CN110554070A - 一种结露传感器及其制备的结露检测装置和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种结露传感器及其制备的结露检测装置和检测方法。结露传感器包括检测电极对,检测电极对由第一电极组和第二电极组构成,第一电极组和第二电极组中包括呈梳齿状排列的多个平行电极,第一电极组和第二电极组中的平行电极交错排列,各相邻的平行电极等间隔排布,间距小于2mm;所述第一电极组接地,第二电极组的端部连接射频发射电路;第一电极组和第二电极组之间电连接有串联的两个检测电阻,两个检测电阻的中间点作为输出点,检测电路检测输出点的电压值,并根据电压值判断设备结露情况。利用该结露传感器制备的检测装置具有精度高,误报率低,可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种结露传感器及其制备的结露检测装置和检测方法。
背景技术
在电力系统中,各类开关柜、补偿柜等柜式设备大量使用,这些柜式设备都是在环境复杂的作业现场使用。设备内部在湿度较高的情况下可能会形成结露;根据测算,当结露产生的液滴尺寸大于2mm的时候,液滴就有可能滴落,滴落的液滴可能会对设备造成短路等电气安全事故,影响电力系统的正常运行。为了解决这个问题,技术人员通过各类检测元件对设备结露进行预测,并结合除湿系统对设备内部进行除湿,降低高湿环境下结露问题造成的危害。
现有技术中的结露检测器主要包括三类:第一种是温湿度传感器,这种传感器结合温湿度数据进行统计和运算,对结露的风险进行预判,从而提供结露预警;这种技术的缺陷在于:结露条件不仅受到温度和湿度条件的影响;还受到空气中微粒含量,传感器的检测精度,以及其它多种环境因素的影响,因此这种预判的准确性相对降低。
第二种是平行电极式传感器,这类传感器可以通过固定间距的平行电极检测结露液滴的尺寸,平行电极与直流电源连接,当液滴尺寸大于平行电极间距时,电路导通,液滴尺寸小于平行电极间距时,电路断开。因此这种传感器对液滴的检测较为准确。但是,这种传感器要求平行电极直接暴露于空气中,平行电极在使用过程中容易被腐蚀,从而影响传感器的检测,传感器的耐候性差,使用寿命较低。另外,灰尘和其它微粒附着在平行电极上之后,也会对传感器的检测精度造成影响。
第三种是电容式传感器,这类传感器的检测电极也属于平行电极,平行电极构成平行板电容器,电容式传感器通过检测液滴造成的检测电容的电容值变化,来判断设备的结露情况。中国发明专利申请授权公告号CN106526711B公开的一种雨雪露霜检测仪中,雨雪传感器和露霜传感器均属于这一种传感器。由于该传感器中平行电极可以进行涂膜防护,因此电容式传感器的耐候性好于平行电极式传感器。
但是,电容式传感器检测过程中,检测电容的变化主要取决于平行电极之间液滴的总体积,而不是单个液滴的大小;如果空气湿度较大,能够形成丰富的小液滴,那么即使小液滴无法形成可滴落的液滴,电容式传感器也会进行预警,从而产生误报。因此电容式传感器对设备结露的预警精度也相对较低。
发明内容
针对现有技术中的问题,本发明的目的是设计一个新的技术方案,提供一种结露传感器及其制备的结露检测装置和检测方法,该传感器和检测装置克服了上述技术方案的缺陷。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:
一种结露传感器,结露传感器包括检测电极对,检测电极对由第一电极组和第二电极组构成,第一电极组和第二电极组中包括呈梳齿状排列的多个平行电极,第一电极组和第二电极组中的平行电极交错排列,各相邻的平行电极等间隔排布,间距小于2mm;所述第一电极组的端部与地线连接,第二电极组的端部连接射频发射电路;第一电极组和第二电极组之间电连接有两个串联的检测电阻,两个检测电阻的中间点作为输出点,输出到检测电路,检测电路检测输出点的电压值。
优选地,两个检测电阻的性能参数相同;检测电阻选择具有负温度系数特性的电阻。
使用参数完全相同的电阻更便于进行检测输出;具有负温度系数特性的电阻能够避免温漂对测量结果的影响,使得传感器的可靠性更高。
优选地,检测电极对中,相邻两平行电极的间距为0.5mm-1.5mm。
为了有效防止结露的滴落,可以将检测液滴尺寸的平行电极的间距适当降低至液滴滴落的临界尺寸以下。
优选地,检测电极对表面设置防护贴膜或涂布有耐候性防护涂料,膜层材料为绝缘性材料,膜层厚度小于两相邻平行电极间距的1/100。
涂膜防护能够有效提高检测电极对在复杂工况下的耐候性能,提高传感器的可靠性和使用寿命。
进一步地,本发明还涉及一种使用前述结露传感器制备的结露检测装置,该结露检测装置包括结露传感器和警报器,警报器与检测电路之间通过解调器电连接,警报器对检测电路的输出结果进行响应。
一种使用前述结露检测装置的检测方法,包括如下过程:
