CN113465683A - 一种测量电流、温度的复合型传感器 - Google Patents

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杨东升
武吉庆
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Abstract

本发明提供一种测量电流、温度的复合型传感器，包括外壳、设置在外壳中的电路板本体；电路板本体上设置有互相电性连接的电流测量单元、射频收发单元、供电单元、处理器单元和测温单元；电流测量单元包括互相电性连接的运算放大器、四个TMR传感器和RMS‑DC转换器；所述电路板本体的一面设置有互相电性连接的温度传感器、电流传感器和与温度传感器相适配的导热柱，所述电路板本体的另一面设置有互相电性连接的电池、开关模块、微处理器和射频收发器。通过本发明所述的测量电流、温度的复合型传感器，不仅能够同时对设备的负载电流和温度进行检测，而且还具备体积小巧、便于安装、能够降低成本的特点，且能够克服布线不方便的缺点。

Description

一种测量电流、温度的复合型传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种测量电流、温度的复合型传感器。
背景技术
高压开关柜是在电力系统中起通断、控制或者保护等作用的重要电气装置。设备在长期运行的过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位通常会因为老化或接触电阻过大而发热，甚至会造成安全事故。
然而单纯的测量温度，并不能全面有效的反映出设备状态，由于负载电流对温度变化有着重要的影响，故而可以通过对电流、温度进行双重测量的方式来对设备的状态进行监测。
当前对温度与电流数据的测量，需要利用到温度传感器、电流传感器两种类型的传感器，这不仅成本高，而且传统的电磁式电流传感器与电子式电流互感器体积笨重、不易安装，并且大部分为有线通信设备，布线极其不方便。
随着电力物联网和智能电网的快速发展，对传感器的需求越来越大，性能要求越来越高，成本要求的控制也越来越苛刻，是以传统且单一功能的传感器已经不能满足人们的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供一种测量电流、温度的复合型传感器，不仅能够同时对设备的负载电流和温度进行检测，而且还具备体积小巧、便于安装、能够降低成本的特点，且能够克服布线不方便的缺点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量电流、温度的复合型传感器，包括外壳、设置在外壳中的电路板本体；
所述电路板本体上设置有互相电性连接的电流测量单元、射频收发单元、供电单元、处理器单元和测温单元；
所述电流测量单元包括互相电性连接的运算放大器、四个TMR传感器和RMS-DC转换器；
所述电路板本体的一面设置有互相电性连接的温度传感器、电流传感器和与温度传感器相适配的导热柱，所述电路板本体的另一面设置有互相电性连接的电池、开关模块、微处理器和射频收发器。
进一步的，所述电池的电能容量为850mAh，输出电压为3.6V，正常工作温度范围为-40-130℃，年自放电率低于2%，最大持续放电电流为30mA，最大瞬时放电电流为100mA。
进一步的，所述温度传感器的温度测量范围为-40-125℃，免校准测量精度为±0.5℃，工作电流为1uA，休眠电流为0.1uA。
进一步的，所述电流传感器为采用推挽式惠斯通全桥结构设计的线性磁阻传感器，工作电流为16.7uA，非线性读数为1.2%FS，可测量为5-600的AC电流。
进一步的，所述微处理器的工作电压为1.7-3.6V，工作温度为-40-125℃，微处理器周期性地获取温度传感器与电流传感器参数，通过SPI协议与射频收发器进行无线通信。
进一步的，所述射频收发器采用LoRa调制方式的收发器，通信频率为470MHZ，电路板本体还集成了低噪声放大器，最高接收灵敏度为-148dBm，接收电流最低为4.2mA。
进一步的，所述电池为容量型超高温锂亚电池。
进一步的，所述外壳包括壳体、与壳体的背部可拆卸连接的后盖、设置在后盖上且与导热柱相适配的通孔、设置在壳体两个侧端的束带固定件和设置在壳体侧端的电源开关。
进一步的，所述外壳的型号为BD-14。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其一，同时采集电流、温度两个参数，不仅能够方便地满足电流和温度的数据采集需求，还能够降低成本。
其二，结构简单、安装方便。
其三，采用容量型超高温锂亚电池供电，无线通信，无需布线。
其四，采用超低功耗设计方案，传感器寿命长。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的电路板的背面示意图；
图3为本发明的电路板的正面结构示意图；
图4为本发明的结构示意图。
图中：1、电路板本体；2、温度传感器；3、电流传感器；4、导热柱；5、电池；6、开关模块；7、微处理器；8、射频收发器；9、壳体；10、后盖；11、通孔；12、束带固定件；13、电源开关。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种测量电流、温度的复合型传感器，包括外壳、设置在外壳中的电路板本体1；
所述电路板本体1上设置有互相电性连接的电流测量单元、射频收发单元、供电单元、处理器单元和测温单元；
所述电流测量单元包括互相电性连接的运算放大器、四个TMR传感器和RMS-DC转换器；
所述电路板本体1的一面设置有互相电性连接的温度传感器2、电流传感器3和与温度传感器2相适配的导热柱4，所述电路板本体1的另一面设置有互相电性连接的电池5、开关模块6、微处理器7和射频收发器8。
根据本发明的另一个实施例，所述电池5的电能容量为850mAh，输出电压为3.6V，正常工作温度范围为-40-130℃，年自放电率低于2%，最大持续放电电流为30mA，最大瞬时放电电流为100mA。
