CN206210695U - 真空度测量用极微小离子电流检测系统 - Google Patents

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肖亚波
张圆圆
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Abstract

本实用新型公开了一种真空度测量用极微小离子电流检测系统，包括离子电流采集模块、信号调理模块、ARM处理、LCD显示单元和电源；离子电流采集模块将离子电流转化为电压信号，电压信号通过信号调理模块进入ARM处理器；LCD显示单元通过人机交互界面连接到ARM处理器；ARM处理器连接有存储器、报警电路及USB端口，ARM处理通过数据通信连接以太网接口、RS485串口和RS232串口，计算机通过以太网接口和RS485串口与ARM处理器连接。本实用新型采用LOG104对数放大器采集大动态微小离子电流，并将离子流转化成电压信号以便于调理和采集，可以有效规避因工况、外部测量条件影响以及不可拆卸带来的不便。

Description

真空度测量用极微小离子电流检测系统
技术领域
本实用新型属于大型机械设备检测领域，更具体地说，涉及一种真空度测量用极微小离子电流检测系统。
背景技术
随着我国电力系统配电网的发展，真空断路器以其结构简单，维护检修工作量少、使用寿命长，运行可靠、真空熄弧效果好，电弧不外露，同时其在真空环境下能够分断故障电流而不产生任何对环境有害的气体，不产生温室效应，并且还具有较低的导热系数，使得其已经广泛应用于在10kV、35kV低压和中压配电系统。其中真空灭弧室是真空断路器的核心部件，真空断路器的开断特性就取决于真空灭弧室的真空度。造成真空灭弧室真空度变化的主要原因有以下几个方面：
(1)焊接及材料漏气；
(2)绝缘外壳以及密封金属零件渗漏；
(3)结构材料的放气；
(4)蒸气和其他气体源。
真空度作为衡量真空水平的一种有效数据，从本质上来说是一定空间内的真空压强的体现，空间内气体含量越低器压强越小，则真空度越好，对于真空开关来说真空度越好使得真空断路器的性能、开断能力等主要指标水平越高。根据计算和实验检测，真空灭弧室不发生事故所允许的最大内部压强为1.33×10-2-1.33×10-5Pa，在此真空范围内气体碰撞的几率很小，真空断路器触头开断能力和触头间的绝缘恢复性能较好，真空灭弧室可以正常工作，灭弧室的性能和绝缘性能很大一部分取决于其内部真空度的高低，我国部标(JB)技术中规定其真空灭弧室内部压强允许的最大值为1.33×10-2Pa，而在国标(GB)中此数值为6.6×10-2Pa。
以脉冲磁控法检测真空断路器真空度其基本原理是将真空灭弧室的触头拉开一定距离，在触头间施加一脉冲电压，以便在其间产生一强电场，用带铁芯的开口形励磁线圈，它可以直接放在真空开关灭弧室的侧面，而不必将灭弧室从真空开关上拆下，实现不拆卸测量真空断路器真空度的目的。此时灭弧室内电子在强电场和磁场的共同作用下做螺旋运动，并与灭弧室内残余气体分子发生碰撞电离，电离出来的离子在电场内形成离子电流。理论和实验证明，此离子电流与残余气体密度近似成正比，通过测定离子电流，便可知道灭弧室内真空度。因此，开发一个能够精密检测该离子电流的系统，显得十分必要。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种真空度测量用极微小离子电流检测系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
设计一种真空度测量用极微小离子电流检测系统，包括离子电流采集模块、信号调理模块、ARM处理、用于显示测量结果的LCD显示单元和电源；真空灭弧室的离子电流通过同轴电缆以及SMA探头传输至所述离子电流采集模块，所述离子电流采集模块将离子电流转化为电压信号，电压信号通过所述信号调理模块进入ARM处理器；所述LCD显示单元通过人机交互界面连接到ARM处理器；所述ARM处理器连接有用于存储数据和信息的存储器、用于在测量真空度超出设定范围时发出警告信号的报警电路及USB端口，所述ARM处理通过数据通信连接以太网接口、RS485串口和RS232串口，计算机通过以太网接口和RS485串口与ARM处理器连接。
在上述技术方案中，所述离子电流采集模块为LOG104对数放大器。
在上述技术方案中，所述LOG104对数放大器包括对数晶体管、低漂移薄膜电阻、放大器、经过激光调整的内部电阻。
在上述技术方案中，所述信号调理模块包括滤波电路和放大电路。
实施本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统，具有以下有益效果：
本实用新型适用于脉冲磁控放电法离线检测真空断路器，其采用LOG104对数放大器采集大动态微小离子电流，并将离子流转化成电压信号以便于调理和采集，可以有效规避因工况、外部测量条件影响以及不可拆卸带来的不便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电路结构框图；
图2为本实用新型采集离子电流信号的流程示意图；
图3为本实用新型中LOG104对数放大器的原理图；
图4为本实用新型信号调理模块中滤波电路的电路示意图；
图5为本实用新型信号调理模块中放大电路的电路示意图；
图6为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电路示意图；
图7为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电路连接图；
