CN105973495B - 一种用于测试高压电力电子设备温度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，包括温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器；温度传感单元具有四个接线端子T₁、T₂、T₃和T₄；四个接线端子经由两组双芯屏蔽的双绞线连接所述后续处理电路；后续处理电路包括：与两组双芯屏蔽的双绞线连接的恒流源激励电路，依次连接在两组双芯屏蔽的双绞线与单组双芯屏蔽的双绞线之间的初级后续处理电路、隔离电路和电压/电流转换电路；以及连接在单组双芯屏蔽的双绞线的输出端的次级后续处理电路；数据采集器与次级后续处理电路的输出端连接。本发明在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。

Description

一种用于测试高压电力电子设备温度的装置

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于测试高压电力电子设备温度的装置。

背景技术

目前电力电子技术已经发展到了非常高的技术水平，高压大功率电力电子器件，如8000V等级的相控晶闸管(SCR)、5000V等级的IGBT(绝缘栅双极晶体管)、7000V的IGCT(集成门极换流晶闸管)等相继问世，极大地促进了电力电子装置朝着高电压、强电流、全数字化、模块化方向发展。

由于电力电子器件工作时都会发热，将使其自身工作温度升高，而器件温度过高将缩短其使用寿命，甚至烧毁器件，大大降低了装置的可靠性，这也是限制电力电子器件的额定电流和额定电压的主要原因。通常的解决办法是专设冷却系统，通过直接或者间接实时检测电力电子器件的温度，一旦发现它们过温，控制器发送控制指令，加速冷却系统及时工作，确保电力电子器件在额定温度以下正常工作，这是保证电力电子装置避免因各种原因引起设备过热而造成损毁的重要技术手段。

统计表明，在电力电子装置中，除了测量电压、电流等参变量之外，温度是使用频率最高的测试对象，如电力电子开关模块的温度测量、滤波电抗器的温度测量、滤波电容器的温度测量、变压器绕组的温度测量、通电母排(电缆)的温度测量、冷却介质(如风、冷却水、冷却油等)的温度测量、蓄电池的温度测量等。

在高压电力电子设备中，对温度传感单元及其后续处理器的要求极为苛刻，包括如下三个方面：

(1)由于电力电子器件工作时电压高达数千伏特，要求温度传感单元的绝缘性能必须高达数十千伏特；

(2)由于电力电子器件工作时电流高达数十千安培，要求温度传感单元及其后续处理器必须具有良好的抗强电磁干扰的能力；

(3)测试现场与控制中心，距离较远，一般超过数十米以上。

研究与实践均表明：在高压电力电子设备中，如果温度传感单元的绝缘性能出现异常或者后续处理器受到电磁干扰，极易给出温度误报警信号，造成电力电子开关误动作而产生严重后果。由此可见，亟需研制出一套既能够远距离传输、还能正常穿行于强电磁场环境的测温装置，它对确保高压电力电子设备能够安全和可靠的运行至关重要。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，旨在解决了高压电力电子设备中的测温装置远距离传输易受强电磁干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，包括温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器；所述温度传感单元具有四个接线端子T₁、T₂、T₃和T₄；所述四个接线端子经由所述两组双芯屏蔽的双绞线连接所述后续处理电路；所述后续处理电路包括：与所述两组双芯屏蔽的双绞线连接的恒流源激励电路，依次连接在所述两组双芯屏蔽的双绞线与所述单组双芯屏蔽的双绞线之间的初级后续处理电路、隔离电路和电压/电流转换电路；以及连接在所述单组双芯屏蔽的双绞线的输出端的次级后续处理电路；所述数据采集器与所述次级后续处理电路的输出端连接。

其中，温度传感单元用于获取高压电力电子设备的温度；两组双芯屏蔽的双绞线既要为温度传感单元提供激励电源，又要获取温度传感单元的端电压；后续处理电路用于将反映温度的电压信号转换为电流信号，便于远距离传输，然后再经过隔离变换和电压/电流转换，将最终获得的反映温度的电压信号传给数据采集器；单组双芯屏蔽的双绞线将反映温度的电流信号传给电压/电流转换电路；数据采集器用于采集反映温度的电压信号，最终获得高压电力电子设备的温度。

其中，恒流源激励电路用于激励温度传感单元；初级后续处理电路用于滤波处理反映温度的电压信号，并将其放大处理；隔离电路用于将反映温度的电压信号进行隔离处理，提高测试系统的抗干扰能力；电压/电流转换电路用于将反映温度的电压信号转换电流信号，便于远距离传输，降低信号损耗并提高测试系统的抗干扰能力；次级后续处理电路用于将反映温度的电流信号转换电压信号，并进行滤波处理，提高波形质量。

更进一步地，所述温度传感单元具有绝缘结构，包括缘外套、温度传感器和瓷片；在所述绝缘外套中，将所述温度传感器安装在所述瓷片上，并通过在所述绝缘外套中浇注绝缘胶将所述温度传感器、所述瓷片集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。

