CN114047436A - 一种高压开关触头缺陷监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压开关触头缺陷监测装置，中央处理单元是安装在壳体内，显示模块和打印机模块安装在壳体外，打印机模块、显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块、电源管理模块和采样放大电路均连接于中央处理单元，壳体上设置有传感器接口，传感器模块通过传感器接口连接采样放大电路。本发明有益效果：本发明设置有传感器模块，压力传感器、温度传感器和阻值测量传感器分别测量触头开关的压力、温度、阻值，利用这三个测量值进行仿真计算，给出开关工作状态，缺损情况分析结果，对比数据库进行判断开关是否维护检修，提高开关触头的缺陷监测准确率，提高监测效率。
Description
技术领域
本发明涉及开关触点检测技术领域,尤其是一种高压开关触头缺陷监测装置。
背景技术
目前针对高压开关触头缺陷监测大多数采用测量开关触头温度或监测开关触头压力等监测高压开关触头的缺陷，以上方式只很对开关工作状态的表现进行监测，监测的结果通过人为判断是否存在隐患，并不能将开关触头压力以及温度进行结合给出判断缺陷的标准，因此在实用过程中人为主观的判断并不能对开关缺陷有一个准确地标准。
1、如中国专利公开了一种隔离开关触头温度在线监测方法(申请号：CN201510856612.5)，包括以下步骤：a.获取隔离开关触头的发射率ε；b.监测上述隔离开关触头的辐射功率E，根据Stefan-BoLtzman定律：E＝εσT4计算得到隔离开关触头的绝对温度T，其中σ为Stefan-BoLtzman常数；c.对计算得到的隔离开关触头绝对温度T进行修正，得到隔离开关触头的温度监测值。发射率是固定值，在先获知发射率的情况下，只需实时监测隔离开关触头的辐射功率，即可计算、修正得到温度监测值，实时检测辐射功率不需要对隔离开关进行改造，成本低、可靠性高，便于在生产现场进行大面积的使用，可以及时发现运行状态下隔离开关触点温度升高的情况以便处理，降低安全隐患。
2、一种高压隔离开关在线监测系统(申请号：CN201720119205.0)，包括振动及温度采集单元、电机电流采集单元、转轴角度采集单元、视图采集单元、激光供能单元、装置端处理单元、服务器端处理单元、WEB服务器端以及后台显示单元，激光供能单元为振动及温度采集单元供电；还包括一烟雾传感器以及烟雾采集单元，角度传感器输出端连接转轴角度信号采集单元，所述装置端处理单元输出端连接抽氧机。通过振动加速度传感器、PT温度传感器、电流互感器、角度传感器、烟雾传感器分别采集高压隔离开关振动信号、触头温度信号、传动机构电机电流信号、转轴角度信号以及烟雾信号，并能在发生火灾时抽出箱体内部氧气，有效简化火势蔓延。
现有技术通常是单独监测开关触头的温度或开关触头的压力来得出监测结果，并不能将开关触头压力、温度及阻值进行结合给出判断缺陷的标准，并不能准确及时监测出高压开关触头缺陷问题。
因此，对于上述问题有必要提出一种高压开关触头缺陷监测装置。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种高压开关触头缺陷监测装置，以解决上述问题。
一种高压开关触头缺陷监测装置，包括壳体、中央处理单元、打印机模块、显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块、电源管理模块、采样放大电路和传感器模块，所述中央处理单元是安装在壳体内，所述显示模块和打印机模块安装在壳体外，所述打印机模块、显示模块、按键模块、时钟模块、存储模块、电源管理模块和采样放大电路均连接于中央处理单元，所述壳体上设置有传感器接口，所述传感器模块通过传感器接口连接采样放大电路。
优选地，所述传感器模块包括压力传感器、温度传感器和阻值测量传感器。
优选地，所述壳体外设置有充电口和电源开关，所述充电口和电源开关均连接电源管理模块。
优选地，所述壳体外设置有USB接口，所述USB接口连接存储模块。
优选地，所述显示模块采用人机交互界面显示屏。
优选地，所述采样放大电路包括采样芯片和放大器，所述采样芯片通过第六电阻连接放大器的同相输入端，所述采样芯片通过第四电阻分别连接传感器模块、第三电阻和第五电阻的一端，第三电阻的另一端连接mos管的漏极，所述第五电阻的另一端分别连接三极管的基极和通过第一电阻接地。
优选地，所述mos管的源极接地，所述mos管的删极分别连接三极管的集电极和通过第二电阻接电源，所述三极管的发射极接地。
优选地，所述放大器的同相输入端通过第七电阻接电源，所述放大器的反相输入端通过第八电阻接地，所述放大器的反相输入端与输出端之间连接有第九电阻。
与现有技术相比，本发明有益效果：本发明设置有传感器模块，压力传感器、温度传感器和阻值测量传感器分别测量触头开关的压力、温度、阻值，利用这三个测量值进行仿真计算，给出开关工作状态，缺损情况分析结果，对比数据库进行判断开关是否维护检修，提高开关触头的缺陷监测准确率，提高监测效率。
附图说明
图1是本发明的高压开关触头缺陷监测装置结构图；
