电阻选择组包括多个阻值不同的电阻，每个电阻均有一端接地，所述档位选择开关将所述分压电阻选择组中的某个电阻作为分压电阻连入采样电路，所述分压电阻和所述档位选择开关的连接点为采样电压输出端。

采样电路模块104还包括第二射极跟随器、校准分压电阻和校准开关，所述第二射极跟随器的输入端与所述采样电压输出端相连接，所述校准开关与所述校准分压电阻并联，连接在所述测量探头的第二连接端和档位选择开关之间，所述校准开关接通，处于对绝缘子局部表面电导率测量的状态，所述采样电路模块输出测量采样电压，所述校准开关断开，处于对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时。

图3是本发明实施例提供的采样电路模块电路示意图，如图所示：电阻R12～R14这3个电阻组成了分压电阻选择组，分压电阻选择组中电阻的个数可以为任意数值，为测量提供了多种不同的档位。另外，还有电阻R15～R17，这3个电阻作为档位提示电阻，每个电阻有一端接地，另一端连接单片机不同的管脚，主要用于提示单片机此时正处在哪一个测量档位，档位提示电阻的个数与分压电阻选择组中的电阻个数相同。本发明的实施例中优选的采用双联的一刀三掷开关作为档位选择开关S2，拨动档位选择开关S2，在分压电阻选择组中选择合适的分压电阻，也就是选择合适的档位，同时，也选择了相应的档位提示电阻，使得单片机得到当前测量档位的信号，从而对数据进行正确的处理。

校准分压电阻R10一端与测量探头的第二连接端相连接，另一端通过档位选择开关S2与分压电阻相连接，分压电阻和档位选择开关的连接点为采样电压输出端采样电压输出端接入第二射极跟随器U3，第二射极跟随器U3将前后级的电路相隔离。

校准开关S1与校准分压电阻R10相并联，另外，电路中加入为测量状态提示电阻R11，测量状态提示电阻R11的一端接地，另一端连接单片机相应的管脚，主要用于提示单片机此时正处在什么测量状态，从而对数据进行相应的处理。本发明的实施例中优选的采用双联的单刀单掷开关作为校准开关。接通校准开关S1，这时处于测量状态，对绝缘子局部表面电导率进行测量，采样电路模块输出测量采样电压；当断开校准开关S1，这时处于校准状态，对测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准，采样电路模块输出校准采样电压。

图4是本发明实施例提供的真有效值转换电路模块电路示意图，如图所示：真有效值转换电路模块采用AD637芯片。

真有效值转换电路是将交流电转换成真有效值，否则无法显示周期变化的交流电压值。AD637芯片是一种均方根直流转换器，可计算任何复杂波形的真均方根值（真有效值）。

图5是本发明实施例提供的控制模块电路示意图，如图所示：控制模块采用单片机，本发明实施例优选的采用MSP430F149单片机，在单片机外围电路中，接入32768和8M两个晶体振荡器，采用3V的电池供电。

单片机自带12位的ADC（模数转换器）对真有效值转换电路转换来的电压进行采集和处理，然后把处理后的数据发送给显示器，显示测得的数据。

本发明提供的实施例的测量原理如下：

假设，振荡电路模块102输出的交流电压信号的有效值为Um，则由图3可知：

$I_R=\frac{U_m}{R_x+R}=\frac{U_R}{R}$

其中，I_R为流过测量探头的电流，R_x为测量探头所接触的待测物的电阻值，R为分压电阻的阻值，U_R为分压电阻两端的电压值，即采样电压，则由上式可以得到：

$R_x=\frac{U_m-U_R}{U_R}\·R=(\frac{U_m}{U_R}-1)R$

当R恒定时，测量U_R，由上式可以得到R_x。

待测物的电导G_x与待测物的电阻R_x的关系为：

$G_x=\frac{1}{R_x}$

则，待测物局部表面的电导率为：

σ=G_xK

其中，K为电极常数，是一个和测量探头相关的系数，与测量探头的形状和结构有关系，不同的测量探头有不同的K值。

图6是本发明实施例提供的测量绝缘子局部表面电导率的方法流程图，如图所示：所述测量绝缘子局部表面电导率的方法包括：

步骤601：采用电池作为供电电源，提供直流电。

本发明的实施例优选地采用两节9V的干电池作为供电电源，供电电源提供的直流电压为±9V。

步骤602：将供电电源提供的直流电转变成正弦交流电，并将所述正弦交流电输出。

本发明的实施例优选的采用RC正弦波振荡电路将供电电源提供的直流电转变成正弦交流电，正弦交流电的频率范围是50～150Hz，如果正弦交流电的频率超出了这个范围，测量精度将会达不到要求，本发明的实施例中，振荡电路模块的输出正弦交流电的频率优选的采用100Hz，因为采用100Hz的频率的正弦交流电测量效果和精度最合适。