更进一步地，所述恒流源激励电路包括依次连接的稳压电路和恒流源电路；稳压电路包括稳压电路A_R、滤波电容C₁、滤波电容C₂、滤波电容C₃、滤波电容C₄和电源+U₁；所述滤波电容C₁和所述滤波电容C₂并联后的一端连接所述稳压电路A_R的输出端，另一端接地线GND1；所述滤波电容C₃和所述滤波电容C₄并联后的一端连接所述稳压电路A_R的第一输入端(第2引脚)，另一端接地线GND1；所述稳压电路A_R的第一输入端(第2引脚)和第二输入端(第3引脚)短接后接电源+U₁，所述稳压电路A_R的接地端(第1、4、7、8引脚)接地线GND1，所述稳压电路A_R的输出端(第6引脚)作为所述稳压电路的输出端；所述恒流源电路包括运算放大器A₁、运算放大器A₂、运算放大器A₃、运算放大器A₄、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和采样电阻R_S；所述运算放大器A₁的同相端A₁₊作为所述恒流源电路的输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述运算放大器A₁的反相端A_1-接所述运算放大器A₄的输出端U_O4，所述运算放大器A₁的输出端U_O1接所述采样电阻R_S的一端，所述采样电阻R_S的另一端接接所述运算放大器A₃的同相端A₃₊，所述运算放大器A₂的同相端A₂₊接所述运算放大器A₁的输出端U_O1，所述运算放大器A₂的反相端A_2-接所述运算放大器A₂的输出端U_O2，所述运算放大器A₂的输出端U_O2接所述电阻R₁的一端，所述电阻R₁的另一端接所述电阻R₃的一端，所述电阻R₃的一端接所述运算放大器A₄的同相端A₄₊，电阻R₃的另一端接地线GND1，所述运算放大器A₄的输出端U_O4接所述运算放大器A₁的反相端A_1-，所述运算放大器A₄的反相端A_4-接所述电阻R₄的一端，所述电阻R₄的另一端接所述运算放大器A₄的输出端U_O4，所述电阻R₂的一端接所述运算放大器A₄的反相端A_4-，所述电阻R₂的另一端接所述运算放大器A₃的输出端U_O3，所述运算放大器A₃的输出端U_O3接所述运算放大器A₃的反相端A_3-，所述运算放大器A₃的同相端A₃₊接两组双芯屏蔽的双绞线的T₅端。

更进一步地，所述恒流源激励电路包括依次连接的稳压电路和恒流源电路；所述稳压电路包括稳压电路A_R、滤波电容C₁、滤波电容C₂、滤波电容C₃、滤波电容C₄和电源+U₁；所述滤波电容C₁和所述滤波电容C₂并联后的一端连接所述稳压电路A_R的输出端(第6脚)，另一端接地线GND1；所述滤波电容C₃和所述滤波电容C₄并联后的一端连接所述稳压电路A_R的第一输入端(第2脚)，另一端接地线GND1；所述稳压电路A_R的第一输入端(第2脚)和第二输入端(第3脚)短接之后接电源+U₁，所述稳压电路A_R的接地端(第1、4、7和8脚)短接之后接地线GND1，所述稳压电路A_R的输出端(第6脚)作为所述稳压电路的输出端；所述恒流源电路包括运算放大器A₁、仪用运放A₁₂、电阻R_G1和采样电阻R_S；

所述运算放大器A₁的同相端A₁₊作为所述恒流源电路的输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述运算放大器A₁的反相端A_1-接所述仪用运放A₁₂的输出端(第6脚)，所述运算放大器A₁的输出端U_O1接所述采样电阻R_S的一端，所述采样电阻R_S的一端接所述稳压仪用运放A₁₂的同相输入端(第2脚)，所述采样电阻R_S的另一端接所述仪用运放A₁₂的反相输入端(第3脚)，所述电阻R_G1的一端接仪用运放A₁₂的增益端(第1脚)，所述电阻R_G1的另一端接所述仪用运放A₁₂的增益端(第8脚)，所述仪用运放A₁₂的正电源端(第7脚)接电源+U₁，所述仪用运放A₁₂的负电源端(第4脚)和参考电压端(第5脚)同时接在地线GND1，所述仪用运放A₁₂的反相输入端(第3脚)接两组双芯屏蔽的双绞线的T₅端。

更进一步地，所述初级后续处理电路包括依次连接的初级滤波器和初级放大器；所述初级滤波器包括电阻R₅、电阻R₆、电容C₅、电容C₆和电容C₇；所述电阻R₅的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T₇端，所述电阻R₅的另一端通过所述电容C₅接地线GND1；所述电阻R₆的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T₈端，所述电阻R₆的另一端通过所述电容C₆接地线GND1；所述电容C₇的一端接电阻R₅的另一端，所述电容C₇的另一端接所述电阻R₆的另一端；所述初级放大器包括运算放大器A₅、运算放大器A₆、运算放大器A₇、电阻R₇、电阻R₈、电阻R₉和电阻R₁₀；所述运算放大器A₅的同相端A₅₊接所述电容C₇的一端，所述运算放大器A₅的反相端A_5-接运算放大器A₅的输出端U_O5，所述运算放大器A₅的输出端U_O5接所述电阻R₇的一端，所述电阻R₇的另一端接所述运算放大器A₇的同相端A₇₊，所述电阻R₉的一端接所述运算放大器A₇的同相端A₇₊，所述电阻R₉的另一端接地线GND1；所述运算放大器A₆的同相端A₆₊接所述电容C₇的另一端，所述运算放大器A₆的反相端A_6-接所述运算放大器A₆的输出端U_O6，所述运算放大器A₆的输出端U_O6接所述电阻R₈的一端，所述电阻R₈的另一端接所述运算放大器A₇的反相端A_7-，所述运算放大器A₇的反相端A_7-接所述电阻R₁₀的一端，所述电阻R₁₀的另一端接所述运算放大器A₇的输出端U_O7。

