CN103728346A

CN103728346A - 一种自清洗水质信号器

Info

Publication number: CN103728346A
Application number: CN201310713173.3A
Authority: CN
Inventors: 顾永玉; 毛卫平; 肖爱民
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-04-16

Abstract

自清洗水质信号器，由探头、电源模块、信号处理模块、高频信号发生器模块、定时器模块组成，其中探头由环氧树脂壳体、引线、电导电极、压电陶瓷晶振片组成，水质变化到一定程度，信号处理模块驱动接触器使报警装置报警或启动水质处理装置进行水质处理；定时器模块每日定时发出控制信号给高频发生器模块产生高频信号给探头中的压电陶瓷晶振片使晶振片振动产生超声波对探头中电导电极表面结垢进行清洗，本发明对冷却水水质进行在线监控，及时对冷却水进行水质处理，避免水质恶化后在换热管表面结构引起传热效果降低；本发明结构简单，运行可靠，通过对电导电极定时或人工启动进行清洗，保证电导电极背面不结垢，使检测信号真实可靠的反映水质状况。

Description

一种自清洗水质信号器

技术领域：

本发明涉及电力变压器领域，特指一种用于强循环油-水冷却系统的水质信号器。

背景技术

强循环油—水冷却变压器的冷却水通常采用去离子化处理的软水，随着运行时间的延长，冷却水水质会逐渐下降，导致换热管壁结垢降低换热效果，因此必须及时检测冷却水的水质。

现有变压器强制循环油-水冷却器的水质监测器可分为两大类，即通过检测冷却水透光度的水质监测器和通过检测冷却水电导率的水质监测器。当冷却水水质变坏时，冷却水的透光度变差，电导率升高，这两类水质监测器分别通过检测冷却水的透光度和电导率的变坏来签别冷却水水质状况，当冷却水水质变坏到一定程度时发出警报提醒进行水质处理或直接启动水质处理设备进行水质处理。这两类水质监测器中检测冷却水透光度的水质监测器结构复杂，价格较高；检测电导率的水质监测器结构简单，价格低廉，在普通电力变压器中使用较多。

无论哪一类水质监测器，当探头表面结垢时都将影响实际检测效果，检测冷却水透光度的水质监测器探头结垢将影响冷却水透光度的检测，产生透光度误判，而检测冷却水电导率的水质监测器探头结垢后会影响电导率的检测，产生电导率误判。当透光度或电导率产生误判后，水质监测器检测数据不能真实反映水质实际状况，往往在冷却水水质尚好时发出警报或启动水质处理设备，增加了变压器的实际运行成本。

为了保证水质监测器真实可靠的工作，水质监测器的探头必须定期进行清洗，现有水质监测器的探头必须从设备上拆下来进行人工清洗，不但费时费力，还直接影响设备的正常运行。

发明内容：

发明的目的是要提供一种用于大容量电力强循环油—水冷却变压器冷却水水质在线监控的水质信号器，当冷却水水质降低到设定指标以下时，发出警报，提醒及时进行冷却水水质处理，并能实现探头定期自动清洗，清除探头结垢，保证水质信号器的检测信号真实可靠的反映实际水质状况。

技术方案，原理是在电导电极背面安装压电陶瓷晶振片，然后用环氧树脂将压电陶瓷晶振片、电导电极压铸在一起用构成探头，将探头插入冷却水中，电导电极与信号处理电路连接，当水质发生变化时输出信号提醒及时进行水质处理，或自动启动水质处理装置进行水质处理；另外，与探头中压电陶瓷晶振片连接的高频信号发生器模块定时产生高频振荡信号，通过引线传输给压电陶瓷晶振片使晶振片振动产生超声波，利用超声波对电导电极进行清洗，清除电导电极表面结垢。

实施本发明的装置包括探头、电源模块、信号处理模块、高频信号发生器模块、定时器模块。电源模块驱动信号处理模块、定时器模块、高频信号发生器模块工作，电源模块连接信号处理模块，信号处理模块连接定时器模块，定时器模块连接高频信号发生器模块，探头通过壳体与换热器连接，探头中的电导电极通过引线与信号处理模块连接，探头中的压电陶瓷晶振片通过引线与高频信号发生器模块连接。

