CN103336160A - 全屏蔽高压电流的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全屏蔽高压电流的测量装置，它包括组成圆环形屏蔽腔室的左壳体、右壳体；在所述右壳体的顶端设有测试芯线孔，在所述右壳体底端设有装按压开关机构的开关孔，在所述圆环形屏蔽腔室的内环壁上设有用于穿过红外线的红外线孔以及穿过按压开关机构的第一推杆的推杆孔，所述推杆孔位于开关孔的正上方；在所述圆环形屏蔽腔室内装有带有被测信号分析处理电路的圆环形印制电路板，在所述圆环形屏蔽腔室的内环壁所围成的空间内装有带有被测信号发射电路的圆形印制电路板。本发明的优点通过全屏蔽和电气独立能方便、安全、可靠、准确地测量高压电流的测量，远距离发送试验数据，消除人眼读数带来的不便和隐患，避免占用人员，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种全屏蔽高压电流的测量装置，属于高压电力设备测量领域。
背景技术
目前，高压电力设备试验中，当试验数据从高压端读取时，必须用到高压测量装置，由于高压端强电场的限制，测量电路或者相关表计须在全屏蔽的金属壳中工作，而以电磁波从全屏蔽环境中向外传递数据也不可能，这就导致如下问题：
1、在用的大部分高压电流测量装置的输入、测量、显示均在高电压端完成，试验人员靠人眼读取高压端显示值，受到现场光线，试验人员视力，安全距离等诸多因素的影响，造成用户读取数据不便，从高压端读取测量值存在安全隐患，同时，试验小组还要专设一人读数，降低了工作效率。
2、有利用光纤传递信号到低压区的产品，这种方式并非真正的全屏蔽测量，同时受到工作环境温湿度和光纤材料绝缘性能的的影响，限制了使用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种方便、安全、可靠同时又能保证全屏蔽测量精度的高压电流测量装置，能远距离发送试验数据，消除人眼读数带来的不便和隐患，避免占用人员，提高工作效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
本发明包括组成圆环形屏蔽腔室的左壳体、右壳体，所述左壳体和右壳体螺纹连接；在所述右壳体的顶端设有测试芯线孔，在所述右壳体底端设有装按压开关机构的开关孔，在所述圆环形屏蔽腔室的内环壁上设有用于穿过红外线的红外线孔以及穿过按压开关机构的第一推杆的推杆孔，所述推杆孔位于开关孔的正上方；在所述圆环形屏蔽腔室内装有圆环形印制电路板，在所述圆环形屏蔽腔室的内环壁所围成的空间内装有圆形印制电路板；在所述红外线孔上装有屏蔽层，在所述圆环形屏蔽腔室的内环壁的两端口装有挡板；
所述按压开关机构包括导电金属片、弹簧、第一推杆、第二推杆和弹簧限位套；所述导电金属片覆盖在所述开关孔上；所述弹簧一端固定在导电金属片上，其另一端连接第二推杆的下端，所述第一推杆固定在第二推杆上；
所述测量装置还包括装在圆环形印制电路板上的被测信号分析处理电路和装在圆形印制电路板上的被测信号发射电路；
所述被测信号分析处理电路包括第一电源稳压电路、被测信号采样及滤波电路、第一单片机处理电路和红外发射电路；所述被测信号发射电路包括第二电源稳压电路、红外接收电路、第二单片机处理电路和无线数据传输电路；
所述被测信号采样及滤波电路经第一单片机处理电路接红外发射电路，所述第一电源稳压电路的相应输出端分别接第一单片机处理电路和红外发射电路的相应输入端；所述红外接收电路经第二单片机处理电路接无线数据传输电路，所述第二电源稳压电路的相应输出端分别接第二单片机处理电路和红外接收电路的相应输入端；所述红外发射电路和红外接收电路通过所述圆环形屏蔽腔室的内环壁上的红外线孔传输红外线信号。