更进一步地，初级后续处理电路包括依次连接的初级滤波器和初级放大器；初级滤波器包括电阻R₅、电阻R₆、电容C₅、电容C₆和电容C₇；电阻R₅的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T₇端，所述电阻R₅的另一端通过所述电容C₅接地线GND1；所述电阻R₆的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T₈端，所述电阻R₆的另一端通过所述电容C₆接地线GND1；所述电容C₇的一端接所述电阻R₅的另一端，电容C₇的另一端接所述电阻R₆的另一端；所述初级放大器包括仪用运放A₁₃和电阻R_G2；所述仪用运放A₁₃的同相输入端(第2脚)连接至所述电容C₇的一端，所述仪用运放A₁₃的反相输入端(第3脚)连接至所述电容C₇的另一端，所述电阻R_G2连接在所述仪用运放A₁₃的增益端(第1脚)和增益端(第8脚)之间；所述仪用运放A₁₃的正电源端(第7脚)接正电源+U₁，所述仪用运放A₁₃的负电源端(第4脚)和参考电压端(第5脚)同时接在地线GND1，所述仪用运放A₁₃的输出端(第6脚)作为所述初级放大器的输出端。

更进一步地，隔离电路包括隔离运放芯片A₈、电阻R₁₁、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄和电阻R₁₅；所述电阻R₁₁的一端连接端子T₉，所述电阻R₁₁的另一端接电阻R₁₃的一端，所述电阻R₁₃的一端接所述隔离运放芯片A₈的反相输入端(第3脚)，所述电阻R₁₃的另一端接所述隔离运放芯片A₈的反馈电阻输入端(第4脚)；所述电阻R₁₂的一端连接端子T₁₀，所述电阻R₁₂的另一端接所述电阻R₁₄的一端，所述电阻R₁₄的一端接所述隔离运放芯片A₈的同相输入端(第1脚)，所述电阻R₁₄的另一端接所述隔离运放芯片A₈的接地端(第2脚)，所述隔离运放芯片A₈的输出端(第38脚)接所述电阻R₁₅的一端，所述电阻R₁₅的另一端与所述端子T₁₁连接，所述电容C₈的一端与所述端子T₁₁连接，所述电容C₈的另一端接所述隔离运放芯片A₈的接地端(第37脚)，所述芯片A₈的接地端(第37脚)接地线GND2。

更进一步地，所述电压/电流转换电路包括运算放大器A₉、电压/电流转换电路芯片A₁₀、二极管D₁、滑动电阻R_P1、稳压二极管D₂和电容C₉；所述运算放大器A₉的同相端A₉₊接所述端子T₁₁，所述运算放大器A₉的反相端A_9-连接所述运算放大器A₉的输出端U_O9，所述运算放大器A₉的输出端U_O9接所述电压/电流转换芯片A₁₀的输入端(第1脚)，所述电压/电流转换芯片A₁₀的微调端(第2脚)接所述滑动电阻R_P1的一端，所述滑动电阻R_P1的可调端接地线GND2，所述电压/电流转换芯片A₁₀的电源端(第3脚)接所述二极管D₁的负端，所述二极管D₁的正端接电源+U₃，所述电容C₉的一端接电源+U₃，所述电容C₉的另一端接所述稳压二极管D₂的正端，所述稳压二极管D₂的正端接地线GND3，所述稳压二极管D₂的负端接地线GND2。

更进一步地，所述次级后续处理电路包括运算放大器A₁₁、电阻R_M、电阻R₁₆、电阻R₁₇、电阻R₁₈、电阻R₁₉和电容C₁₁；所述电阻R_M的一端接所述端子T₁₅，所述电阻R_M的另一端接所述端子T₁₆，所述电阻R₁₆的一端接所述端子T₁₅，所述电阻R₁₆的另一端接所述电容C₁₀的一端，所述电容C₁₀的一端接所述电阻R₁₇的一端，所述电容C₁₀的另一端接所述运算放大器A₁₁的输出端U_O11，所述电阻R₁₇的另一端接所述电容C₁₁的一端，所述电容C₁₁的一端接所述运算放大器A₁₁的同相端A₁₁₊，所述电容C₁₁的另一端接地线GND3，所述电阻R₁₈的一端接地线GND3，所述电阻R₁₈的另一端接所述电阻R₁₉的一端，所述电阻R₁₉的一端接所述运算放大器A₁₁的反相端A_11－，所述电阻R₁₉的另一端接运算放大器A₁₁的输出端U_O11。

本发明的优点在于：

(1)本测温装置的传感器采用四端接法，且利用恒流源激励温度传感器，确保测试系统的良好线性度和高准确度；

(2)本测温传感头被放置于耐高压的绝缘护套中，解决了工作于高压环境中的温度传感器的高压绝缘问题；

(3)本测温装置将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了远距离传输的问题；

(4)在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中具有绝缘结构的温度传感单元的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的恒流源激励电路的原理图。

图4为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的初级后续处理电路的原理图。

图5为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的隔离电路的原理图。

图6为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的电压/电流转换电路的原理图。

图7为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的次级后续处理电路的原理图。

图8为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的恒流源激励电路的另外一种具体实施方式的原理图。

图9为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的初级后续处理电路的另外一种具体实施方式的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中，由于温度传感单元采用了绝缘型结构、利用恒流源激励温度传感器、将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了高压电力电子设备中的测温装置远距离传输易受强电磁干扰的技术难题，确保高压电力电子设备健康和可靠运行。

