CN212567718U - 一种荧光光纤测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种荧光光纤测温装置，解决现有测温方式测量结果不准确、易出现误报以及会导致测温设备烧坏和人员触电危险的问题。该荧光光纤测温装置包括测温探头、转接组件、壳体、测温单元和测温控制单元；转接组件的一端与测温探头连接，另一端与测温单元连接，测温单元与测温控制单元连接，测温控制单元设置在壳体内，对测温单元输出的数据进行处理和显示；测温探头包括测温光纤、第一光纤护套、应力消除护套、第一光纤接头、尾柄插芯和贯通器；转接组件包括转接光纤、第二光纤护套和第二光纤接头。

Description

一种荧光光纤测温装置

技术领域

本实用新型涉及光纤测温领域，具体涉及一种荧光光纤测温装置。

背景技术

油浸式变压器是输配电系统的关键设备，变压器的安全运行和使用寿命取决于绕组的安全可靠运行。油浸式变压器长期工作在高电压、大电流、强磁场的工作环境中，运行过程中会持续发热。变压器温度每升高6℃，变压器老化速度加倍，工作寿命减半。因此，准确的测量变压器绕组温度非常重要。

变压器油面测温产品针对油浸式变压器的特点而设计,能保证设备的安全运行，延长设备的使用寿命，及时判断设备的实际负荷能力，最大程度发挥输配电潜能以提高设备的经济效益。目前，市场中油浸式变压器油温测量主要采用金属铂电阻测温方式或油囊间接测温的方式。

第一种金属铂电阻测温，当PT100在0摄氏度时，阻值为100欧姆，随着温度上升，其阻值会匀速有规律的增长。此种测量方式中，铂电阻PT100 能够与变压器油直接接触，但存在一个难以解决的问题，测温探头1的绝缘性难以保证。变压器工作时的高电压大电流会对铂电阻产生影响，探测器会出现误报问题。此外，如果变压器出现漏电故障，采用铂电阻PT100测温时会导致测温设备烧坏和人员触电危险。

第二种是液体测温，液体测温应用范围较广，其利用一根毛细管把温度探头和感压原件相连接，探头里的液体温度与变压器一致，根据热胀冷缩，通过毛细管对感压原件产生一个压力。感压原件测定压力，再由转换原件把压力转换为温度值。该种测温方式由于采用的是热胀冷缩原理，不是直接测量油温，导致了测温结果的不准确性，只能得到大致的温度,这对变压器的工作和保护不利。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有测温方式测量结果不准确、易出现误报以及会导致测温设备烧坏和人员触电危险的问题，提供一种荧光光纤测温装置。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现。

一种荧光光纤测温装置，包括测温探头、转接组件、壳体、测温单元和测温控制单元；所述测温探头安装在被测装置内部，所述转接组件的一端与测温探头连接，另一端与测温单元连接，所述测温单元设置在壳体内，且与测温控制单元连接，将测温探头采集的数据传输至测温控制单元，所述测温控制单元设置在壳体内，对测温单元输出的数据进行处理和显示；所述测温探头包括测温光纤、第一光纤护套、应力消除护套、第一光纤接头、尾柄插芯和贯通器；所述应力消除护套设置在贯通器右侧的凹槽内，所述第一光纤接头和尾柄插芯设置在贯通器左侧的凹槽内，且尾柄插芯设置在第一光纤接头的内部；所述测温光纤的一端粘结有荧光材料，且套装在第一光纤护套内，另一端穿过应力消除护套、贯通器后设置在尾柄插芯内；所述转接组件包括转接光纤、第二光纤护套和第二光纤接头；所述第二光纤接头设置在转接光纤的两端，且与第一光纤接头配合连接；所述转接光纤设置在第二光纤护套内，其两端分别穿过第二光纤接头与测温探头、测温控制单元连接。

