CN103812233B - 微电流感应供电型测温报警装置及测温报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电流感应供电型测温报警装置，包括感应取电电路和测温报警电路，感应取电电路为测温报警电路提供电源；感应取电电路包括电流感应器、整流滤波电路、稳压电路、电压监控芯片和三端开关器，电流感应器由非闭合磁芯和绕制于非闭合磁芯外的线圈构成，线圈输出的电源经整流、滤波、稳压后再由三端开关器控制输出，三端开关器由电压监控芯片控制通断。本发明还公开了一种测温报警方法，定时或在低压时自动休眠，降低电能消耗，从而实现高效、微功耗工作的目的。本测温报警装置具有安装方便、体积小、成本低和高可靠的优点，非常适合现场各种狭小空间使用，并以不同颜色的灯光提示用户注意设备是否存在温度异常，方便用户远距离观察。

Description

微电流感应供电型测温报警装置及测温报警方法

技术领域

本发明涉及一种测温报警装置，尤其涉及一种应用于电气设备的微电流感应供电型测温报警装置及测温报警方法。

背景技术

带电显示与测温装置主要应用于电力行业，主要完成室内、外各种电气设备连接点温度状况监测并实现带电显示、温度超限告警的作用。

电力设备长期运行在高压、大电流工况下，因此电气连接点很容易由于接触不良造成电气连接点温度过高从而烧毁设备，甚至由于温度过高造成设备短路故障，扩大事故，设备严重损坏。

由于电气设备运行在高压状况，因此很难用温度计等检测手段来完成温度的监视。为了实时监测温度情况，目前普遍采用红外热像仪或者贴测温纸来监测温度变化情况。红外热像仪造价高，携带不方便，同时这类设备无法观察到封闭组合电气（GIS）或者封闭式开关柜内设备的温度情况，因为红外线无法穿越普通的玻璃观察窗口；而测温纸只能使用一次，且在光线较差的地方无法准确用肉眼观察到颜色的变化情况，另外测温纸也无法在室外环境下使用。

目前中国国内有相关单位研发了基于电流互感器取电的感温发光帽。该设备依据电流互感器获取能源并供电，依据温度传感器获取测温点的实际温度信息并以灯光或声音方式提示运行人员设备异常信息。这种感温发光帽利用的是电流互感器取电原理，但电流互感器的体积比较庞大，安装非常麻烦，而且造价高，严重限制了在配电网设备等领域的实际应用效果，因此很难普及。另外，电流互感器为闭合磁路，由于大电流回路会形成很强的电磁场，如果存在闭合磁路会造成涡流损耗，涡流损耗会严重发热，电力部门的相关规程规定对于大于1000A的回路不得采用闭合磁路，因此电流互感器取电的测温装置不能应用在大电流回路。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种体积小、成本低的应用于电气设备的微电流感应供电型测温报警装置及测温报警方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种微电流感应供电型测温报警装置，包括感应取电电路和测温报警电路，所述感应取电电路为所述测温报警电路提供电源；所述感应取电电路包括电流感应器、整流滤波电路、稳压电路、电压监控芯片和三端开关器，所述电流感应器由非闭合磁芯和绕制于所述非闭合磁芯外的线圈构成，所述线圈的两端分别与所述整流滤波电路的两个输入端连接，所述整流滤波电路的正极电源输出端分别与所述稳压电路的正极电源输入端和所述电压监控芯片的正极电源输入端连接，所述稳压电路的正极电源输出端与所述三端开关器的第一端连接，所述电压监控芯片的控制输出端与所述三端开关器的控制输入端连接，所述三端开关器的第二端为所述感应取电电路的正极电源输出端，所述整流滤波电路的负极电源输出端、所述稳压电路的负极电源端和所述电压监控芯片的负极电源输入端相互连接并作为所述感应取电电路的负极电源输出端。

上述结构中，电流感应器采用非闭合磁路的磁芯，在安装时可以直接安装于电力设备的电线附近，线圈即可感应到电线电流并形成电源，该电源功率相比磁路闭合的电流互感器要小，所以需要其它的微功耗控制装置来协助才能确保满足测温系统电源需求；整流滤波电路和稳压电路用于对电流感应器输出的电流进行整流、滤波和稳压处理；电压监控芯片和三端开关器则构成微功耗控制装置，电压监控芯片通过实时监测整流滤波电路的输出电压，并以此为依据控制三端开关器的开关状态，实现微功耗目的。