所述第一电源稳压电路包括稳压器芯片U2及其外围元件电容C7~C9、电阻R11~R12、开关K1和电池E1；所述电池E1正极经开关K1接稳压器芯片U2的1脚，电池E1的负极接地；所述电容C8接在稳压器芯片U2的1脚和2脚之间，所述稳压器芯片U2的1脚和3脚相连接，所述稳压器芯片U2的2脚接地，所述电容C9接在稳压器芯片U2的5脚和地之间；所述稳压器芯片U2的1脚为+4.2V，其5脚为+3.3V；所述电容C7与电阻R11并联后与R12串联，然后接入+4.2V和地之间；所述第二电源稳压电路包括稳压器芯片U4及其外围元件电容C10~C11、C14、电阻R13~R14、开关K2和电池E2；所述第二电源稳压电路和第一电源稳压电路的结构相同；所述第一推杆和第二推杆分别控制第一电源稳压电路和第二电源稳压电路的开关K1和K2；
所述被测信号滤波及稳压电路包括熔断器F1、双向击穿二极管D1、电阻R1~R8、电容C1~C4、运算放大器IC1~IC2和接口J1；所述被测信号经测试芯线孔和开关孔分别连接接口J1的1脚和2脚；所述接口J1的1脚依次经熔断器F1、双向击穿二极管D1与接口J1 的2脚相连接；所述接口J1的2脚接地；所述电阻R1~R2串联后接在双向击穿二极管D1两端；所述电阻R1与双向击穿二极管D1的节点依次经电阻R3、R5、R7接运算放大器IC1的同相输入端；所述电阻R1与R2的节点依次经电阻R4、R6、R8接运算放大器IC2的同相输入端；所述电阻R3和R5的节点经电容C1接地，所述电阻R5和R7的节点经电容C3接地，所述电阻R4和R6的节点经电容C2接地，所述电阻R6和R8的节点经电容C4接地；所述运算放大器IC1的输出端与其反相输入端相连接，所述运算放大器IC2的输出端与其反相输入端相连接；
所述第一单片机处理电路包括单片机U1及其外围元件电容C5~C6；所述电容C5接在+3.3V和单片机U1的9脚之间，所述电容C6接在+3.3V和单片机U1的22脚之间；所述单片机U1的1~2脚分别对应接运算放大器IC1~IC2的输出端；所述单片机U1的3脚接电阻R11~R12的节点；所述单片机U1的4~9、22脚接地，其10、21脚接+3.3V；
所述红外发射电路包括LED红外发光二极管、电阻R9~R10、三极管Q1；所述LED红外发光二极管、电阻R9串联后接在+3.3V和三极管Q1的集电极之间，所述三极管Q1的基极经电阻R10接单片机U1的17脚，所述三极管Q1的发射极接地；
所述红外接收电路包括红外接收器、电阻R15、电容C15、接口J2；所述红外接收器接入接口J2；所述电阻R15和电容C15串联后接在+3.3V和地之间，所述电阻R15和电容C15的节点接入接口J2的3脚，所述接口J2的2脚接地；所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁上的红外线孔（6）的两侧分别对应放置LED红外发光二极管和红外接收器；
所述第二单片机处理电路包括单片机U3及其外围元件电容C12~C13；所述第二单片机处理电路与第一单片机处理电路结构相同；所述单片机U3的18脚接入接口J2的1脚；
所述无线数据传输电路包括无线传输芯片U5及其外围元件电容C16；所述无线传输芯片U5的2~7脚分别对应接单片机U3的20、16、13~15、19脚，所述电容C16接在无线传输芯片U5的1脚和地之间，所述无线传输芯片U5的1脚接+3.3V，所述无线传输芯片U5的8脚接地。
所述运算放大器IC1~IC2的型号为LM358；所述单片机U1、U3的型号为C8051F50/2；所述稳压器芯片U2、U4的型号为SP6201；所述红外接收器的型号为TSOP34838；所述无线传输芯片U5的型号为PTR6000M，2.4G；所述电池E1、E2的型号为16340锂电池。
本发明所产生的积极效果如下：
