CN110670076A - 一种高度集成的恒电位仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高度集成的恒电位仪，包括参比电极、输出电极、采样电路、RISC微处理器、输出控制电路和触摸显示屏；所述RISC微处理器依次通过输出控制电路、功率模块与输出电极电连接；所述参比电极用于检测被防护体处的参比电位；所述输出电极用于使得被防护体处产生一电位值；所述采样电路，用于采集输出电极处的电位或电流；所述RISC微处理器，根据接收到的参比电位和输出电位来控制功率模块传输至输出电极的电位大小。本发明的高度集成的恒电位仪通过采用RISC微处理器来进行闭环负反馈电路控制，其相对于现有采用运算放大器组成的闭环负反馈电路具有控制精度高、可靠性好、响应快，并同时支持功能扩展和LCD触屏操作的优点。
Description
技术领域
本发明涉及管道防腐技术领域，尤其涉及一种高度集成的恒电位仪。
背景技术
恒电位仪是一种能够根据给定和反馈信号自动控制并调整输出的大功率工业电源，是埋地或水下金属构件实施外加电流阴极保护的主要设备。其工作原理是：整流输出一定的直流极化电流给被保护物(如埋地管线)，通过测量参比电极测量通电点电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流输出，使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。
但是现有的恒电位仪功能较为单一，为了进行更多种类的数据测量，需要安装匹配其他的仪器来进行测量，这就会使得整体的安装成本以及测量成本进一步提高；因此，设计一种综合性能强、集成化更高的恒电位仪成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高度集成的恒电位仪，其能进一步提升恒电位仪的控制精度、响应速度和功能扩展。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种高度集成的恒电位仪，包括参比电极、输出电极、采样电路、RISC微处理器、功率模块和触摸显示屏；所述参比电极、采样电路、输出控制电路和触摸显示屏均与RISC微处理器电连接，所述RISC微处理器依次通过输出控制电路、功率模块与输出电极电连接；
所述参比电极用于检测被防护体处的参比电位，并将检测到的参比电位传输给RISC微处理器；所述输出电极包括阴极和阳极，所述阴极与被防护体电连接，用于使得被防护体处产生一电位值；
所述采样电路，用于采集输出电极处的电位或电流，并将采集到的输出电位传输到RISC微处理器；所述RISC微处理器，根据接收到的参比电位和输出电位来控制功率模块传输至输出电极的电位大小。
进一步地，所述RISC微处理器为DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PARISC、PowerArchitecture和SPARC中的任意一种。
进一步地，还包括温度传感器和报警模块，所述温度传感器用于将检测到功率模块处的温度传输至RISC微处理器，所述RISC微处理器用于判断接收到的检测温度是否超过报警温度，如果超过报警温度，则控制报警模块进行报警。
进一步地，还包括干扰电压模块，所述干扰电压模块设置于参比电极与零位接阴端之间，且所述干扰电压模块为50Hz、70V干扰电压。
进一步地，还包括与RISC微处理器电性连接的GPS模块，所述GPS模块用于根据用户设定的通断时序进行断续输出以实现对油气管道CIPS密间隔电位测试。
进一步地，所述恒电位仪采用μC\OS系统或者是WINCE系统。
进一步地，还包括与RISC微处理器电性连接的通信模块，所述恒电位仪通过通信模块与外部上位机或者服务器进行通信。
进一步地，所述通信模块为GPRS模块、3G模块、4G模块、WiFi模块、RS485、RS232中的一种。
进一步地，所述RISC微处理器还用于实现电位插值计算，当检测到参比电极失效或者故障时，根据系统保存的通、断电电位和输出电流的关系曲线来计算当前需要输出的电流以避免被保护体的过保护或欠保护。
进一步地，还包括与RISC微处理器电性连接的电位调节模块，所述电位调节模块用于调节输出电位的大小，且恒电位在-3000mV～+3000mV范围内连续可调。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的高度集成的恒电位仪通过采用RISC微处理器来进行闭环负反馈电路控制，其相对于现有采用运算放大器组成的闭环负反馈电路具有控制精度高、可靠性好、响应快，并同时支持功能扩展和LCD触屏操作的优点。
附图说明
图1为本发明的高度集成的恒电位仪的电路原理框图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种高度集成的恒电位仪，包括参比电极、输出电极、采样电路、RISC微处理器、功率模块和触摸显示屏；所述参比电极、采样电路、输出控制电路和触摸显示屏均与RISC微处理器电连接，所述RISC微处理器依次通过输出控制电路、功率模块与输出电极电连接；
所述参比电极用于检测被防护体处的参比电位，并将检测到的参比电位传输给RISC微处理器；所述输出电极包括阴极和阳极，所述阴极与被防护体电连接，用于使得被防护体处产生一电位值；
所述采样电路，用于采集输出电极处的电位或电流，并将采集到的输出电位传输到RISC微处理器；所述RISC微处理器，根据接收到的参比电位和输出电位来控制功率模块传输至输出电极的电位大小。
所述RISC微处理器为DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PARISC、PowerArchitecture和SPARC中的任意一种。本实施例的智能恒电位仪的主控板采用RISC(ReducedInstruction Set Computing)微处理器，即精简指令集微处理器，相对于现有采用运算放大器组成的闭环负反馈电路控制，微处理器控制精度高、可靠性好、响应快，同时支持功能扩展和LCD触屏操作。通过采用RISC微处理器能够使得该恒电位仪扩展功能更为丰富。