进一步地，所述第二光纤护套的外部还套装有波纹管，能够对转接光纤的长度进行调节。

进一步地，所述转接组件还包括防水接头和接头帽；所述第二光纤接头设置在防水接头和接头帽连接后形成的腔体内，对第二光纤接头进行密封保护。

进一步地，所述第二光纤接头和防水接头之间设置有防水垫圈，对转接光纤进行密封。

进一步地，所述贯通器的左侧凹槽内设置有内螺纹，所述防水接头上设置有外螺纹，所述贯通器和防水接头通过内螺纹和外螺纹配合连接。

进一步地，所述贯通器和防水接头的螺纹连接处设置有密封圈。

进一步地，所述第一光纤接头和第二光纤接头均为ST连接头。

进一步地，所述测温控制单元包括MCU板、显示模块和继电器模块；所述显示模块、继电器模块均与MCU板连接；所述测温单元4将测温探头1测得的温度数据传输给MCU板，并通过显示模块显示；所述MCU板输出控制信号，通过继电器模块触发与被测元器件相关的外部设备动作。

进一步地，所述测温控制单元还包括蜂鸣器和LED灯，测量温度超出设置的报警阈值时，MCU板输出相应的控制信号给蜂鸣器和LED灯。

进一步地，所述测温控制单元还包括以太网模块和/或485模块，用于实现 MCU板与上位机通信。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本实用新型荧光光纤测温装置的整体防护性很好，具有很强的防水、防尘特性，使光纤整体、光纤接头不受环境影响，保证测温的准确性。

2.本实用新型提供的荧光光纤测温装置可实现快速测温和准确测温，温度判断速度快，最快能做到mS级别，测温的精确度高，能做到±1℃之内。

3.本实用新型提供的荧光光纤测温装置采用光纤测温，光纤采用玻璃芯制成，具有很好的绝缘性，还能够不受变压器工作时产生的强磁场、高电压、大电流的干扰，使得测量结果较为准确。

4.本实用新型荧光光纤测温装置在现场时无需校准，产品在出厂前已经通过温度标定。

5.本实用新型提供的荧光光纤测温装置集成度较高，集成了就地显示、 485通讯、具有远程控制功能、具有继电器接点功能，LED灯报警、蜂鸣器报警、现场可设置报警与跳闸温度。

附图说明

图1为本实用新型荧光光纤测温装置的安装示意图；

图2为本实用新型荧光光纤测温装置的结构示意图；

图3为本实用新型测温探头的结构示意图；

图4为本实用新型转接组件的结构示意图；

图5为本实用新型测温探头和转接组件的连接示意图；

图6为本实用新型测温控制单元的原理示意图。

附图标记：1-测温探头，2-转接组件，3-壳体，4-测温单元，5-测温控制单元，6-防水转接接头，11-测温光纤，12-第一光纤护套，13-应力消除护套，14-第一光纤接头，15-尾柄插芯，16-贯通器，17-密封圈，21-转接光纤， 22-第二光纤护套，23-第二光纤接头，24-波纹管，25-防水接头，26-接头帽， 27-防水垫圈，31-空气开关，32-接线端子，33-导轨，34-胶木固定板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

荧光光纤测温基于稀土荧光物质的材料特性实现，当这种稀土敏感材料在受光激励后，敏感材料中的电子吸收光子从低能级跃迁到激发态高能级，从高能级返回到低能级的辐射跃迁时，发出荧光。激励光消除后的持续荧光发射依赖于激发态的寿命。该发射通常以指数的形式衰落，指数衰落的时间常数可以用于测量激发态的寿命，该寿命称为荧光寿命，荧光寿命的长短决定于温度的高低。应用该方法测温的最大优点是被测目标的温度只取决于荧光材料的时间常数特性，而与其他变量无关。因此相对于其他测温方法具有明显的优势，具有互换性高、稳定性好、无需标定、寿命长等优点。