本装置也可以推广应用于高压场合的其它需要测温的设备中。

本发明提供一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，目的在于能够在强电磁场环境中实现远距离传输且可靠监测电力电子开关的运行温度，确保高压电力电子设备安全和可靠运行。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，其特征在于，它包括具有绝缘结构的温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、温度传感器的后续处理电路、单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器；

所述具有绝缘结构的温度传感单元包括埋植在绝缘套中的温度传感器，温度传感器，采用四端接法，即传感头含有T₁和T₂、T₃和T₄四个接线端子，经由所述两组双芯屏蔽的双绞线连接温度传感器的后续处理电路；

所述温度传感器的后续处理电路由温度传感器的恒流源激励电路、温度传感器的初级后续处理电路、温度传感器的隔离电路、温度传感器的电压/电流转换电路、温度传感器的次级后续处理电路组成；温度传感器的恒流源激励电路将其产生的激励电流I_t经由两组双芯屏蔽的双绞线，传给温度传感器R_t，将温度传感器R_t输出的反映温度的电压信号U_t，先后传输到温度传感器的初级后续处理电路、温度传感器的隔离电路、温度传感器的电压/电流转换电路，经由它们处理之后，获得反映温度的电流信号I_M，再经由单组双芯屏蔽的双绞线，传输给温度传感器的次级后续处理电路，经由它处理之后，传输给数据采集器；数据采集器实时采集反映被测体温度的电压信号，最终获得反映温度的电压信号U_T，根据电压信号U_T分析得到被测体的温度。

本发明装置将传感头埋植在绝缘护套中，采用恒流源激励温度传感器，再将反映温度的电压信号转换为电流信号，可用于远距离传输，方便温度信号的实时、可靠、准确采集。

具体而言，本发明的优点在于：

(1)本测温装置的传感器采用四端接法，且利用恒流源激励温度传感器，确保测试系统的良好线性度和高准确度；

(2)本测温传感头被放置于耐高压的绝缘护套中，解决了工作于高压环境中的温度传感器的高压绝缘问题；

(3)本测温装置将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了远距离传输的问题；

(4)在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。

总之，本发明测温装置，适应了远距离监测高压环境、电磁干扰严重的工作场合，抗电磁干扰能力强，结构简单，重量轻，互换性强，安装、校准、调试、维护均方便。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明装置包括具有绝缘结构的温度传感单元1、两组双芯屏蔽的双绞线2、温度传感器的后续处理电路(由温度传感器的恒流源激励电路3、温度传感器的初级后续处理电路4、温度传感器的隔离电路5、温度传感器的电压/电流转换电路6、温度传感器的次级后续处理电路8组成)、单组双芯屏蔽的双绞线7和数据采集器9。

现将其工作原理和信号传输路径简述如下：

如图2所示，具有绝缘结构的温度传感单元1，将温度传感器R_t(如PT100、PT1000等)预埋在绝缘外套中，为提高测试结果的正确性，特将温度传感器R_t设计为四端接法，即该传感头具有T₁和T₂、T₃和T₄四个接线端子，经由两组双芯屏蔽的双绞线2连接温度传感器的后续处理电路。

如图2所示，温度传感器的绝缘结构由绝缘外套1-1、温度传感器1-2、瓷片1-3组成，在绝缘外套1-1中，将温度传感器1-2安装在瓷片1-3上面，由于温度传感器1-2采用四端接法，其中接线端子T₁和T₂作为连接激励电源线的接线端，接线端子T₃和T₄是获得端电压的测量线，它们经由两组双芯屏蔽的双绞线2引出，并将上述结构置于绝缘外套1-1之内，再在绝缘外套1-1中浇注绝缘胶，最终将温度传感器1-2、瓷片1-3集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。

如图3所示，温度传感器的恒流源激励电路由稳压电路3-1和恒流源电路3-2组成，其中稳压电路3-1是由稳压电路A_R、滤波电容C₁、C₂、C₃和C₄，以及电源+U₁组成，恒流源电路3-2是由四个芯片(即A₁、A₂、A₃、A₄)、电阻(即R₁、R₂、R₃、R₄)以及采样电阻R_S组成。在稳压电路3-1中，滤波电容C₁和C₂并联之后，它们的一端接稳压电路A_R的第6脚，另一端接地线GND1，滤波电容C₃和C₄并联之后，它们的一端接稳压电路A_R的第2脚，另一端接地线GND1，稳压电路A_R的第2脚和第3脚短接之后接电源+U₁，稳压电路A_R的第1、4、7和8脚短接之后接地线GND1，稳压电路A_R的第6脚接运算放大器A₁的同相端A₁₊，运算放大器A₁的反相端A_1-接芯片A₄的输出端U_O4，运算放大器A₁的输出端U_O1接采样电阻R_S的一端，采样电阻R_S的另一端接接芯片A₃的同相端A₃₊，芯片A₂的同相端A₂₊接运算放大器A₁的输出端U_O1，芯片A₂的反相端A_2-接芯片A₂的输出端U_O2，芯片A₂的输出端U_O2接电阻R₁的一端，电阻R₁的另一端接电阻R₃的一端，电阻R₃的该端接芯片A₄的同相端A₄₊，电阻R₃的另一端接地线GND1，芯片A₄的输出端U_O4接运算放大器A₁的反相端A_1-，芯片A₄的反相端A_4-接电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接芯片A₄的输出端U_O4，电阻R₂的一端接芯片A₄的反相端A_4-，电阻R₂的另一端接芯片A₃的输出端U_O3，芯片A₃的输出端U_O3接芯片A₃的反相端A_3-，芯片A₃的同相端A₃₊接两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，由稳压电路3-1输出的电压U_R，经过恒流源电路处理之后，流进采样电阻R_S，输出激励电流I_t，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，再流入到温度传感器R_t之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T₆端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中，图3所示电路中的芯片A₂、A₃和A₄以及R₁、R₂、R₃、R₄组成的放大器电路3-2，可以由仪用运放替换，详见温度传感器恒流源电路的另外一种具体实施方式的原理图8所示。