更为优选地，可以对恒电位仪的整个使用状态进行温度监测，其还包括温度传感器和报警模块，所述温度传感器用于将检测到功率模块处的温度传输至RISC微处理器，所述RISC微处理器用于判断接收到的检测温度是否超过报警温度，如果超过报警温度，则控制报警模块进行报警。通过采用温度预警使得该恒电位仪能够产生更准确的。
更为优选地，还包括干扰电压模块，所述干扰电压模块设置于参比电极与零位接阴端之间，且所述干扰电压模块为50Hz、70V干扰电压。还包括与RISC微处理器电性连接的GPS模块，所述GPS模块用于根据用户设定的通断时序进行断续输出以实现对油气管道CIPS密间隔电位测试。
更为优选的，所述恒电位仪采用μC\OS系统或者是WINCE系统。WINCE平台的控制系统：Windows Embedded Compact的缩写，是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统。
更为优选的，还包括与RISC微处理器电性连接的通信模块，所述恒电位仪通过通信模块与外部上位机或者服务器进行通信。目前使用的普通恒电位仪只有最基本的控制功能，正常工作中，将其放在室内，由室内人员通过有线控制的方式将有关技术参数电信号传递到地下管道和测试桩上；尤其是当管理人员在对恒电位仪中的各项技术参数进行管理的时候，需要亲自前往恒电位仪放置的位置进行相应的调整。由于实际运行中的地下管网分布距离长远，给日常管理运行造成了诸多不便，既耗费大量的时间、管理人员也无法实时的了解恒电位仪的各项参数值，根本无法实现远距离的监控和保证设备正常运行。故而在本实施例中设置了通信模块，所述通信模块为GPRS模块、3G模块、4G模块、WiFi模块、RS485、RS232中的一种。通过采用无线通信的方式使得用户能够接收来自恒电位仪的原始数据，
除了上述功能外，本实施例的恒电位仪还可以实现电位插值计算，所述RISC微处理器还用于实现电位插值计算，当检测到参比电极失效或者故障时，根据系统保存的通、断电电位和输出电流的关系曲线来计算当前需要输出的电流以避免被保护体的过保护或欠保护。新型智能恒电位仪具有通、断电电位-电流插值计算功能，当选择该功能时，恒电位仪进入通、断电电位-电流插值计算模式，产品按一定的梯度变化输出电压，并测试输出电流和被保护对象电位的关系，彻底解决储罐外底板阴极保护系统外接参比失效时，恒电位仪无法正常工作或出现过保护风险。
本实施例的恒电位仪可以应用于埋地金属管道、油气储罐外底板、电站水冷却系统、船舶、海洋平台水下部分及其他可以施加外加电流阴极保护的设备或构筑物等地方。
本实施例的恒电位仪具有以下优点：控制功能全面、依据实测电位/电流曲线的通断电电位测算功能、工业触屏操作简便、支持全系列功率部件(高频开关、可控硅)、高抗干扰能力、通信与控制系统兼容性、高可靠性、长寿命。
与现有的恒电位仪的对比表：
具体的，本实施例的恒电位仪其各项具体技术性能参数如下：
环境条件：
1)工作温度：-15℃～+75℃
2)储存环境温度：-40℃～+55℃
3)相对湿度：20％～90％RH
4)大气压力：86KPa～106Kpa。
仪器额定输出电压和输出电流：
1)产品规格可根据要求而定
2)输出电压、输出电流范围：输出电压的可调范围不窄于1％额定输出电压，输出电流的可调范围不窄于1％额定输出电流。额定输出值可根据用户要求而定。
软启动：仪器具有软启动功能；开机时，输出电流缓慢增加，直至达到预控值，无冲击电流现象。
有多种运行模式：
1)恒电位运行模式、恒电流运行模式、手动模式、中断模式、GPS中断模式；
2)恒电流手动调节运行模式：手动连续可调(该模式下，可手动选择测量保护对象通断电位/输出电流曲线，实现在恒电流模式下，具备测算保护对象通断电电位功能)；
3)恒电位运行模式：恒电位控制范围可在-3000mV～+3000mV范围内连续可调；
4)恒电位精度：不大于5mV；
5)保护电位漂移：仪器在额定状态下连续工作24h，保护电位值变化不大于5mV；
6)当参比电极失效或仪器内部自控线路损坏等原因使仪器不能恒电位时，仪器自动切换至恒电流工作状态；
7)可手动设定输出的恒电流值；
8)恒电流设定范围：恒电流方式工作时，控制电流可在1％～100％额定输出的范围内连续可调；
过流、断电、过热保护
1)当输出电流为102％～110％额定输出电流值时，仪器自动进入限流工作状态，并发出声光报警
2)当参比开路报警超过20秒后，仪器自动切换至恒电流工作状态
3)内置的温度传感器探测到功率部件超出设定报警温度，启动报警，同时限制或关断输出，保护恒电位仪。
断电测试功能：
1)具有手动控制阴极保护工作状态的功能，即连续供电工作状态和测试期间间歇供电(通12s，断3s)工作状态。
2)GPS同步中断模式
可依据GPS卫星授时信号，依据用户设定的通断时序进行断续输出，满足油气管道CIPS密间隔电位测试需求；
显示功能
1)采用高精度AD转换器，可分别测量输出电压、输出电流、管地(保护)电位、交流干扰电位。
2)可监测交流输入电压。
防雷保护
1)仪器的输入、输出端装有防雷击保护电路，并符合IEC1024的规定。
1)在仪器输出阳极端，输出阴极端相对接地端引入幅度为15～20kV，重复周期为1～5S，脉冲宽度为25mS的脉冲波，时间为1min，仪器能正常工作。
2)阳极线、阴极线之间：限幅电压为：100～150V；过压通流容量10KA(8×20μS)，漏电流≤20mA。
3)阳极线、零位线之间：限幅电压为：100～150V；过压通流容量10KA(8×20μS)；漏电流≤20mA。
4)参比、零位线之间：限幅电压为5V；过压通流容量54A(10×1000μS)；漏电流小于0.3μA(3V)。
参比信号抗干扰能力