具体地，所述测温报警电路包括温度传感器、微处理器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻，所述温度传感器的信号输出端与所述微处理器的温度信号输入端连接，所述微处理器的三个控制输出端分别与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极和所述第三三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一限流电阻的第一端连接，所述第二三极管的集电极与所述第二限流电阻的第一端连接，所述第三三极管的集电极与所述第三限流电阻的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述第一发光二极管的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述第二发光二极管的正极连接，所述第三三极管的发射极与所述第三发光二极管的正极连接，所述微处理器的正极电源输入端、所述第一限流电阻的第二端、所述第二限流电阻的第二端和所述第三限流电阻的第二端均与所述感应取电电路的正极电源输出端连接，所述微处理器的负极电源输入端、所述第一发光二极管的负极、所述第二发光二极管的负极和所述第三发光二极管的负极均与所述感应取电电路的负极电源输出端连接。

具体地，所述稳压电路包括稳压二极管和低压差线性稳压器，所述稳压二极管的负极与所述低压差线性稳压器的正极电源输入端连接并作为所述稳压电路的正极电源输入端，所述稳压二极管的正极与所述低压差线性稳压器的负极电源输入端连接并作为所述稳压电路的负极电源端。

为了进一步解决电流感应器输出电源功率不足的问题，所述整流滤波电路的正极电源输出端和负极电源输出端之间连接有储能电容。储能电容能够自动蓄能，供电流感应器输出电压不足时使用。

优选地，所述储能电容为固态电容。普通的电解电容，泄露电流大，容易漏液爆炸，存在危险；钽电容容量有限无法满足要求；固态电容则能满足各项要求。

在存在上述储能电容的基础上，进一步地，所述整流滤波电路的正极电源输出端与所述电压监控芯片的正极电源输入端之间串联连接有发光二极管，所述整流滤波电路的正极电源输出端与所述发光二极管的正极连接，所述电压监控芯片的正极电源输入端与所述发光二极管的负极连接。

为了扩大储能电容的电压利用率，要求储能电容工作电压范围较大。而目前市面上的电压监控芯片一般仅有5%回差，无法很好地满足对其控制的需要。将发光二极管串入电压监控芯片供电回路后，能够引入电压反馈。具体应用中，储能电容能够获得5.4V～3.3V的回差控制，储能电容的电压升至5.4V后，稳压电路可以稳定输出3.3V电压，此时三端开关器导通输出电源，储能电容的电压低于3.3V时切断三端开关器，使负载获得标准电压。这就避免了因电源输出缓慢建立，而至用电设备中的微处理器复位因供电不足而故障。

具体地，所述电压监控芯片的型号为HT7227A。

所述三端开关器为场效应管，所述场效应管的栅极与所述电压监控芯片的控制输出端连接，所述场效应管的源极与所述稳压电路的正极电源输出端连接，所述场效应管的漏极作为所述感应取电电路的正极电源输出端。

优选地，所述非闭合磁芯由硅钢片叠加而成，所述线圈为0.06mm线径的漆包铜线，所述线圈的匝数为12000匝。线圈匝数太少其输出电压和功率不足，太多会增加内阻，减小电源电流，所以需要选择合适的线径和匝数。

一种微电流感应供电型测温报警装置采用的测温报警方法，包括以下步骤：

（1）微处理器初始化；

（2）检测感应取电电路输出电压；

（3）判断电压是否低于阈值？如果是，则转到步骤（7），如果不是，则转到步骤（4）；

（4）温度检测；

（5）温度判断；

（6）若温度低于70℃，则点亮发出黄光的第一发光二极管，若温度高于70℃且小于90℃，则点亮发出蓝光的第二发光二极管，若温度高于90℃，则点亮发出红光的第三发光二极管；

（7）休眠800ms后转到步骤（2）。

本发明的有益效果在于：

本发明所述微电流感应供电型测温报警装置将体积很小的基于非闭合磁芯的电流感应器获得的微弱感应电流转换成可供测温报警装置使用的电源，消除了采用传统电池或感应供电的缺点，还具有安装方便、体积小、成本低、高可靠的优点，可以做到比火柴盒还小，非常适合现场各种狭小空间使用；测温报警电路以不同颜色的灯光提示用户注意带电设备或者设备是否存在温度异常，方便用户远距离观察。