所述的探头包括环氧树脂壳体、引线、电导电极、压电陶瓷晶振片组成，压电陶瓷晶振片安装在电导电极背面，并用环氧树脂压铸在一起，电导电极与压电陶瓷晶振片之间通过环氧树脂绝缘，环氧树脂壳体中间开有窗口，保证电导电极与冷却水接触，两电导电极分别与电导电极接点b1、b2相接，两并联的压电陶瓷晶振片在不同侧面分别与压电陶瓷接点a1、a2相连，压电陶瓷晶振片对对电导电极进行定时或人工启动清洗。

所述电源模块由变压器、整流器、稳压模块、电容器组成，变压器将220V交流电降压为12V交流电，由四个整流二极管组成的桥式整流电路将12V交流电整流为脉动直流电，经电容器、三端稳压模块构成的滤波稳压电路滤波、稳压后得到12V恒压电源，驱动信号处理模块、定时器模块、高频信号发生器模块。

所述信号处理模块由电阻、可变电阻、集成运算放大器、功率开关管、二极管和继电器组成，可变电阻用于标准水质标定，集成运算放大器与电阻构成反相运算放大器，当水质变化到一定程度，集成运算放大器饱和输出，驱动功率开关管饱和导通，接通接触器线圈电路，接触器驱动报警装置报警或启动水质处理装置进行水质处理。

所述定时器模块由电阻、可变电阻、电容器、两个单结晶体管、晶闸管组成，单结晶体管与电容器、电阻组成二级脉冲触发电路构成定时器定时部分，当定时部分输出信号时触发晶闸管导通，向高频信号发生器模块发出驱动信号。

所述高频信号发生器模块由施密特触发器模块、电容器、电阻组成，施密特触发器和电容器、电阻组成无稳态自激振荡电路，输出高频脉冲信号。

在本发明中，为方便起见，以下名词用字母替代：T：变压器ZVD：整流器C1～C6：电容器R1～R13：电阻PR1、PR2：可变电阻J1：集成运算放大器V1：功率开关管VD1、VD2.二极管K.：接触器线圈KV1、KV2：单结晶体管GT1：晶闸管a1、a2.：压电陶瓷接点b1、b2：电导电极接点SB1：启动按钮

实施本发明，可以对冷却水水质进行在线监控，及时对冷却水进行水质处理，避免水质恶化后在换热管表面结构引起传热效果降低；本发明结构简单，运行可靠，通过对电导电极定时清洗，保证电导电极背面不结垢，使检测信号真实可靠的反映水质状况。

附图说明

图1水质信号器电路图原理图

图2水质信号探头结构示意图

图中标号名称1.环氧树脂壳体2.引线3.压电陶瓷4.电导电极5.电源模块6.信号处理模块7.定时模块8.高频信号发生器模块9.三端稳压模块10施密特触发器模块

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的实施过程。本发明的电路原理如图1所示，探头结构如图2所示。

实施本发明的装置包括探头、电源模块5、信号处理模块6、定时器模块7、高频信号发生器模块8。电源模块5驱动信号处理模块6、定时器模块7、高频信号发生器模块8工作，电源模块5连接信号处理模块7，信号处理模块7连接定时器模块9，定时器模块9连接高频信号发生器模块8，探头通过壳体与换热器连接，探头中的电导电极4通过引线2与信号处理模块7连接，探头中的压电陶瓷晶振片3通过引线2与高频信号发生器模块8连接。

所述探头包括环氧树脂壳体1、引线2、电导电极4、压电陶瓷晶振片3组成，压电陶瓷晶振片3安装在电导电极4背面，并用环氧树脂压铸在一起，电导电极4与压电陶瓷晶振片3之间通过环氧树脂绝缘，环氧树脂壳体中间开有窗口，保证电导电极4与冷却水接触，两电导电极4分别与电导电极接点b1、b2相接，两并联的压电陶瓷晶振片3在不同侧面分别与压电陶瓷接点a1、a2相连，压电陶瓷晶振片对对电导电极进行定时或人工启动清洗。如图2所示。

所述电源模块5由变压器T、整流器ZVD、稳压模块9、电容器C1、C2组成，变压器T将220V交流电降压为12V交流电，由桥式整流器ZVD将12V交流电整流为脉动直流电，经电容器C1、C2、三端稳压模块9构成的滤波稳压电路滤波、稳压后得到12V恒压电源，驱动信号处理模块6、定时器模块7、高频信号发生器模块8。

