CN103278688B - 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

[0001] 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

[0002] 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 尚。

发明内容

[0003] 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：

[0004] 一种测量绝缘子局部表面电导率的装置，包括：

[0005] 电源模块，采用电池作为供电电源，提供直流电；

[0006] 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；

[0007] 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；

[0008] 采样电路模块，提供采样电压；

[0009] 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；

[0010] 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；

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 进一步的，所述真有效值转换电路模块采用AD637芯片。

[0020] -种测量绝缘子局部表面电导率的方法，包括：

[0021] 采用电池作为供电电源，提供直流电；

[0022] 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；

[0023] 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；

[0024] 获得采样电压；

[0025] 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；

[0026] 将所述采样电压的真有效值转换成用于显示的数字信号；

[0027] 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。

[0028] 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。

[0029] 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。

[0030] 进一步的，所述正弦交流电的频率范围是50~150Hz。

[0031 ] 进一步的，采用分压的方法获得采样电压。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 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

[0035] 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；

[0036] 图2是本发明实施例提供的振荡电路模块电路示意图；

[0037] 图3是本发明实施例提供的采样电路模块电路示意图；

[0038] 图4是本发明实施例提供的真有效值转换电路_吴块电路不意图；

[0039] 图5是本发明实施例提供的控制模块电路示意图；

[0040] 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

[0041] 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。

[0042] 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：

[0043] 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。

[0044] 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。

[0045] 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 ΙΟ0Hzο

[0046] 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0P07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0P07 芯片。

[0047] 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。

[0048] 振荡电路模块102采用了 RC振荡电路，输出频率的公式为：

[0050] 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：

[0051] Rf> 2R

[0052] 其中Rf为第三电阻Rf的阻值。

[0053] 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。

[0054] 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 为米样电压输出端。

[0055] 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。

[0056] 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。

[0057] 校准分压电阻R10 -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。

[0058] 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。

[0059] 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。

[0060] 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)。

[0061] 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。

[0062] 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。

[0063] 本发明提供的实施例的测量原理如下：

[0064] 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：

[0066] 其中，IR为流过测量探头的电流，Rx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，UR为分压电阻两端的电压值，即采样电压，则由上式可以得到：

[0068] 当R恒定时，测量UR，由上式可以得到Rx。

[0069] 待测物的电导G#待测物的电阻R x的关系为：

[0071] 贝1J，待测物局部表面的电导率为：

[0072] σ =GXK

[0073] 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Κ值。

[0074] 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：

[0075] 步骤601 :采用电池作为供电电源，提供直流电。

[0076] 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。

[0077] 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。

[0078] 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。

[0079] 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。

[0080] 步骤604 :获得采样电压。

[0081] 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。

[0082] 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。

[0083] 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。

[0084] 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。

[0085] 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。

[0086] 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。

[0087] 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。

[0088] 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。

[0089] 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。

[0090] 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 (13)

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，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； 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。

8. 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。

9. 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，采用分压的方法获得采样电压，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； 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。

10. 根据权利要求9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。

11. 根据权利要求9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。

12. 根据权利要求11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〇

13. 根据权利要求9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。