（1）本发明利用红外线信号传播方式不同于电磁波的特性，将测量数据从圆环形屏蔽腔室中传递出来，测量数据在非屏蔽的圆环形屏蔽腔室1的内环壁所围成的空间中以射频形式进行第二次发射，在保证全屏蔽环境下的测量精度的同时，最终配合接收设备实现远程全方向的接收显示，改变以往靠人眼读取高压端数据，使整个试验过程中试验人员不必靠近高压端，避免由此带来的安全隐患，提高了工作效率，在保证精度的同时避免了读取高压端数据带来的潜在风险；
（2）在圆环形屏蔽腔室内、外分别采用第一、二电源稳压电路，实现双电源独立；采用按压开关机构同时控制圆环形屏蔽腔室内、外电源的通断，壳体内、外电路在电气上实现完全隔离。
附图说明
图1为本发明的电路原理块图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的A-A剖视图；
图5为本发明中圆环形印制电路板上的电路原理图；
图6为本发明的圆形印制电路板上的电路原理图。
其中，1圆环形屏蔽腔室、2左壳体、3右壳体、4测试芯线孔、5开关孔、6红外线孔、7推杆孔、8挡板、9导电金属片、10弹簧、11第一推杆、12第二推杆、13弹簧定位套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
由图1~6所示的实施例可知，它包括组成圆环形屏蔽腔室1的左壳体2、右壳体3，所述左壳体2和右壳体3螺纹连接；在所述右壳体3的顶端设有测试芯线孔4，在所述右壳体3底端设有装按压开关机构的开关孔5，在所述圆环形屏蔽腔室1的内环壁上设有用于穿过红外线的红外线孔6以及穿过按压开关机构的第一推杆11的推杆孔7，所述推杆孔7位于开关孔5的正上方；在所述圆环形屏蔽腔室1内装有圆环形印制电路板，在所述圆环形屏蔽腔室1的内环壁所围成的空间内装有圆形印制电路板；在所述红外线孔6上装有屏蔽层，在所述圆环形屏蔽腔室1的内环壁的两端口装有挡板8；
所述按压开关机构包括导电金属片9、弹簧10、第一推杆11、第二推杆12和弹簧限位套13；所述导电金属片9覆盖在所述开关孔5上；所述弹簧10一端固定在导电金属片9上，其另一端连接第二推杆12的下端，所述第一推杆11固定在第二推杆12上；
所述测量装置还包括装在圆环形印制电路板上的被测信号分析处理电路和装在圆形印制电路板上的被测信号发射电路；
所述被测信号分析处理电路包括第一电源稳压电路、被测信号采样及滤波电路、第一单片机处理电路和红外发射电路；所述被测信号发射电路包括第二电源稳压电路、红外接收电路、第二单片机处理电路和无线数据传输电路；
所述被测信号采样及滤波电路经第一单片机处理电路接红外发射电路，所述第一电源稳压电路的相应输出端分别接第一单片机处理电路和红外发射电路的相应输入端；所述红外接收电路经第二单片机处理电路接无线数据传输电路，所述第二电源稳压电路的相应输出端分别接第二单片机处理电路和红外接收电路的相应输入端；所述红外发射电路和红外接收电路通过所述圆环形屏蔽腔室1的内环壁上的红外线孔传输红外线信号。
所述第一电源稳压电路包括稳压器芯片U2及其外围元件电容C7~C9、电阻R11~R12、开关K1和电池E1；所述电池E1正极经开关K1接稳压器芯片U2的1脚，电池E1的负极接地；所述电容C8接在稳压器芯片U2的1脚和2脚之间，所述稳压器芯片U2的1脚和3脚相连接，所述稳压器芯片U2的2脚接地，所述电容C9接在稳压器芯片U2的5脚和地之间；所述稳压器芯片U2的1脚为+4.2V，其5脚为+3.3V；所述电容C7与电阻R11并联后与R12串联，然后接入+4.2V和地之间；所述第二电源稳压电路包括稳压器芯片U4及其外围元件电容C10~C11、C14、电阻R13~R14、开关K2和电池E2；所述第二电源稳压电路和第一电源稳压电路的结构相同；所述第一推杆11和第二推杆12分别控制第一电源稳压电路和第二电源稳压电路的开关K1和K2；