图2是本发明的模块原理框图；
图3是本发明的采样放大电路结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1并结合图2至图3所示，一种高压开关触头缺陷监测装置，包括壳体1、中央处理单元2、打印机模块3、显示模块4、按键模块5、时钟模块6、存储模块7、电源管理模块8、采样放大电路9和传感器模块10，所述中央处理单元2是安装在壳体1内，所述显示模块4和打印机模块3安装在壳体1外，所述打印机模块3、显示模块4、按键模块5、时钟模块6、存储模块7、电源管理模块8和采样放大电路9均连接于中央处理单元2，所述壳体1上设置有传感器接口11，所述传感器模块10通过传感器接口11连接采样放大电路9。
进一步的，所述传感器模块10包括压力传感器12、温度传感器13和阻值测量传感器14。
采用进一步的技术方案有益效果：压力传感器12用于感应高压开关触头的压力变化，温度传感器13用于感应高压开关触头的温度变化，阻值测量传感器14用于感应高压开关触头阻值变化。
进一步的，所述壳体1外设置有充电口15和电源开关16，所述充电口15和电源开关16均连接电源管理模块8。
进一步的，所述壳体1外设置有USB接口17，所述USB接口17连接存储模块7。
进一步的，所述显示模块4采用人机交互界面显示屏。
采用进一步的技术方案有益效果：人机交互界面显示屏用于显示相关参数。
进一步的，所述采样放大电路9包括采样芯片U1和放大器Q1，所述采样芯片U1通过第六电阻R6连接放大器Q1的同相输入端，所述采样芯片U1通过第四电阻R4分别连接传感器模块、第三电阻R3和第五电阻R5的一端，第三电阻R3的另一端连接mos管Q2的漏极，所述第五电阻R5的另一端分别连接三极管Q3的基极和通过第一电阻R1接地。
进一步的，所述mos管Q2的源极接地，所述mos管Q2的删极分别连接三极管Q3的集电极和通过第二电阻R3接电源，所述三极管Q3的发射极接地。
进一步的，所述放大器Q1的同相输入端通过第七电阻R7接电源，所述放大器Q1的反相输入端通过第八电阻R8接地，所述放大器Q1的反相输入端与输出端之间连接有第九电阻R9。
采用进一步的技术方案有益效果：采样放大电路9将传感器信号采集放大后通过中央处理单元进行处理。
与现有技术相比，本发明有益效果：本发明设置有传感器模块10，传感器模块10包括压力传感器12、温度传感器13和阻值测量传感器14，压力传感器12、温度传感器13和阻值测量传感器14分别测量触头开关的压力、温度、阻值，利用这三个测量值进行仿真计算，给出开关工作状态，缺损情况分析结果，对比数据库进行判断开关是否维护检修，提高开关触头的缺陷监测准确率，提高监测效率。
工作原理：
监测时，将传感器模块(压力传感器12、温度传感器13和阻值测量传感器14)设置在高压开关触头处，然后通过电缆连接监测装置的传感器接口11，传感器接口11通过采样放大电路9与中央处理单元1连接，其中中央处理单元2利用测量算法对压力传感器12、温度传感器13和阻值测量传感器14反馈的压力、温度和阻值信号进行计算分析，通过显示模块4显示出来，也可以通过打印模块3将监测的数据打印出来，同时将监测的数据储存在储存模块7中，可利用U盘进行读取相关数据。
中央处理单元1主要是对温度及压力采样值进行带入计算处理，而接触阻值是一个选择条件进行判断，因为在温升的过程中有可能压力是够的，但收缩电阻及膜电阻过高而产生温升，如果接触电阻不在正常范围为内的话，压力不够而导致的接触电阻过高，产生温升；通过测量压力如果不在正常范围内，则考虑设备本身的收缩电阻和膜电阻过高。
触头温度过高---优先检测压力作为判断缺损状态----压力值在开关正常范围内则通过开关接触阻值进行判断开关缺损。
触头温度过高---优先检测压力作为判断缺损状态----压力值不在开关正常范围内则通过调节开关触指弹簧压力来解决开关缺损状态。
开关触指压力由于收到各种环境因素的影响，实际开关压力正常范围值跟出场给出的范围值是又较大出入的，因此，上面建立的数学模型可以准确的计算出在温升条件不同的时候开关触头压力的正常值。
其中压力测量算法的公式为：P＝I2Lρπσ/32λ(θm-θ0)；其中θm表示触头接触点温度，θ0表示触头本体温度，L表示劳伦兹常数，ρ表示触头材料在θ0时的电阻率，σ表示触头材料的流动极限(㎏/cm2),λ表示触头材料的热传导率，P表示触指接触压力，I表示开关容许电流。
上述公式测量结果是通过传感器模块(温度、压力、接触阻值三合一测量)，采集到开关触头工作状态参数，利用公式带入中央处理单元2自动计算，并给出开关缺损状态分析结果，这里开关接触阻值如果大于45μΩ，不管温度多少则判断开关收缩电阻和膜电阻过高，需要对开关触指接触面进行维护处理，同时通过带入公式计算出在不同环境下开关触头压力正常范围值与实际检测到的压力值进行对比，判断弹簧是否疲软压力减少。
开关触头压力一般分三种形式：点接触、先接触、面接触三种形式。点接触接触点少触指动触头与静触头接触面积小，接触阻值大，开关触头容易发热，线接触接触点较多，接触压强大接触点之间得到叫适当的配合，而面接触虽然接触面积大，接触的点也较多，但由于材质的不完全光滑平整，是的接触点配合并不合适，因此开关触点反而是线接触时，收缩电阻最小。这里是对开关接触点阻值及开关压力关系的一个计算公式：