S1:干燥状态下,结露传感器的检测电路测得的输出电压Uo不小于阈值U0(Uo>1/5Ui,U0是在无液滴状态下Uo的最小值,Ui为射频发射电路的输入电压),此时警报器处于静默状态C0;
S2:轻微结露的潮湿状态下,结露传感器的平行电极间产生液滴,且液滴尺寸小于平行电极间距,检测电路测得的输出电压Uo位于阈值U1-U2之间(U2<U0,U2≤1/10Ui),此时警报器处于预警状态C1;
S3:结露状态下,结露传感器上的液滴尺寸大于或等于平行电极间距,检测电路测得的输出电压Uo不大于阈值U3(U3≤1/20Ui),此时警报器处于警报状态C2。
本发明具有如下的有益效果:
1、该型结露传感器由检测电极对、地线、射频发射电路、检测电阻和检测电路构成;该结露传感器不仅能够检测设备是否发生结露现象,而且能够对结露产生的液滴尺寸进行分辨,具有更高的检测精度,可以显著减少结露预警的误报率。
2、该型结露传感器的检测电极对可以进行覆膜防护,结露传感器的耐候性能更强,使用寿命更长,可靠性更高。
3、该型结露传感器的电路设计相对简单,通过照相制版的技术制成印刷电路元件,还能够显著降低生产成本,适用于进行大规模推广应用,经济效益较高。
4、利用该结露传感器制备的结露检测装置,可以对检测结果中不同的阈值进行区分,从而准确分辨出设备结露的状况。在干燥状态下保持静默;在轻微水雾、水汽状态下产生预警信号;在结露情况具有滴落风险时,发出警报信号;从而便于除湿设备及时工作,对安全隐患进行排除。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本实施例中结露传感器的结构示意图;
图2是本实施例中结露检测装置的模块连接图;
图3是本实施例中结露检测装置工作方法的逻辑示意图;
图中标记为:1、检测电极对;2、地线;3、射频发射电路;4、检测电阻;5、检测电路;6、解调器;7、警报器;11、第一电极组;12、第二电极组。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上;术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电路连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示,本实施例提供了一种结露传感器,结露传感器包括检测电极对1,检测电极对1由第一电极组11和第二电极组12构成,第一电极组11和第二电极组12中包括呈梳齿状排列的多个平行电极,第一电极组11和第二电极组12中的平行电极交错排列,各相邻的平行电极等间隔排布,间距小于2mm;所述第一电极组11的端部与地线2连接,第二电极组12的端部连接射频发射电路3;第一电极组11和第二电极组12之间电连接有两个串联的检测电阻4,两个检测电阻4的中间点作为输出点,输出到检测电路5,检测电路5检测输出点的电压值。
本实施例中,两个检测电阻4的性能参数相同;检测电阻4选择具有负温度系数特性的电阻。
使用参数完全相同的电阻更便于进行检测输出;具有负温度系数特性的电阻能够避免温漂对测量结果的影响,使得传感器的可靠性更高;在元器件选择时,可以对标称的电阻进行进一步的性能检测,从而挑选出性能参数最接近的一对产品作为检测电阻使用。
本实施例中,检测电极对1中,相邻两平行电极的间距为0.5mm-1.5mm。
为了有效防止结露的滴落,可以将检测液滴尺寸的平行电极的间距适当降低至液滴滴落的临界尺寸以下。
本实施例中,检测电极对1表面设置防护贴膜或涂布有耐候性防护涂料,膜层材料为绝缘性材料,膜层厚度小于两相邻平行电极间距的1/100。
涂膜防护能够有效提高检测电极对1在复杂工况下的耐候性能,提高传感器的可靠性和使用寿命。
该型结露传感器的工作原理为:检测电极对1中相邻的两个平行电极构成平行板天线阵列,当射频发射电路3在第一电极组11上产生高频电磁波时,电磁波穿透相邻电极之间的空气,被第二电极组12接收,第一电极组11和第二电极组12之间存在电压差,检测电路5可以利用检测电阻4检测到第一电极组11和第二电极组12之间的电压差。从而根据电压差的数值,判断检测电极对1表面是否产生液滴,以及液滴的尺寸大小是否达到滴落的临界条件。
如图2所示,本实施例还涉及一种使用前述结露传感器制备的结露检测装置,该结露检测装置包括结露传感器和警报器7,警报器7与检测电路5之间通过解调器6电连接,警报器7对检测电路5的输出结果进行响应。
在电路设计中,检测电路5可与解调器6进行电连接,从而对检测电路5的输出电压进行解析,再输出给警报器7。警报器7可包括频闪灯、蜂鸣器等元器件,针对不同的检测结果,通过频闪或蜂鸣对管理人员进行提示。解调器6还可以和除湿系统的控制器电连接,从而及时将警报信息反馈给设备的除湿系统,使得除湿系统在需要时及时开启,消除设备的结露警报。
如图3所示,本实施例中结露检测装置的检测方法,包括如下过程:
S1:干燥状态下,结露传感器的检测电路5测得的输出电压Uo不小于阈值U0(Uo>1/5Ui,U0是在无液滴状态下Uo的最小值,Ui为射频发射电路的输入电压),此时警报器7处于静默状态C0;
S2:轻微结露的潮湿状态下,结露传感器的平行电极间产生液滴,且液滴尺寸小于平行电极间距,检测电路5测得的输出电压Uo位于阈值U1-U2之间(U2≤U0,U2≤1/10Ui),此时警报器7处于预警状态C1;
S3:结露状态下,结露传感器上的液滴尺寸大于或等于平行电极间距,检测电路5测得的输出电压Uo不大于阈值U3(U3≤1/20Ui),此时警报器7处于警报状态C2。
由于结露产生的液滴发生滴落的临界尺寸为2mm左右,本发明中将检测电极对1中相邻的平行电极间隔设置为小于2mm,优选为5-1.5mm。
在本实施例中,干燥状态下,检测电极对1上无液滴聚集,根据大量实验统计发现,此时检测电路5检测到的第一电极组11和第二电极组12间的电压差约为射频发射电路3输入电压Ui的1/5,设置此时最小的电压阈值为U0,当检测电路5得到的输出电压值Uo不小于U0,可判断空气湿度很低,设备上完全无液滴产生,警报器7在该状态下保持静默。
当检测电极对1表面产生液滴聚集,且液滴尺寸小于相邻平行电极间距时,此时的液滴对射频信号的发射和接收影响相对较小。此时检测电路5测得的输出电压位于U1和U2之间,U1和U2是经过大量实验统计得到的预先设定的电压阈值,该区间会触发警报器7的预警信号,提醒用户设备存在水雾和部分结露状况;但是,此时结露的液滴不会发生滴落,因此对设备的影响相对较小,可以不对设备进行除湿。
当检测电极对1上产生结露的液滴尺寸等于或大于相邻平行电极间距时,液滴会跨越两个平行电极,第一电极组11、第二电极组12和液滴之间构成了谐振回路,射频电磁波的空间传导阻抗迅速降低,射频信号形成谐振短路,检测电阻4上输出的电压会接近于0,此时,第一电极组11和第二电极组12间的最大电压差为U3,U3是根据大量试验测试统计得到的值,当检测电路5检测到的输出电压Uo不大于阈值U3时,可认为结露的液滴尺寸大于可滴落的临界值,此时警报器7发出结露警报。该信息反馈给除湿系统后,除湿系统工作,将设备内部的水汽排出,从而避免对设备安全造成危害。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种结露传感器,其特征在于:所述结露传感器包括检测电极对,检测电极对由第一电极组和第二电极组构成,第一电极组和第二电极组中包括呈梳齿状排列的多个平行电极,第一电极组和第二电极组中的平行电极交错排列,各相邻的平行电极等间隔排布,间距小于2mm;所述第一电极组的端部与地线连接,第二电极组的端部连接射频发射电路;第一电极组和第二电极组之间电连接有两个串联的检测电阻,两个检测电阻的中间点作为输出点,输出到检测电路,检测电路检测输出点的电压值。
2.根据权利要求1所述的一种结露传感器,其特征在于:所述两个检测电阻的性能参数相同;检测电阻选择具有负温度系数特性的电阻。
3.根据权利要求1所述的一种结露传感器,其特征在于:所述检测电极对中,相邻两平行电极的间距为0.5mm-1.5mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种结露传感器,其特征在于:所述检测电极对表面设置防护贴膜或涂布有耐候性防护涂料,膜层材料为绝缘性材料,膜层厚度小于两相邻平行电极间距的1/100。
5.一种使用权利要求1所述结露传感器制备的结露检测装置,包括结露传感器,其特征在于:还包括警报器,所述警报器与检测电路之间通过解调器电连接,警报器对检测电路的输出结果进行响应。
6.一种如权利要求5所述的结露检测装置的检测方法,其特征在于:包括如下过程:
S1:干燥状态下,结露传感器的检测电路测得的输出电压Uo不小于阈值U0,此时警报器处于静默状态C0;
S2:轻微结露的潮湿状态下,结露传感器的平行电极间产生液滴,且液滴尺寸小于平行电极间距,检测电路测得的输出电压Uo位于阈值U1-U2之间,此时警报器处于预警状态C1;
S3:结露状态下,结露传感器上的液滴尺寸大于或等于平行电极间距,检测电路测得的输出电压Uo不大于阈值U3,此时警报器处于警报状态C2。
7.根据权利要求6所述的一种结露检测装置的检测方法,其特征在于:所述S1中,Uo>1/5Ui;U0是在无液滴状态下Uo的最小值,U0是经过试验统计得到的经验定量值。
8.根据权利要求6所述的一种结露检测装置的检测方法,其特征在于:所述S2中, U2<U0,U2≤1/10Ui;U1、U2是经过试验统计得到的经验定量值。
9.根据权利要求6所述的一种结露检测装置的检测方法,其特征在于:所述S3中,U3≤1/20Ui;U3是经过试验统计得到的经验定量值。
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