所述信号处理模块6由电阻R1、R2、R3、R4、可变电阻PR1、集成运算放大器J1、功率开关管V1、二极管VD1和继电器K组成，可变电阻PR1和电阻R1组成分压电路；集成运算放大器J1与电阻R2、R3、R4构成反相运算放大器，其中R2为同相端输入电阻，R3为接地电阻，R4为反馈电阻接在集成运算放大器J1的同相端与输出端，电导电极电源与反相端之间；功率开关管V1的基极接在集成运算放大器J1的输出端，二极管VD1和继电器线圈K接在功率开关管V1集电极，VD1为续流二极管。用标准水质标定可变电阻PR1的阻值，即标定集成运算放大器J1的同相端电位，当水质变化到一定程度，集成运算放大器J1饱和输出，驱动功率开关管V1饱和导通，接通接触器线圈K电路，接触器驱动报警装置报警或启动水质处理装置进行水质处理，当功率开关管关断时，接触器线圈K通过二极管VD1释放电流。

所述定时器模块7由电阻R5～R12、可变电阻PR2、电容器C3～C5、单结晶体管KV1、KV2和晶闸管GT1组成。单结晶体管KV1与电容器C3、电阻R5、R6、可变电阻PR2组成第一级触发电路，电源通过可变电阻PR2向电容器C3充电使C3电位升高，当电容器C2电位超过单结晶体管KV1的触发电位时，KV1导通，C3通过单结晶体管KV1、电阻R6放电，C3电位降低，当C3电位低于单结晶体管KV1的维持电压时，单结晶体管KV1截止；二极管VD2、电容器C4、电阻R7～R9、单结晶体管KV2组成第二级触发电路，当KV1导通时，电源通过R5、单结晶体管KV1、二极管VD2向电容器C4充电，当电容器C4电位超过单结晶体管KV2的触发电位时，单结晶体管KV2导通，C4通过电阻R7、单结晶体管KV2、电阻R9放电，当电容器C2的电位低于单结晶体管KV2的维持电压时，单结晶体管KV2截止；当单结晶体管KV2导通时，通过电阻R10向晶闸管GT1控制极输出触发信号，晶闸管GT1导通，向高频发生器模块输出触发信号，当晶闸管导通后，电源通过电阻R11、晶闸管GT1、电阻R12、向电容器C5充电使电容器C5电位抬升，使晶闸管GT1阴极和阳极之间电位差减小，当晶闸管GT1阴极、阴极之间电位差小于维持电压时，晶闸管GT1截止。调整可变电阻PR2的阻值可改变第一级单结晶体管触发电路的输出脉冲周期，从而改变整个定时器模块输出触发信号的时间间隔。

所述高频信号发生器模块8由施密特触发器模块10、电容器C6、电阻R13组成，施密特触发器10和电容器C6、电阻R13组成无稳态自激振荡电路，输出高频脉冲信号；当施密特触发模块10的远端控制端接受到晶闸管GT1输出的控制信号时，无稳态自激振荡电路开始工作，产生高频脉冲信号，通过接线端b1、b2传输给探头中的压电陶瓷晶振片，压电陶瓷晶振片发生震动产生超声波，超声波传播给电导电极，引起电导电极震动，在电导电极的窗口侧引起冷却水空泡化，对窗口侧电导电极表面的结垢进行清洗。当结垢严重时，可人工按下启动按钮SB1启动高频发生器电路对电导电极进行清洗。

Claims

1.一种自清洗水质信号器，包括探头、电源模块（5）、信号处理模块（7）、高频信号发生器模块（8）、定时器模块（9），电源模块（5）驱动信号处理模块（6）、定时器模块（7）、高频信号发生器模块（8）工作，电源模块（5）连接信号处理模块（7），信号处理模块（7）连接定时器模块（9），定时器模块（9）连接高频信号发生器模块（8），探头通过壳体与换热器连接，探头中的电导电极（4）通过引线（2）与信号处理模块（7）连接，探头中的压电陶瓷晶振片（3）通过引线（2）与高频信号发生器模块（8）连接。

其特征在于探头包括环氧树脂壳体（1）、引线（2）、电导电极（4）、压电陶瓷晶振片（3）组成，压电陶瓷晶振片（3）安装在电导电极（4）背面，并用环氧树脂压铸在一起，电导电极（4）与压电陶瓷晶振片（3）之间通过环氧树脂绝缘，环氧树脂壳体中间开有窗口，保证电导电极（4）与冷却水接触，两电导电极（4）分别与电导电极接点b1、b2相接，两并联的压电陶瓷晶振片（3）在不同侧面分别与压电陶瓷接点a1、a2相连，压电陶瓷晶振片对电导电极进行定时或人工启动清洗。