收缩电阻Rs为
当开关压力一定时,单个接触点的受力f为：f面<f线<f点，则Rm面>Rm线>Rm点；因此接触电阻Rj＝Rs+Rm。
其中接触电阻公式：
其中K为接触系数,m为基础面形式，F为压力大小，其中接触面形式包括有点接触、线接触和面接触；点接触m＝0.5，线接触m＝0.75，面接触m＝0.8～0.95。
其中下表1为K接触系数表，不同材料接触系数不同；
开关触头的温升接触点温度要比触头本体温度要高，触头温升是触头接触点温度减去触头本体温度：
λρ＝LT
τj开关触头温升，L为洛伦兹常数(L＝2.4×10-8(V2/K2))，T为开关本体的绝对温度，I是电流，R为电阻，ρ触头材料在θ0时的电阻率，λ表示触头材料的热传导率；K为接触系数。
其中开关触头温升公式为：
其中下表2为接触电阻与压力的关系：
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：包括壳体(1)、中央处理单元(2)、打印机模块(3)、显示模块(4)、按键模块(5、时钟模块(6)、存储模块(7)、电源管理模块(8)、采样放大电路(9)和传感器模块(10)，所述中央处理单元(2)是安装在壳体(1)内，所述显示模块(4)和打印机模块(3)安装在壳体(1)外，所述打印机模块(3)、显示模块(4)、按键模块(5)、时钟模块(6)、存储模块(7)、电源管理模块(8)和采样放大电路(9)均连接于中央处理单元(2)，所述壳体(1)上设置有传感器接口(11)，所述传感器模块(10)通过传感器接口(11)连接采样放大电路(9)。
2.如权利要求1所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述传感器模块(10)包括压力传感器(12)、温度传感器(13)和阻值测量传感器(14)。
3.如权利要求1所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述壳体(1)外设置有充电口(15)和电源开关(16)，所述充电口(15)和电源开关(16)均连接电源管理模块(8)。
4.如权利要求1所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述壳体(1)外设置有USB接口(17)，所述USB接口(17)连接存储模块(7)。
5.如权利要求1所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述显示模块(4)采用人机交互界面显示屏。
6.如权利要求1所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述采样放大电路(9)包括采样芯片(U1)和放大器(Q1)，所述采样芯片(U1)通过第六电阻(R6)连接放大器(Q1)的同相输入端，所述采样芯片(U1)通过第四电阻(R4)分别连接传感器模块(10)、第三电阻(R3)和第五电阻(R5)的一端，第三电阻(R3)的另一端连接mos管(Q2)的漏极，所述第五电阻(R5)的另一端分别连接三极管(Q3)的基极和通过第一电阻(R1)接地。
7.如权利要求6所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述mos管(Q2)的源极接地，所述mos管(Q2)的删极分别连接三极管(Q3)的集电极和通过第二电阻(R3)接电源，所述三极管(Q3)的发射极接地。
8.如权利要求6所述的一种高压开关触头缺陷监测装置，其特征在于：所述放大器(Q1)的同相输入端通过第七电阻(R7)接电源，所述放大器(Q1)的反相输入端通过第八电阻(R8)接地，所述放大器(Q1)的反相输入端与输出端之间连接有第九电阻(R9)。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116660781A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-29 | 深圳市捷思特电子设备有限公司 | 一种户外用大功率双向快充移动电源测试系统 |
| CN117665400A (zh) * | 2023-12-05 | 2024-03-08 | 安徽农业大学 | 一种基于温度检测的开关触点接触电阻在线检测系统及方法 |
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2021
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| CN117665400B (zh) * | 2023-12-05 | 2024-05-24 | 安徽农业大学 | 一种基于温度检测的开关触点接触电阻在线检测系统及方法 |
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