1)抗交流干扰特性：在“参比电极”端子与“零位接阴”端子之间加入50Hz、70V干扰电压，保护电位值的变化不大于5mV；
2)抗瞬间干扰：参比输入端瞬间承受1000V过电后，仪器仍能正常工作。
通讯功能
(1)支持MODBUS RTU工业标准通信协议，并可根据客户需求定制通信协议；
(2)支持GPRS/3G/4G、WiFi、RS485/232多种通信方式，并兼容当前其他主流数据通信单元。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，包括参比电极、输出电极、采样电路、RISC微处理器、功率模块和触摸显示屏；所述参比电极、采样电路、输出控制电路和触摸显示屏均与RISC微处理器电连接，所述RISC微处理器依次通过输出控制电路、功率模块与输出电极电连接；
所述参比电极用于检测被防护体处的参比电位，并将检测到的参比电位传输给RISC微处理器；所述输出电极包括阴极和阳极，所述阴极与被防护体电连接，用于使得被防护体处产生一电位值；
所述采样电路，用于采集输出电极处的电位或电流，并将采集到的输出电位传输到RISC微处理器；所述RISC微处理器，根据接收到的参比电位和输出电位来控制功率模块传输至输出电极的电位大小。
2.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，所述RISC微处理器为DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PARISC、PowerArchitecture和SPARC中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，还包括温度传感器和报警模块，所述温度传感器用于将检测到功率模块处的温度传输至RISC微处理器，所述RISC微处理器用于判断接收到的检测温度是否超过报警温度，如果超过报警温度，则控制报警模块进行报警。
4.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，还包括干扰电压模块，所述干扰电压模块设置于参比电极与零位接阴端之间，且所述干扰电压模块为50Hz、70V干扰电压。
5.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，还包括与RISC微处理器电性连接的GPS模块，所述GPS模块用于根据用户设定的通断时序进行断续输出以实现对油气管道CIPS密间隔电位测试。
6.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，所述恒电位仪采用μC\OS系统或者是WINCE系统。
7.如权利要求1所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，还包括与RISC微处理器电性连接的通信模块，所述恒电位仪通过通信模块与外部上位机或者服务器进行通信。
8.如权利要求7所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，所述通信模块为GPRS模块、3G模块、4G模块、WiFi模块、RS485、RS232中的一种。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，所述RISC微处理器还用于实现电位插值计算，当检测到参比电极失效或者故障时，根据系统保存的通、断电电位和输出电流的关系曲线来计算当前需要输出的电流以避免被保护体的过保护或欠保护。
10.如权利要求1-8中任意一项所述的一种高度集成的恒电位仪，其特征在于，还包括与RISC微处理器电性连接的电位调节模块，所述电位调节模块用于调节输出电位的大小，且恒电位在-3000mV～+3000mV范围内连续可调。
Priority Applications (1)
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| CN201910910375.4A CN110670076A (zh) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 一种高度集成的恒电位仪 |
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Publications (1)
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| CN (1) | CN110670076A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111501049A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-07 | 青岛雅合科技发展有限公司 | 恒电位仪通断测试工作方法 |
| CN113957445A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-21 | 天津哈德韦尔智慧物联科技有限公司 | 一种双向输出快速响应恒电位仪 |
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2019
- 2019-09-25 CN CN201910910375.4A patent/CN110670076A/zh active Pending
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| CN113957445A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-21 | 天津哈德韦尔智慧物联科技有限公司 | 一种双向输出快速响应恒电位仪 |
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