图8为本实用新型实施例中报警电路的示意图；
图9为本实用新型实施例中LCD显示单元的接口电路图；
图10为本实用新型实施例中存储电路的示意图；
图11为本实用新型实施例中RS232通信接口电路图；
图12为本实用新型实施例中RS485通信接口电路图；
图13为本实用新型实施例中以太网通信接口电路图；
图14是本实用新型实施例中市电AC220V转±12V直流电的电源电路；
图15是本实用新型实施例中12V直流电转5V和3.3V直流电的电源电路。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1所示，本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统，包括离子电流采集模块、信号调理模块、ARM处理、用于显示测量结果的LCD显示单元和电源。电源为整个检测系统供电。
如图2所示，真空灭弧室的离子电流通过同轴电缆以及SMA探头传输至离子电流采集模块。离子电流采集模块采用LOG104对数放大器处理离子电流，此对数放大器的原理图如图3所示，LOG104对数放大器采用先进集成电路技术，将对数晶体管、低漂移薄膜电阻和放大器集成在一起，且内部电阻经过激光调整。LOG104对数放大器将大动态的电流进行压缩，达到测量要求的动态范围，兼具线性和对数放大的功能。用户无需调整，就能达到参数规定的运算精度，LOG104对数放大器将输入电流相对于一个基准电流进行对数或者对数比率运算，对输入信号在整个宽的动态范围(1μA～1mA)内测试。
离子电流采集模块将离子电流转化为电压信号。信号调理模块包括滤波电路和放大电路，如图4和图5所示，电压信号通过滤波电路和放大电路后得到0～3V的电压信号并进入ARM处理器，然后利用软件进行分析诊断。图6为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电路示意图，用LOG104对数放大器将动态离子电流转化为0～1.5V的电压信号；考虑到离子电离峰值出现在30kHz左右的频率，该电路设计了一个下限频为fL＝5kHz，上限频率为fL＝50kHz的巴特沃斯带通滤波器；考虑AD采样的精度，设计一个放大系数为2的同向放大器将电压信号放大到0～3V；然后经过单片机AD转换计算，即可提取出所测真空断路器真空度的情况。
LCD显示单元通过人机交互界面连接到ARM处理器；ARM处理器连接有用于存储数据和信息的存储器、用于在测量真空度超出设定范围时发出警告信号的报警电路及USB端口，ARM处理通过数据通信连接以太网接口、RS485串口和RS232串口，计算机通过以太网接口和RS485串口与ARM处理器连接。
图7为为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电路连接图，检测系统工作时，ARM处理器U8通过LCD Bus总线发送指令和数据到液晶显示屏使之显示，同时识别液晶屏的触摸信号。经过ARM处理器AD转化计算后与装置所存储的该型号标准真空度做比较，当所测真空度不符合标准时，U8通过Speaker启动图8中的蜂鸣器使之发出报警，并将报警状况和该型号真空断路器真空度数据显示在图9所示的人机交互界面，为了方便读取所测结果，可以将所测型号真空断路器和该型号断路器此时真空度的情况，可以将检测结果通过SD卡和USB接口电路进行存储，存储电路如图10所示。检测系统开启Web服务功能，便可将所检测的结果信息显示在同一局域网的每台计算机上，检测装置设计了RS232接口、RS485接口、以太网接口，方便打印机等外设接入，扩展系统性能，如图11-13所示。
图14-15为本实用新型真空度测量用极微小离子电流检测系统的电源电路，由于LOG104对数放大器需要±12V供电，于是设计了一个由市电AC220V转±12V电源电路，然后将12V的直流电经过稳压电路后分别得到5V和3.3V的直流电，用于为不同电平标准的芯片供电。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种真空度测量用极微小离子电流检测系统，包括离子电流采集模块、信号调理模块、ARM处理、用于显示测量结果的LCD显示单元和电源，其特征在于，真空灭弧室的离子电流通过同轴电缆以及SMA探头传输至所述离子电流采集模块，所述离子电流采集模块将离子电流转化为电压信号，离子电流通过所述信号调理模块进入ARM处理器；所述LCD显示单元通过人机交互界面连接到ARM处理器；所述ARM处理器连接有用于存储数据和信息的存储器、用于在测量真空度超出设定范围时发出警告信号的报警电路及USB端口，所述ARM处理通过数据通信连接以太网接口、RS485串口和RS232串口，计算机通过以太网接口和RS485串口与ARM处理器连接。
2.根据权利要求1所述的真空度测量用极微小离子电流检测系统，其特征在于，所述离子电流采集模块为LOG104对数放大器。
3.根据权利要求2所述的真空度测量用极微小离子电流检测系统，其特征在于，所述LOG104对数放大器包括对数晶体管、低漂移薄膜电阻、放大器、经过激光调整的内部电阻。
4.根据权利要求1所述的真空度测量用极微小离子电流检测系统，其特征在于，所述信号调理模块包括滤波电路和放大电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112017907A (zh) * 2020-08-13 2020-12-01 黄山学院 一种真空断路器真空度劣化非接触探测方法及其预警装置

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