如图1和图2所示，本实用新型提供的荧光光纤测温装置包括壳体3(IP等级IP66)、测温探头1、转接组件2、测温单元4和测温控制单元5。测温探头1 用于探测油浸式变压器内部的温度，转接组件2的一端与测温探头1连接，另一端与测温单元4连接，测温单元4设置在壳体内，且与测温控制单元5连接，将测温探头1采集的数据处理后传输至测温控制单元5，该测温单元4具体为光电解调模块，具体可采用申请号为2019100987444中的光电解调模块。同时，转接组件3穿过壳体时，具体可通过防水转接接头6实现与壳体的连接。测温控制单元5设置在壳体3内，对测温单元4输出的数据进行处理和显示。壳体3 内设置有胶木固定板34、导轨33、二次接线端子32和空气开关31，空气开关 31将荧光光纤测温装置和外部电源进行连接，二次接线端子32设置在导轨33 上，导轨33设置在胶木固定板34上，胶木固定板34固定设置在壳体3底板上。

如图3所示，测温探头1包括测温光纤11、第一光纤护套12、应力消除护套13(Bootforφ3mm Tubing)、第一光纤接头14、尾柄插芯15和贯通器16。应力消除护套13设置在贯通器16右侧的凹槽内，第一光纤接头14和尾柄插芯 15设置在贯通器16左侧的凹槽内，且尾柄插芯15设置在第一光纤接头14的内部；测温光纤11的一端粘结有荧光材料(在光纤顶部涂覆稀土荧光物质)，且套装在第一光纤护套12内，另一端穿过应力消除护套13、贯通器16后设置在尾柄插芯15内。

测温探头1中，PFA材质的第一光纤护套12内嵌玻璃多芯光纤，玻璃多芯光纤采用涂粉工艺，且光纤端面采用精抛光工艺。光纤头部由SC金属插芯为连接方式。不锈钢贯通器16与变压器测温点连接方式为螺纹连接，加附硅胶垫以保障气密性。贯通器16内部有耐温密封胶加固SC插芯与内壁。

本发明测温光纤11的外部设置有第一光纤护套12，第一光纤护套12用于保护测温光纤11，第一光纤护套12的PFA材质绝缘耐高温，防止光纤损坏和变压器油腐蚀。应力消除护套13位于不锈钢贯通器和光纤测点之间，将第一光纤护套12锁紧固定并进一步提供保护，防止变压器油的渗漏。

如图4所示，转接组件2包括转接光纤21、第二光纤护套22和第二光纤接头23。第二光纤接头23设置在转接光纤21的两端，且与第一光纤接头14配合连接；转接光纤21设置在第二光纤护套22内，其两端分别穿过第二光纤接头 23与测温探头1、测温控制单元5连接。第二光纤护套22的外部套装有波纹管 24，能够对转接光纤21的长度进行调节，实现不同距离的测量，同时保护转接光纤21，防止其损坏，还能够防尘、防虫、防水，避免阳光直射导致的减缓老化现象。

为实现在油浸式变压器内部等较恶劣环境下的测量，转接组件2还包括防水接头25和接头帽26(双端M18*1.5不锈钢防水帽)，第二光纤接头23设置在防水接头25和接头帽26连接后形成的腔体内，对第二光纤接头23进行密封保护。第二光纤接头23和防水接头25之间设置有防水垫圈27，对转接光纤21进行再次密封。第一光纤接头14和第二光纤接头23均可为ST连接头，连接处通过使用防水连接头保护。

如图5所示，贯通器16的左侧凹槽内设置有内螺纹，防水接头25上设置有外螺纹，贯通器16和防水接头25通过内螺纹和外螺纹配合连接，为了实现连接处的可靠密封，贯通器16和防水接头25的螺纹连接处设置有密封圈17。

如图6所示，测温控制单元5包括MCU板、显示模块、蜂鸣器、LED灯、继电器模块、以太网模块和485模块；显示模块、继电器模块均与MCU板连接；测温单元4将测温探头1测得的温度数据传输给MCU板，并通过显示模块显示；MCU板输出控制信号，通过继电器模块触发与被测元器件相关的外部设备动作，同时，继电器实现失电报警功能(接点输出上电常开，断电常闭)。测量温度超出设置的报警阈值时，MCU板输出相应的控制信号给蜂鸣器和LED灯；以太网模块和485模块实现MCU板与上位机通信，实现远距离传输。