所述被测信号滤波及稳压电路包括熔断器F1、双向击穿二极管D1、电阻R1~R8、电容C1~C4、运算放大器IC1~IC2和接口J1；所述被测信号经测试芯线孔4和开关孔5分别连接接口J1的1脚和2脚；所述接口J1的1脚依次经熔断器F1、双向击穿二极管D1与接口J1 的2脚相连接；所述接口J1的2脚接地；所述电阻R1~R2串联后接在双向击穿二极管D1两端；所述电阻R1与双向击穿二极管D1的节点依次经电阻R3、R5、R7接运算放大器IC1的同相输入端；所述电阻R1与R2的节点依次经电阻R4、R6、R8接运算放大器IC2的同相输入端；所述电阻R3和R5的节点经电容C1接地，所述电阻R5和R7的节点经电容C3接地，所述电阻R4和R6的节点经电容C2接地，所述电阻R6和R8的节点经电容C4接地；所述运算放大器IC1的输出端与其反相输入端相连接，所述运算放大器IC2的输出端与其反相输入端相连接；
所述第一单片机处理电路包括单片机U1及其外围元件电容C5~C6；所述电容C5接在+3.3V和单片机U1的9脚之间，所述电容C6接在+3.3V和单片机U1的22脚之间；所述单片机U1的1~2脚分别对应接运算放大器IC1~IC2的输出端；所述单片机U1的3脚接电阻R11~R12的节点；所述单片机U1的4~9、22脚接地，其10、21脚接+3.3V；
所述红外发射电路包括LED红外发光二极管、电阻R9~R10、三极管Q1；所述LED红外发光二极管、电阻R9串联后接在+3.3V和三极管Q1的集电极之间，所述三极管Q1的基极经电阻R10接单片机U1的17脚，所述三极管Q1的发射极接地；
所述红外接收电路包括红外接收器、电阻R15、电容C15、接口J2；所述红外接收器接入接口J2；所述电阻R15和电容C15串联后接在+3.3V和地之间，所述电阻R15和电容C15的节点接入接口J2的3脚，所述接口J2的2脚接地；所述圆环形屏蔽腔室1的内环壁上的红外线孔6的两侧分别对应放置LED红外发光二极管和红外接收器；
所述第二单片机处理电路包括单片机U3及其外围元件电容C12~C13；所述第二单片机处理电路与第一单片机处理电路结构相同；所述单片机U3的18脚接入接口J2的1脚；
所述无线数据传输电路包括无线传输芯片U5及其外围元件电容C16；所述无线传输芯片U5的2~7脚分别对应接单片机U3的20、16、13~15、19脚，所述电容C16接在无线传输芯片U5的1脚和地之间，所述无线传输芯片U5的1脚接+3.3V，所述无线传输芯片U5的8脚接地。
所述运算放大器IC1~IC2的型号为LM358；所述单片机U1、U3的型号为C8051F50/2；所述稳压器芯片U2、U4的型号为SP6201；所述红外接收器的型号为TSOP34838；所述无线传输芯片U5的型号为PTR6000M，2.4G；所述电池E1、E2的型号为16340锂电池。
本发明的工作原理：
使用圆环形屏蔽腔室封装被测信号分析处理电路，圆环形屏蔽腔室可以有效消除电晕，金属材质的屏蔽外壳使被测信号分析处理电路不受工作时高电场的影响；
所述接口J1的2脚连接开关孔5，所述开关孔5经一端带螺纹的柱状金属连接件与高压发生器相连接，于是从接口J1的2脚输入负高压，然后依次经过地、电阻R2~R1、熔断器F1后，从接口J1的1脚输出经所述测试芯线孔4中的屏蔽线连接被测试的避雷器、变压器、绝缘子等试验品，电流在电阻R1~R2上产生的压降经过RC滤波网络后，经过运算放大器电压跟随，被第一单片机处理电路采集、处理，然后通过红外发射电路发送红外调制信号，通过红外接收电路接收到的数据被第二单片机处理电路采集、处理，第二单片机处理电路控制无线数据传输电路将接收的数据以高频信号发射后被远程设备接收并在液晶屏上显示；