步骤603：当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，将测量探头两个电极的触头分别接触绝缘子表面待测部分，当进行校准时，将测量探头两个电极的触头相接触。

步骤604：获得采样电压。

本发明实施例优选的采用分压的方法获得采样电压，通过档位选择开关选择不同的分压电阻，对测量档位进行转换，通过校准开关选择测量的状态。当接通校准开关时，是对绝缘子局部表面电导率进行测量的状态，当断开校准开关时，是对测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准的状态。

采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，获得测量采样电压，当对测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，获得校准采样电压。

步骤605：对所述采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值。

本发明的实施例优选的采用AD637芯片对采样电压进行真有效值的转换。

步骤606：将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号。

本发明的实施例优选的采用单片机将采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号。

步骤607：根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

显示器根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

本发明提供了一种测量绝缘子局部表面电导率的装置和方法，在不对绝缘子表面污层进行破坏的情况下，实现了直接采用仪器测量绝缘子的局部表面的电导率，并能直接读取数值，提高了测量的稳定性与精度。

以上仅是针对本发明的优选实施例及其技术原理所做的说明，而并非对本发明的技术内容所进行的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的技术范围内，所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (16)

1.一种测量绝缘子局部表面电导率的装置，其特征在于，包括：

电源模块，采用电池作为供电电源，提供直流电；

振荡电路模块，与所述电源模块相连接，将所述电源模块提供的直流电转变成正弦交流电，并将所述正弦交流电输出；

测量探头，包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括第一电极触头和第一连接端，所述第二电极包括第二电极触头和第二连接端，所述第一连接端与所述振荡电路模块相连接，所述第二连接端与采样电路模块相连接；

采样电路模块，提供采样电压；

真有效值转换电路模块，与所述采样电路模块相连接，对所述采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值；

控制模块，与所述真有效值转换电路模块相连接，将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；

显示模块，与所述控制模块相连接，根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，所述采样电路模块提供测量采样电压，当对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，所述采样电路模块提供校准采样电压。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振荡电路模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻和第一电容相并联的连接在所述运算放大器的正相输入端和地线之间，所述第二电阻和第二电容相串联的连接在所述运算放大器的正相输入端和所述运算放大器的输出端之间，所述第三电阻串联在所述运算放大器的负相输入端和所述运算放大器的输出端之间。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，所述第一电容和第二电容的电容值相等，所述第三电阻的阻值至少比第一电阻阻值的2倍大。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述振荡电路模块输出的正弦交流电的频率范围是50～150Hz。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述振荡电路模块还包括第一射极跟随器，所述第一射极跟随器的输入端与所述运算放大器的输出端相连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样电路模块包括分压电阻选择组和档位选择开关，所述分压电阻选择组包括多个阻值不同的电阻，每个电阻均有一端接地，所述档位选择开关将所述分压电阻选择组中的某个电阻作为分压电阻连入采样电路，所述分压电阻和所述档位选择开关的连接点为采样电压输出端。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采样电路模块还包括第二射极跟随器、校准分压电阻和校准开关，所述第二射极跟随器的输入端与所述采样电压输出端相连接，所述校准开关与所述校准分压电阻并联，连接在所述测量探头的第二连接端和档位选择开关之间，所述校准开关接通，处于对绝缘子局部表面电导率测量的状态，所述采样电路模块输出测量采样电压，所述校准开关断开，处于对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，所述采样电路模块输出校准采样电压。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述真有效值转换电路模块采用AD637芯片。

10.一种测量绝缘子局部表面电导率的方法，其特征在于，包括：

采用电池作为供电电源，提供直流电；

将所述供电电源提供的直流电转变成正弦交流电，并将所述正弦交流电输出；

当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，将测量探头两个电极的触头分别接触绝缘子表面待测部分，当进行校准时，将测量探头两个电极的触头相接触；

获得采样电压；

对所述采样电压进行真有效值的转换，得到采样电压的真有效值；

将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；

根据所述采样电压的真有效值转换的数字信号，将所述采样电压的真有效值显示出来。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述采样电压包括测量采样电压和校准采样电压，当对绝缘子局部表面电导率进行测量时，获得测量采样电压，当对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准时，获得校准采样电压。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过RC正弦波振荡电路将所述供电电源提供的直流电转变成正弦交流电。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述正弦交流电的频率范围是50～150Hz。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，采用分压的方法获得采样电压。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过电阻选择开关选择不同的分压电阻，对测量档位进行转换。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过校准开关选择测量的状态，当接通所述校准开关时，是对绝缘子局部表面电导率进行测量的状态，获得测量采样电压，当断开所述校准开关时，是对所述测量绝缘子局部表面电导率的装置进行校准的状态，获得校准采样电压。

Images