如图4所示，温度传感器的初级后续处理电路由初级滤波器4-1和初级放大器4-2组成，来自温度传感器的恒流源激励电路3的激励电流I_t，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，再流入到温度传感器R_t之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T₆端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中的地线GND1，两组双芯屏蔽的双绞线2的T₇端接初级滤波器4-1中的电阻R₅的一端，电阻R₅的另一端接电容C₅的一端，电容C₅的另一端接地线GND1，两组双芯屏蔽的双绞线2的T₈端接初级滤波器4-1中的电阻R₆的一端，R₆的另一端接电容C₆的一端，电容C₆的另一端接地线GND1，电容C₇的一端接芯片A₅的同相端A₅₊，电容C₇的另一端接芯片A₆的同相端A₆₊，芯片A₅的反相端A_5-接芯片A₅的输出端U_O5，芯片A₅的输出端U_O5接电阻R₇的一端，电阻R₇的另一端接芯片A₇的同相端A₇₊，电阻R₉的一端接芯片A₇的同相端A₇₊，电阻R₉的另一端接地线GND1，芯片A₆的反相端A_6-接芯片A₆的输出端U_O6，芯片A₆的输出端U_O6接电阻R₈的一端，电阻R₈的另一端接芯片A₇的反相端A_7-，芯片A₇的反相端A_7-接电阻R₁₀的一端，电阻R₁₀的另一端接芯片A₇的输出端U_O7，芯片A₇的输出端U_O7与接线端子T₁₀连接，接线端子T₉连接地线GND1，经由接线端子T₉和T₁₀，将温度传感器的初级后续处理电路获得的反应被测体温度的电压信号传送到温度传感器的隔离电路5中。

如图5所示，温度传感器的隔离电路5连接接线端子T₉和T₁₀，经由接线端子T₉和T₁₀，接收温度传感器的初级后续处理电路4的输出信号，接线端子T₉接电阻R₁₁的一端，电阻R₁₁的另一端接电阻R₁₃的一端，电阻R₁₃的该端接芯片A₈的第3脚，电阻R₁₃的另一端接芯片A₈的第4脚，接线端子T₁₀接电阻R₁₂的一端，电阻R₁₂的另一端接电阻R₁₄的一端，电阻R₁₄的该端接芯片A₈的第1脚，电阻R₁₄的另一端接芯片A₈的第2脚，芯片A₈的第38脚接电阻R₁₅的一端，电阻R₁₅的另一端与接线端子T₁₁连接，电容C₈的一端与接线端子T₁₁连接，电容C₈的另一端接芯片A₈的第37脚，芯片A₈的第37脚接地线GND2，接线端子T₁₂接地线GND2，经由接线端子T₁₁和T₁₂，将温度传感器的隔离电路5处理获得的信号传送到温度传感器的电压/电流转换电路6。

如图6所示，温度传感器的电压/电流转换电路6，连接输入端的接线端子T₁₁和T₁₂，接收温度传感器的隔离电路5处理获得的输出信号，接线端子T₁₂接地线GND2，接线端子T₁₁接芯片A₉的同相端A₉₊，芯片A₉的反相端A_9-接芯片A₉的输出端U_O9，芯片A₉的输出端U_O9接运算放大器A₁₀的第1脚，运算放大器A₁₀的第2脚接滑动电阻R_P1的一端，滑动电阻R_P1的可调端接地线GND2，运算放大器A₁₀的第3脚接二极管D₁的负端，二极管D₁的正端接电源+U₃，电容C₉的一端接电源+U₃，电容C₉的另一端接稳压二极管D₂的正端，稳压二极管D₂的正端接地线GND3，稳压二极管D₂的负端接地线GND2，温度传感器的电压/电流转换电路6的输出端的接线端子T₁₄连接地线GND3，接线端子T₁₃连接地线GND2，经由接线端子T₁₃和T₁₄，将温度传感器的电压/电流转换电路6获得的反应被测体温度的电流信号，通过单组双芯屏蔽的双绞线7，传送到温度传感器的次级后续处理电路8。

如图7所示，温度传感器的次级后续处理电路8，连接输入端的接线端子T₁₅和T₁₆，接收单组双芯屏蔽的双绞线7传送的电流信号I_M，接线端子T₁₅接电阻R_M的一端，电阻R_M的另一端与接线端子T₁₆连接，接线端子T₁₆接地线GND3，电阻R₁₆的一端与接线端子T₁₅相连，电阻R₁₆的另一端接电容C₁₀的一端，电容C₁₀的该端接电阻R₁₇的一端，电容C₁₀的另一端接运算放大器A₁₁的输出端U_O11，电阻R₁₇的另一端接电容C₁₁的一端，电容C₁₁的该端接运算放大器A₁₁的同相端A₁₁₊，电容C₁₁的另一端接地线GND3，电阻R₁₈的一端接地线GND3，电阻R₁₈的另一端接电阻R₁₉的一端，电阻R₁₉的该端接运算放大器A₁₁的反相端A_11－，电阻R₁₉的另一端接运算放大器A₁₁的输出端U_O11，温度传感器的次级后续处理电路8的输出端的接线端子T₁₇连接运算放大器A₁₁的输出端U_O11，接线端子T₁₈连接地线GND3，经由接线端子T₁₇和T₁₈，将温度传感器的次级后续处理电路8获得的反应被测体温度的电压信号，传送到数据采集器9。