无线发射电路处于圆环形屏蔽腔室1的内环壁所围成的空间中，这样设计的好处是，第一，使高频电磁波可以发射出来，因为高频电磁波在圆环形屏蔽腔室1中被屏蔽掉无法发射出来；第二，圆环形屏蔽腔室1的内环壁所围成的空间中心处电位高，但是电场强度小，可以防止发射电路放电损坏。
所述红外线孔6上装有屏蔽层可选用导电玻璃，因为红外线可以通过导电玻璃，但是电磁波不能通过导电玻璃，所以圆环形屏蔽腔室1内、外通过红外线交互数据，在圆环形屏蔽腔室1的内环壁上的红外线孔6，其内、外边分别对应放置LED红外发光二极管和红外接收器，使得信号从圆环形屏蔽腔室1内部传出来。
所述左壳体和右壳体可采用铝质壳体。
所述圆环形屏蔽腔室1内、外分别采用第一电源稳压电路和第二电源稳压电路，实现双电源独立；所述按压开关机构同时控制圆环形屏蔽腔室1内、外电源的通断，内、外双开关同步动作，即壳体内、外电路在电气上完全独立。
本发明的使用方法：
首先，将固定于高压发生器上的柱状金属连接件与全屏蔽高压电流的测量装置上的开关孔5相连接，将所述测试芯线孔4通过屏蔽线连接到被测试的避雷器、变压器、绝缘子等试验品上，启动测量，初始化设备；
然后，通过全屏蔽高压电流的测量装置将测得并处理好的数据通过2.4G高频电磁波发送给位于低压区域的工作人员手持的无线接收装置中。
Claims (3)
1.一种全屏蔽高压电流的测量装置，其特征在于包括组成圆环形屏蔽腔室（1）的左壳体（2）、右壳体（3），所述左壳体（2）和右壳体（3）螺纹连接；在所述右壳体（3）的顶端设有测试芯线孔（4），在所述右壳体（3）底端设有装按压开关机构的开关孔（5），在所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁上设有用于穿过红外线的红外线孔（6）以及穿过按压开关机构的第一推杆（11）的推杆孔（7），所述推杆孔（7）位于开关孔（5）的正上方；在所述圆环形屏蔽腔室（1）内装有圆环形印制电路板，在所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁所围成的空间内装有圆形印制电路板；在所述红外线孔（6）上装有屏蔽层，在所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁的两端口装有挡板（8）；
所述按压开关机构包括导电金属片（9）、弹簧（10）、第一推杆（11）、第二推杆（12）和弹簧限位套（13）；所述导电金属片（9）覆盖在所述开关孔（5）上；所述弹簧（10）一端固定在导电金属片（9）上，其另一端连接第二推杆（12）的下端，所述第一推杆（11）固定在第二推杆（12）上；
所述测量装置还包括装在圆环形印制电路板上的被测信号分析处理电路和装在圆形印制电路板上的被测信号发射电路；
所述被测信号分析处理电路包括第一电源稳压电路、被测信号采样及滤波电路、第一单片机处理电路和红外发射电路；所述被测信号发射电路包括第二电源稳压电路、红外接收电路、第二单片机处理电路和无线数据传输电路；
所述被测信号采样及滤波电路经第一单片机处理电路接红外发射电路，所述第一电源稳压电路的相应输出端分别接第一单片机处理电路和红外发射电路的相应输入端；所述红外接收电路经第二单片机处理电路接无线数据传输电路，所述第二电源稳压电路的相应输出端分别接第二单片机处理电路和红外接收电路的相应输入端；所述红外发射电路和红外接收电路通过所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁上的红外线孔传输红外线信号。