2.根据权利要求1所述的自清洗水质信号器，其特征在于，电源模块（5）由变压器T、整流器ZVD、稳压模块（9）、电容器C1、C2组成，变压器T将220V交流电降压为12V交流电，由桥式整流器ZVD将12V交流电整流为脉动直流电，经电容器C1、C2、三端稳压模块9构成的滤波稳压电路滤波、稳压后得到12V恒压电源，驱动信号处理模块6、定时器模块7、高频信号发生器模块8。

3.根据权利要求1或2所述的自清洗水质信号器，其特征在于，所述信号处理模块（6）由电阻R1、R2、R3、R4、可变电阻PR1、集成运算放大器J1、功率开关管V1、二极管VD1和继电器K组成，可变电阻PR1和电阻R1组成分压电路；集成运算放大器J1与电阻R2、R3、R4构成反相运算放大器，其中R2为同相端输入电阻，R3为接地电阻，R4为反馈电阻接在集成运算放大器J1的同相端与输出端，电导电极电源与反相端之间；功率开关管V1的基极接在集成运算放大器J1的输出端，二极管VD1和继电器线圈K接在功率开关管V1集电极，VD1为续流二极管，用标准水质标定可变电阻PR1的阻值，即标定集成运算放大器J1的同相端电位，当水质变化到一定程度，集成运算放大器J1饱和输出，驱动功率开关管V1饱和导通，接通接触器线圈K电路，接触器驱动报警装置报警或启动水质处理装置进行水质处理，当功率开关管关断时，接触器线圈K通过二极管VD1释放电流。

4.根据权利要求1或2所述的自清洗水质信号器，其特征在于，定时器模块（7）由电阻R5～R12、可变电阻PR2、电容器C3～C5、单结晶体管KV1、KV2和晶闸管GT1组成，单结晶体管KV1与电容器C3、电阻R5、R6、可变电阻PR2组成第一级触发电路，电源通过可变电阻PR2向电容器C3充电使C3电位升高，当电容器C3电位超过单结晶体管KV1的触发电位时，KV1导通，C3通过单结晶体管KV1、电阻R6放电，C3电位降低，当C3电位低于单结晶体管KV1的维持电压时，单结晶体管KV1截止；二极管VD2、电容器C4、电阻R7～R9、单结晶体管KV2组成第二级触发电路，当KV1导通时，电源通过R5、单结晶体管KV1、二极管VD2向电容器C4充电，当电容器C4电位超过单结晶体管KV2的触发电位时，单结晶体管KV2导通，C4通过电阻R7、单结晶体管KV2、电阻R9放电，当电容器C4的电位低于单结晶体管KV2的维持电压时，单结晶体管KV2截止；当单结晶体管KV2导通时，通过电阻R10向晶闸管GT1控制极输出触发信号，晶闸管GT1导通，向高频发生器模块输出触发信号，当晶闸管导通后，电源通过电阻R11、晶闸管GT1、电阻R12、向电容器C5充电使电容器C5电位抬升，使晶闸管GT1阴极和阳极之间电位差减小，当晶闸管GT1阴极、阴极之间电位差小于维持电压时，晶闸管GT1截止，调整可变电阻PR2的阻值可改变第一级单结晶体管触发电路的输出脉冲周期，从而改变整个定时器模块输出触发信号的时间间隔。

5.根据权利要求1或2所述的自清洗水质信号器，其特征在于，所述高频信号发生器模块（8）由施密特触发器模块10、电容器C6、电阻R13组成，施密特触发器10和电容器C6、电阻R13组成无稳态自激振荡电路，输出高频脉冲信号；当施密特触发模块10的远端控制端接受到晶闸管GT1输出的控制信号时，无稳态自激振荡电路开始工作，产生高频脉冲信号，通过接线端b1、b2传输给探头中的压电陶瓷晶振片，压电陶瓷晶振片发生震动产生超声波，超声波传播给电导电极，引起电导电极震动，在电导电极的窗口侧引起冷却水空泡化，对窗口侧电导电极表面的结垢进行清洗，当结垢严重时，可人工按下启动按钮SB1启动高频发生器电路对电导电极进行清洗。