另外，本发明所述测温报警方法，根据电源提供的是短暂、低能量的模式，优化芯片工作模式，通过定时或在低压时自动休眠，降低电能消耗，从而实现高效、微功耗工作的目的，使电流感应器输出的低能量电源完全满足应用需求。

附图说明

图1是本发明所述微电流感应供电型测温报警装置的电路图；

图2是本发明所述测温报警方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述微电流感应供电型测温报警装置包括感应取电电路和测温报警电路，感应取电电路为测温报警电路提供电源；应取电电路包括电流感应器1、整流滤波电路2、稳压电路、电压监控芯片HT7227A、场效应管FET、储能电容C2和发光二极管LED4，电流感应器1由非闭合磁芯和绕制于非闭合磁芯外的线圈构成，非闭合磁芯由硅钢片叠加而成，线圈为0.06mm线径的漆包铜线，线圈的匝数为12000匝，整流滤波电路2包括全桥整流电路和滤波电容C1，为常规电路，稳压电路包括稳压二极管DW和低压差线性稳压器LDO，储能电容C2为固态电容；线圈的两端分别与整流滤波电路2的两个输入端连接，整流滤波电路2的正极电源输出端分别与储能电容C2的第一端稳压二极管DW的负极和低压差线性稳压器LDO的正极电源输入端和发光二极管LED4的正极连接，发光二极管LED4的负极与电压监控芯片HT7227A的正极电源输入端，低压差线性稳压器LDO的正极电源输出端与场效应管FET的源极S连接，电压监控芯片HT7227A的控制输出端与场效应管FET的栅极G连接，场效应管FET的漏极D为所述感应取电电路的电源输出端Uo的正极，整流滤波电路2的负极电源输出端、储能电容C2的第二端、稳压二极管DW的正极、低压差线性稳压器LDO的负极电源输入端和电压监控芯片HT7227A的负极电源输入端相互连接并作为所述感应取电电路的电源输出端Uo的负极。

如图1所示，测温报警电路包括温度传感器、型号为“STM8L151K4”的微处理器MCU、第一三极管V1、第二三极管V2、第三三极管V3、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2和第三限流电阻R3，温度传感器的信号输出端与微处理器MCU的温度信号输入端连接，微处理器MCU的三个控制输出端分别与第一三极管V1的基极、第二三极管V2的基极和第三三极管V3的基极连接，第一三极管V1的集电极与第一限流电阻R1的第一端连接，第二三极管V2的集电极与第二限流电阻R2的第一端连接，第三三极管V3的集电极与第三限流电阻R3的第一端连接，第一三极管V1的发射极与第一发光二极管LED1的正极连接，第二三极管V2的发射极与第二发光二极管LED2的正极连接，第三三极管V3的发射极与第三发光二极管LED3的正极连接，微处理器MCU的正极电源输入端、第一限流电阻R1的第二端、第二限流电阻R2的第二端和第三限流电阻R3的第二端均与感应取电电路的电源输出端Uo的正极连接，微处理器MCU的负极电源输入端、第一发光二极管LED1的负极、第二发光二极管LED2的负极和第三发光二极管LED3的负极均与感应取电电路的电源输出端Uo的负极连接。

结合图2和图1，电流感应器1只需要安装在电力设备的电线附近，即可感应电线电流，并在线圈的两端产生电压，形成低能量的电源，为整个测温报警装置的用电部件供电。

本发明所述微电流感应供电型测温报警装置采用的测温报警方法，包括以下步骤：

（1）微处理器MCU初始化；

（2）检测感应取电电路输出电压；

（3）判断电压是否低于阈值？如果是，则转到步骤（7），如果不是，则转到步骤（4）；这里的阈值为根据实际需要而设定的一个电压值，一般为低压差线性稳压器LDO的额定输出电压；

（4）利用温度传感器检测温度；

（5）微处理器MCU进行温度判断；

（6）若温度低于70℃，则点亮发出黄光的第一发光二极管LED1，若温度高于70℃且小于90℃，则点亮发出蓝光的第二发光二极管LED2，若温度高于90℃，则点亮发出红光的第三发光二极管LED3；