2.根据权利要求1所述的全屏蔽高压电流的测量装置，其特征在于所述第一电源稳压电路包括稳压器芯片U2及其外围元件电容C7~C9、电阻R11~R12、开关K1和电池E1；所述电池E1正极经开关K1接稳压器芯片U2的1脚，电池E1的负极接地；所述电容C8接在稳压器芯片U2的1脚和2脚之间，所述稳压器芯片U2的1脚和3脚相连接，所述稳压器芯片U2的2脚接地，所述电容C9接在稳压器芯片U2的5脚和地之间；所述稳压器芯片U2的1脚为+4.2V，其5脚为+3.3V；所述电容C7与电阻R11并联后与R12串联，然后接入+4.2V和地之间；所述第二电源稳压电路包括稳压器芯片U4及其外围元件电容C10~C11、C14、电阻R13~R14、开关K2和电池E2；所述第二电源稳压电路和第一电源稳压电路的结构相同；所述第一推杆（11）和第二推杆（12）分别控制第一电源稳压电路和第二电源稳压电路的开关K1和K2；
所述被测信号滤波及稳压电路包括熔断器F1、双向击穿二极管D1、电阻R1~R8、电容C1~C4、运算放大器IC1~IC2和接口J1；所述被测信号经测试芯线孔（4）和开关孔（5）分别连接接口J1的1脚和2脚；所述接口J1的1脚依次经熔断器F1、双向击穿二极管D1与接口J1 的2脚相连接；所述接口J1的2脚接地；所述电阻R1~R2串联后接在双向击穿二极管D1两端；所述电阻R1与双向击穿二极管D1的节点依次经电阻R3、R5、R7接运算放大器IC1的同相输入端；所述电阻R1与R2的节点依次经电阻R4、R6、R8接运算放大器IC2的同相输入端；所述电阻R3和R5的节点经电容C1接地，所述电阻R5和R7的节点经电容C3接地，所述电阻R4和R6的节点经电容C2接地，所述电阻R6和R8的节点经电容C4接地；所述运算放大器IC1的输出端与其反相输入端相连接，所述运算放大器IC2的输出端与其反相输入端相连接；
所述第一单片机处理电路包括单片机U1及其外围元件电容C5~C6；所述电容C5接在+3.3V和单片机U1的9脚之间，所述电容C6接在+3.3V和单片机U1的22脚之间；所述单片机U1的1~2脚分别对应接运算放大器IC1~IC2的输出端；所述单片机U1的3脚接电阻R11~R12的节点；所述单片机U1的4~9、22脚接地，其10、21脚接+3.3V；
所述红外发射电路包括LED红外发光二极管、电阻R9~R10、三极管Q1；所述LED红外发光二极管、电阻R9串联后接在+3.3V和三极管Q1的集电极之间，所述三极管Q1的基极经电阻R10接单片机U1的17脚，所述三极管Q1的发射极接地；
所述红外接收电路包括红外接收器、电阻R15、电容C15、接口J2；所述红外接收器接入接口J2；所述电阻R15和电容C15串联后接在+3.3V和地之间，所述电阻R15和电容C15的节点接入接口J2的3脚，所述接口J2的2脚接地；所述圆环形屏蔽腔室（1）的内环壁上的红外线孔（6）的两侧分别对应放置LED红外发光二极管和红外接收器；
所述第二单片机处理电路包括单片机U3及其外围元件电容C12~C13；所述第二单片机处理电路与第一单片机处理电路结构相同；所述单片机U3的18脚接入接口J2的1脚；
所述无线数据传输电路包括无线传输芯片U5及其外围元件电容C16；所述无线传输芯片U5的2~7脚分别对应接单片机U3的20、16、13~15、19脚，所述电容C16接在无线传输芯片U5的1脚和地之间，所述无线传输芯片U5的1脚接+3.3V，所述无线传输芯片U5的8脚接地。
3.根据权利要求2所述的全屏蔽高压电流的测量装置，其特征在于所述运算放大器IC1~IC2的型号为LM358；所述单片机U1、U3的型号为C8051F50/2；所述稳压器芯片U2、U4的型号为SP6201；所述红外接收器的型号为TSOP34838；所述无线传输芯片U5的型号为PTR6000M；所述电池E1、E2的型号为16340锂电池。
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