数据采集器9可以采用专门的数据采集电路，如NI公司仪表生产的多功能数据采集设备，也可采用高档单片机或者ARM芯片构建采集卡。

图3所示实施例中的稳压电路A_R可以选择精密微功耗低压降电压基准芯片，充当温度传感器R_t的激励电流所需的稳压电源，如LM4140系列，它是一种高精度的微功耗低压降参考电源，它有三种温漂级别：1)A级芯片的温漂不超过3ppm/℃；2)B级芯片的温漂不超过6ppm/℃；3)C级芯片的温漂不超过10ppm/℃。

图3和图4所示实施例中的运算放大器A₁、A₂、A₃、A₄，可以采用单路的低噪声精密运放，如OP07、OP27、AD797和OPA170等；也可以选择高精度、低噪声双运放，如OPA2227、OPA2170、TLC2262和TLV2453等；可以选择精密四运放，如OP484、OPA4170、TLV2454和OPA4188等。

图5所示实施例中的隔离芯片A₈，可以选择变压器耦合式隔离运放，如AD202；也可以选择电场耦合隔离运放，如ISO122；还可以选择光耦隔离运放，如ISO100。

图6所示实施例中的芯片A₉，可以选择单路的低噪声精密运放，如OP07、OP27、AD797和OPA170等。图6所示实施例中的电压/电流转换芯片A₁₀，可以选择电压/电流变送器，如DH4-20mA变送器；也可以选择集成电压/电流转换芯片，如AD694、XTR 111和MAX472等。

图7所示实施例中的运算放大器A₁₁，可以选择单路的低噪声精密运放，如OP07、OP27、AD797和OPA170等。

如图8所示，它表示温度传感器的恒流源激励电路的另外一种具体实施方式的原理图，用仪用运放A₁₂代替图3所示电路中的芯片A₂、A₃和A₄，仪用运放A₁₂可以选用AD公司的AD620、AD524、AD526、AD624、INA101；TI公司的INA102、INA105、INA128、INA110、INA146、INA148等。现将接线关系说明如下：

稳压电路A_R的第6脚接运算放大器A₁的同相输入端A₁₊，运算放大器A₁的反相输入端A_1-接仪用运放A₁₂的第6脚，运算放大器A₁的输出端U_O1接采样电阻R_S的一端，采样电阻R_S的该端接稳压仪用运放A₁₂的第2脚，采样电阻R_S的另一端接仪用运放A₁₂的第3脚，电阻R_G1的一端接仪用运放A₁₂的第1脚，电阻R_G1的另一端接仪用运放A₁₂的第8脚，仪用运放A₁₂的第7脚接电源+U₁，仪用运放A₁₂的第4脚和第5脚同时接在地线GND1，仪用运放A₁₂的第3脚接两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，由稳压电路3-1输出的电压U_R，经过恒流源电路处理之后流进采样电阻R_S，输出激励电流I_t，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，再流入到温度传感器R_t之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T₆端，流入温度传感器的初级后续处理电路4。

如图9所示，它表示温度传感器的初级后续处理电路的另外一种具体实施方式的原理图，用仪用运放A₁₃代替图4所示电路中的芯片A₅、A₆和A₇，仪用运放A₁₃的选择方法如前述，现将接线关系说明如下：

来自温度传感器的恒流源激励电路3的激励电流I_t，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端，再流入到温度传感器R_t之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T₆端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中的地线GND1，两组双芯屏蔽的双绞线2的T₇端接初级滤波器4-1中的电阻R₅的一端，电阻R₅的另一端接电容C₅的一端，电容C₅的另一端接地线GND1，两组双芯屏蔽的双绞线2的T₈端接初级滤波器4-1中的电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端接电容C₆的一端，电容C₆的另一端接地线GND1，电容C₇并接在仪用运放A₁₃的第2脚和第3脚之间，电阻R_G2的一端接在仪用运放A₁₃的第1脚，电阻R_G2的另一端接在仪用运放A₁₃的第8脚，仪用运放A₁₃的第7脚接正电源+U₁，仪用运放A₁₃的第4脚和第5脚同时接在地线GND1，接线端T₉接仪用运放A₁₃的第6脚，接线端T₁₀接地线GND1，经由接线端T₉和T₁₀，将温度传感器的初级后续处理电路4处理获得的信号传送到温度传感器的隔离电路5中。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，其特征在于，包括温度传感单元(1)、两组双芯屏蔽的双绞线(2)、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线(7)和数据采集器(9)；

所述温度传感单元(1)具有四个接线端子T₁、T₂、T₃和T₄；所述四个接线端子经由所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)连接所述后续处理电路；

所述后续处理电路包括：与所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)连接的恒流源激励电路(3)，依次连接在所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)与所述单组双芯屏蔽的双绞线(7)之间的初级后续处理电路(4)、隔离电路(5)和电压/电流转换电路(6)；以及连接在所述单组双芯屏蔽的双绞线(7)的输出端的次级后续处理电路(8)；