根据本发明的另一个实施例，所述温度传感器2的温度测量范围为-40-125℃，免校准测量精度为±0.5℃，工作电流为1uA，休眠电流为0.1uA。
根据本发明的另一个实施例，所述电流传感器3为采用推挽式惠斯通全桥结构设计的线性磁阻传感器，工作电流为16.7uA，非线性读数为1.2%FS，可测量为5-600的AC电流。
根据本发明的另一个实施例，所述微处理器7的工作电压为1.7-3.6V，工作温度为-40-125℃，微处理器7周期性地获取温度传感器2与电流传感器3参数，通过SPI协议与射频收发器8进行无线通信。
根据本发明的另一个实施例，所述射频收发器8采用LoRa调制方式的收发器，通信频率为470MHZ，电路板本体1还集成了低噪声放大器，最高接收灵敏度为-148dBm，接收电流最低为4.2mA。
根据本发明的另一个实施例，所述电池5为容量型超高温锂亚电池。
根据本发明的另一个实施例，如图4所示，所述外壳包括壳体9、与壳体9的背部可拆卸连接的后盖10、设置在后盖10上且与导热柱4相适配的通孔11、设置在壳体9两个侧端的束带固定件12和设置在壳体9侧端的电源开关13。
根据本发明的另一个实施例，所述外壳的型号为BD-14。
本发明的工作原理：通过束带固定件12的配合，便可将装置固定到待进行温度与电流测量的电缆上，之后就可以通过电源开关13、开关模块6的配合启动装置，并通过电路板本体1、电流测量单元、射频收发单元、供电单元、处理器单元、测温单元、温度传感器2、线性磁阻传感器、导热柱4、电池5、微处理器7，对电缆的电流和温度进行监测，并通过射频收发器8将监测结果传输给终端。通过束带固定件12的配合，不仅能能够方便快速将装置固定到装置上，还具有牢固的固定效果，此外，还能够适用于对多种尺寸规格的电缆的固定需求，从而提高装置的适用性；且不需通过外接电路为装置进行供电，故而能够够克服布线极其不方便的缺陷。
电流传感器3采用线性磁阻传感器，无需要笨重的聚磁结构，采用两个线性磁阻电路板本体1组合的方式即可实现测量精度高，精度高，结构简单的要求。
电池5采用容量型超高温锂亚电池，在-40-125℃范围内均可以正常工作，超越了常规电池85℃的极限，更适合应用在开关柜等环境恶劣的场景；各个电路模块，在保证性能的基础上，采用低功耗设计，极大的延长了传感器的使用寿命；采用LoRa调制方式的无线收发器，解决了传统无线通信方式在开关柜内传输距离不够和传输速率不能兼顾的问题。
在保证数据实时性的基础上，利用休眠机制，极大延长了传感器寿命。
本申请所述的技术方案，利用载波监听方式，最大限度的解决无线电之间的串扰问题；采用国网软件加密技术，实现了无线电报文的加密传输，保证了数据的通信安全；数据传输中增加了令牌机制，防止恶意入侵篡改数据。
目前市场上都是单温度、单电流的传感器，并没有复合型传感器；本申请所述的技术方案，采用线性磁阻传感器的测电流方案、以及可消除干扰的电路设计，不仅能够方便地对电流、温度进行测量，还具有测量精度高、体积小、安装方便、功耗低的优势。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：包括外壳、设置在外壳中的电路板本体(1)；
所述电路板本体(1)上设置有互相电性连接的电流测量单元、射频收发单元、供电单元、处理器单元和测温单元；
所述电流测量单元包括互相电性连接的运算放大器、四个TMR传感器和RMS-DC转换器；
所述电路板本体(1)的一面设置有互相电性连接的温度传感器(2)、电流传感器（3）和与温度传感器(2)相适配的导热柱(4)，所述电路板本体(1)的另一面设置有互相电性连接的电池(5)、开关模块(6)、微处理器(7)和射频收发器(8)。
2.如权利要求1所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述电池（5）的电能容量为850mAh，输出电压为3.6V，正常工作温度范围为-40-130℃，年自放电率低于2%，最大持续放电电流为30mA，最大瞬时放电电流为100mA。
3.如权利要求2所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述温度传感器(2)的温度测量范围为-40-125℃，免校准测量精度为±0.5℃，工作电流为1uA，休眠电流为0.1uA。
4.如权利要求3所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述电流传感器（3）为采用推挽式惠斯通全桥结构设计的线性磁阻传感器，工作电流为16.7uA，非线性读数为1.2%FS，可测量为5-600的AC电流。
5.如权利要求4所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述微处理器(7)的工作电压为1.7-3.6V，工作温度为-40-125℃，微处理器(7)周期性地获取温度传感器与电流传感器（3）参数，通过SPI协议与射频收发器(8)进行无线通信。
6.如权利要求5所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述射频收发器(8)采用LoRa调制方式的收发器，通信频率为470MHZ，电路板本体(1)还集成了低噪声放大器，最高接收灵敏度为-148dBm，接收电流最低为4.2mA。
7.如权利要求1所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述电池（5）为容量型超高温锂亚电池。
8.如权利要求1-7任一项所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述外壳包括壳体(9)、与壳体(9)的背部可拆卸连接的后盖(10)、设置在后盖(10)上且与导热柱(4)相适配的通孔(11)、设置在壳体(9)两个侧端的束带固定件(12)和设置在壳体(9)侧端的电源开关(13)。
9.如权利要求1-7任一项所述的测量电流、温度的复合型传感器，其特征在于：所述外壳的型号为BD-14。
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