（7）休眠800ms后转到步骤（2）。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种微电流感应供电型测温报警装置，包括感应取电电路和测温报警电路，所述感应取电电路为所述测温报警电路提供电源；所述感应取电电路包括电流感应器、整流滤波电路、稳压电路、电压监控芯片和三端开关器，所述电流感应器由非闭合磁芯和绕制于所述非闭合磁芯外的线圈构成，所述线圈的两端分别与所述整流滤波电路的两个输入端连接，所述整流滤波电路的正极电源输出端分别与所述稳压电路的正极电源输入端和所述电压监控芯片的正极电源输入端连接，所述稳压电路的正极电源输出端与所述三端开关器的第一端连接，所述电压监控芯片的控制输出端与所述三端开关器的控制输入端连接，所述三端开关器的第二端为所述感应取电电路的正极电源输出端，所述整流滤波电路的负极电源输出端、所述稳压电路的负极电源端和所述电压监控芯片的负极电源输入端相互连接并作为所述感应取电电路的负极电源输出端；其特征在于：所述测温报警电路包括温度传感器、微处理器、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一发光二极管、第二发光二极管、第三发光二极管、第一限流电阻、第二限流电阻和第三限流电阻，所述温度传感器的信号输出端与所述微处理器的温度信号输入端连接，所述微处理器的三个控制输出端分别与所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极和所述第三三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一限流电阻的第一端连接，所述第二三极管的集电极与所述第二限流电阻的第一端连接，所述第三三极管的集电极与所述第三限流电阻的第一端连接，所述第一三极管的发射极与所述第一发光二极管的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述第二发光二极管的正极连接，所述第三三极管的发射极与所述第三发光二极管的正极连接，所述微处理器的正极电源输入端、所述第一限流电阻的第二端、所述第二限流电阻的第二端和所述第三限流电阻的第二端均与所述感应取电电路的正极电源输出端连接，所述微处理器的负极电源输入端、所述第一发光二极管的负极、所述第二发光二极管的负极和所述第三发光二极管的负极均与所述感应取电电路的负极电源输出端连接。

2.根据权利要求1所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述稳压电路包括稳压二极管和低压差线性稳压器，所述稳压二极管的负极与所述低压差线性稳压器的正极电源输入端连接并作为所述稳压电路的正极电源输入端，所述稳压二极管的正极与所述低压差线性稳压器的负极电源输入端连接并作为所述稳压电路的负极电源端。

3.根据权利要求1或2所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述整流滤波电路的正极电源输出端和负极电源输出端之间连接有储能电容。

4.根据权利要求3所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述储能电容为固态电容。

5.根据权利要求4所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述整流滤波电路的正极电源输出端与所述电压监控芯片的正极电源输入端之间串联连接有发光二极管，所述整流滤波电路的正极电源输出端与所述发光二极管的正极连接，所述电压监控芯片的正极电源输入端与所述发光二极管的负极连接。

6.根据权利要求1或2所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述电压监控芯片的型号为HT7227A。

7.根据权利要求1或2所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述三端开关器为场效应管，所述场效应管的栅极与所述电压监控芯片的控制输出端连接，所述场效应管的源极与所述稳压电路的正极电源输出端连接，所述场效应管的漏极作为所述感应取电电路的正极电源输出端。

8.根据权利要求1或2所述的微电流感应供电型测温报警装置，其特征在于：所述非闭合磁芯由硅钢片叠加而成，所述线圈为0.06mm线径的漆包铜线，所述线圈的匝数为12000匝。

9.一种如权利要求1所述的微电流感应供电型测温报警装置采用的测温报警方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)微处理器初始化；

(2)检测感应取电电路输出电压；

(3)判断电压是否低于阈值？如果是，则转到步骤(7)，如果不是，则转到步骤(4)；

(4)温度检测；

(5)温度判断；

(6)若温度低于70℃，则点亮发出黄光的第一发光二极管，若温度高于70℃且小于90℃，则点亮发出蓝光的第二发光二极管，若温度高于90℃，则点亮发出红光的第三发光二极管；

(7)休眠800ms后转到步骤(2)。