所述恒流源激励电路(3)包括依次连接的稳压电路(3-1)和恒流源电路(3-2)；

所述稳压电路(3-1)包括稳压电路A_R、滤波电容C₁、滤波电容C₂、滤波电容C₃、滤波电容C₄和电源+U₁；所述滤波电容C₁和所述滤波电容C₂并联后的一端连接所述稳压电路A_R的输出端，另一端接地线GND1；所述滤波电容C₃和所述滤波电容C₄并联后的一端连接所述稳压电路A_R的第一输入端，另一端接地线GND1；所述稳压电路A_R的第一输入端和第二输入端短接后接电源+U₁，所述稳压电路A_R的接地端接地线GND1，所述稳压电路A_R的输出端作为所述稳压电路(3-1)的输出端；

所述恒流源电路(3-2)包括运算放大器A₁、运算放大器A₂、运算放大器A₃、运算放大器A₄、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄和采样电阻R_S；所述运算放大器A₁的同相端A₁₊作为所述恒流源电路(3-2)的输入端连接至所述稳压电路(3-1)的输出端，所述运算放大器A₁的反相端A_1-接所述运算放大器A₄的输出端U_O4，所述运算放大器A₁的输出端U_O1接所述采样电阻R_S的一端，所述采样电阻R_S的另一端接所述运算放大器A₃的同相端A₃₊，所述运算放大器A₂的同相端A₂₊接所述运算放大器A1的输出端U_O1，所述运算放大器A₂的反相端A_2-接所述运算放大器A₂的输出端U_O2，所述运算放大器A₂的输出端U_O2接所述电阻R₁的一端，所述电阻R₁的另一端接所述电阻R₃的一端，所述电阻R₃的一端接所述运算放大器A₄的同相端A₄₊，电阻R₃的另一端接地线GND1，所述运算放大器A₄的输出端U_O4接所述运算放大器A1的反相端A_1-，所述运算放大器A₄的反相端A_4-接所述电阻R₄的一端，所述电阻R₄的另一端接所述运算放大器A₄的输出端U_O4，所述电阻R₂的一端接所述运算放大器A₄的反相端A_4-，所述电阻R₂的另一端接所述运算放大器A₃的输出端U_O3，所述运算放大器A₃的输出端U_O3接所述运算放大器A₃的反相端A_3-，所述运算放大器A₃的同相端A₃₊接两组双芯屏蔽的双绞线2的T₅端；

所述数据采集器(9)与所述次级后续处理电路(8)的输出端连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度传感单元(1)具有绝缘结构，包括绝缘外套(1-1)、温度传感器(1-2)和瓷片(1-3)；在所述绝缘外套(1-1)中，将所述温度传感器(1-2)安装在所述瓷片(1-3)上，并通过在所述绝缘外套(1-1)中浇注绝缘胶将所述温度传感器(1-2)、所述瓷片(1-3)集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述稳压电路(3-1)包括稳压电路A_R、滤波电容C₁、滤波电容C₂、滤波电容C₃、滤波电容C₄和电源+U₁；所述滤波电容C₁和所述滤波电容C₂并联后的一端连接所述稳压电路A_R的输出端，另一端接地线GND1；所述滤波电容C₃和所述滤波电容C₄并联后的一端连接所述稳压电路A_R的第一输入端，另一端接地线GND1；所述稳压电路A_R的第一输入端和第二输入端短接之后接电源+U₁，所述稳压电路A_R的接地端短接之后接地线GND1，所述稳压电路A_R的输出端作为所述稳压电路(3-1)的输出端；

所述恒流源电路(3-2)包括运算放大器A₁、仪用运放A₁₂、电阻R_G1和采样电阻R_S；

所述运算放大器A₁的同相端A₁₊作为所述恒流源电路(3-2)的输入端连接至所述稳压电路(3-1)的输出端，所述运算放大器A₁的反相端A_1-接所述仪用运放A₁₂的输出端，所述运算放大器A₁的输出端U_O1接所述采样电阻R_S的一端，所述采样电阻R_S的一端接所述稳压仪用运放A₁₂的同相输入端，所述采样电阻R_S的另一端接所述仪用运放A₁₂的反相输入端，所述电阻R_G1的一端接仪用运放A₁₂的增益端，所述电阻R_G1的另一端接所述仪用运放A₁₂的增益端，所述仪用运放A₁₂的正电源端接电源+U₁，所述仪用运放A₁₂的负电源端和参考电压端同时接在地线GND1，所述仪用运放A₁₂的反相输入端接两组双芯屏蔽的双绞线的T₅端。

4.如权利要求1或2任一项所述的装置，其特征在于，所述初级后续处理电路(4)包括依次连接的初级滤波器(4-1)和初级放大器(4-2)；

所述初级滤波器(4-1)包括电阻R₅、电阻R₆、电容C₅、电容C₆和电容C₇；所述电阻R₅的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T₇端，所述电阻R₅的另一端通过所述电容C₅接地线GND1；所述电阻R₆的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)的T₈端，所述电阻R₆的另一端通过所述电容C₆接地线GND1；所述电容C₇的一端接所述电阻R₅的另一端，所述电容C₇的另一端接所述电阻R₆的另一端；

所述初级放大器(4-2)包括运算放大器A₅、运算放大器A₆、运算放大器A₇、电阻R₇、电阻R₈、电阻R₉和电阻R₁₀；所述运算放大器A₅的同相端A₅₊接所述电容C₇的一端，所述运算放大器A₅的反相端A_5-接运算放大器A₅的输出端U_O5，所述运算放大器A₅的输出端U_O5接所述电阻R₇的一端，所述电阻R₇的另一端接所述运算放大器A₇的同相端A₇₊，所述电阻R₉的一端接所述运算放大器A₇的同相端A₇₊，所述电阻R₉的另一端接地线GND1；所述运算放大器A₆的同相端A₆₊接所述电容C₇的另一端，所述运算放大器A₆的反相端A_6-接所述运算放大器A₆的输出端U_O6，所述运算放大器A₆的输出端U_O6接所述电阻R₈的一端，所述电阻R₈的另一端接所述运算放大器A₇的反相端A_7-，所述运算放大器A₇的反相端A_7-接所述电阻R₁₀的一端，所述电阻R₁₀的另一端接所述运算放大器A₇的输出端U_O7。

5.如权利要求1或2任一项所述的装置，其特征在于，所述初级后续处理电路(4)包括依次连接的初级滤波器(4-1)和初级放大器(4-2)；

所述初级滤波器(4-1)包括电阻R₅、电阻R₆、电容C₅、电容C₆和电容C₇；所述电阻R₅的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T₇端，所述电阻R₅的另一端通过所述电容C₅接地线GND1；所述电阻R₆的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)的T₈端，所述电阻R₆的另一端通过所述电容C₆接地线GND1；所述电容C₇的一端接所述电阻R₅的另一端，所述电容C₇的另一端接所述电阻R₆的另一端；

所述初级放大器(4-2)包括仪用运放A₁₃和电阻R_G2；所述仪用运放A₁₃的同相输入端连接至所述电容C₇的一端，所述仪用运放A₁₃的反相输入端连接至所述电容C₇的另一端，所述电阻R_G2连接在所述仪用运放A₁₃的增益端和增益端之间；所述仪用运放A₁₃的正电源端接正电源+U₁，所述仪用运放A₁₃的负电源端和参考电压端同时接在地线GND1，所述仪用运放A₁₃的输出端作为所述初级放大器(4-2)的输出端。

6.如权利要求1或2任一项所述的装置，其特征在于，所述隔离电路(5)包括芯片A₈、电容C₈、电阻R₁₁、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄和电阻R₁₅；

所述电阻R₁₁的一端连接端子T₉，所述电阻R₁₁的另一端接电阻R₁₃的一端，所述电阻R₁₃的一端接所述芯片A₈的反相输入端，所述电阻R₁₃的另一端接所述芯片A₈的反馈电阻输入端；

所述电阻R₁₂的一端连接端子T₁₀，所述电阻R₁₂的另一端接所述电阻R₁₄的一端，所述电阻R₁₄的一端接所述芯片A₈的同相输入端，所述电阻R₁₄的另一端接所述芯片A₈的接地端，所述芯片A₈的输出端接所述电阻R₁₅的一端，所述电阻R₁₅的另一端与所述端子T₁₁连接，所述电容C₈的一端与所述端子T₁₁连接，所述电容C₈的另一端接所述芯片A₈的接地端，所述芯片A₈的接地端接地线GND2。

7.如权利要求1或2任一项所述的装置，其特征在于，所述电压/电流转换电路(6)包括运算放大器A₉、电压/电流转换芯片A₁₀、二极管D₁、滑动电阻R_P1、稳压二极管D₂和电容C₉；

所述运算放大器A₉的同相端A₉₊接所述端子T₁₁，所述运算放大器A₉的反相端A_9-连接所述运算放大器A₉的输出端U_O9，所述运算放大器A₉的输出端U_O9接所述电压/电流转换芯片A₁₀的输入端，所述电压/电流转换芯片A₁₀的微调端接所述滑动电阻R_P1的一端，所述滑动电阻R_P1的可调端接地线GND2，所述电压/电流转换芯片A₁₀的电源端接所述二极管D₁的负端，所述二极管D₁的正端接电源+U₃，所述电容C₉的一端接电源+U₃，所述电容C₉的另一端接所述稳压二极管D₂的正端，所述稳压二极管D₂的正端接地线GND3，所述稳压二极管D₂的负端接地线GND2。

8.如权利要求1或2任一项所述的装置，其特征在于，所述次级后续处理电路(8)包括运算放大器A₁₁、电阻R_M、电阻R₁₆、电阻R₁₇、电阻R₁₈、电阻R₁₉和电容C₁₁；

所述电阻R_M的一端接所述端子T₁₅，所述电阻R_M的另一端接所述端子T₁₆，所述电阻R₁₆的一端接所述端子T₁₅，所述电阻R₁₆的另一端接所述电容C₁₀的一端，所述电容C₁₀的一端接所述电阻R₁₇的一端，所述电容C₁₀的另一端接所述运算放大器A₁₁的输出端U_O11，所述电阻R₁₇的另一端接所述电容C₁₁的一端，所述电容C₁₁的一端接所述运算放大器A₁₁的同相端A₁₁+，所述电容C₁₁的另一端接地线GND3，所述电阻R₁₈的一端接地线GND3，所述电阻R₁₈的另一端接所述电阻R₁₉的一端，所述电阻R₁₉的一端接所述运算放大器A₁₁的反相端A_11－，所述电阻R₁₉的另一端接运算放大器A₁₁的输出端U_O11。