设备采用交流AC220V供电，激发光通过转接光纤21传输到测温探头1，激发荧光物质产生荧光，荧光余晖被接收电路处理转换为温度数据，MCU单元将温度分别在数码管显示、通过485端口(采用modbus协议且具有远程控制风机功能)、4-20mA端口向外传输，同时MCU单元根据温度数据控制继电器模块动作、LED灯亮灭、蜂鸣器报警功能。

本实用新型荧光光纤测温装置的测温探头1和转接光纤21在施工现场进行连接，并采用防水接头25保护，转接光纤21的另一端能很方便连接在壳体3上。整体防护性很好，具有很强的防水、防尘特性，使光纤整体、光纤接头不受环境影响，保证测温的准确性。

本实用新型荧光光纤测温装置除了在油浸式变压器上使用外，在电力行业中有极为广泛的应用空间。其他行业也有着较为广泛的应用，如火车特殊部位测温与保护，航空航天中一些部件的温度快速测量和保护等。

下面本实用新型荧光光纤测温装置和现有测温装置的特点进行描述。

本实用新型荧光光纤测温装置采用光纤测温，光纤采用玻璃芯制成，具有较好的绝缘性能，还能够不受变压器工作时产生的强磁场、高电压、大电流的干扰。PT100铂电阻测温则必须考虑到如何保护才行，另外抗干扰也是铂电阻测温的弊端之一。毛细管测温在耐压性方面也不如光纤测温。同时由于内部存在金属机械件，在抗干扰部分也存在问题，易受强磁场、高电压、大电流的干扰。

本实用新型荧光光纤测温装置可实现快速测温和准确测温，温度判断速度快，最快能做到mS级别，测温精确度高，能做到±1℃之内。铂电阻测温的速度较慢，精度在±3℃之内。毛细管测温的速度较快，因为温度变化液体体积就随之变化，所以温度响应较为灵敏，但起做不到mS级别的响应，另外测温精度在±1.5℃内。

本实用新型荧光光纤测温装置的集成度高，集成了就地显示、485通讯、 4-20mA功能，其提供4组干接点，同时具有远程控制、装置失电报警、LED 灯报警、蜂鸣器报警等功能，现场可设置报警与跳闸温度。铂电阻测温和毛细管测温都需要测温元件、温度转换器、温度传感器、远方显示器等设备才能组成系统工作现场安装较为复杂，而荧光光纤测温则相对简单，只需要安装测温光纤11到变压器本体，固定好转接光纤21即可。

本实用新型荧光光纤测温装置在现场不需要校准，产品在出厂前已通过温度标定，设备在现场免标定。铂电阻测温和毛细管测温都需要在一定期限后进行温度标定和校准。同时，光纤头的老化速率远低于铂电阻测温和毛细管测温方式的测温元件，使得光纤测温的寿命比铂电阻测温和毛细管测温较长。

Claims (10)

1.一种荧光光纤测温装置，其特征在于：包括测温探头(1)、转接组件(2)、壳体(3)、测温单元(4)和测温控制单元(5)；

所述测温探头(1)安装在被测装置内部，所述转接组件(2)的一端与测温探头(1)连接，另一端与测温单元(4)连接，所述测温单元(4)设置在壳体(3)内，且与测温控制单元(5)连接，将测温探头(1)采集的数据传输至测温控制单元(5)，所述测温控制单元(5)设置在壳体(3)内，对测温单元(4)输出的数据进行处理和显示；

所述测温探头(1)包括测温光纤(11)、第一光纤护套(12)、应力消除护套(13)、第一光纤接头(14)、尾柄插芯(15)和贯通器(16)；所述应力消除护套(13)设置在贯通器(16)右侧的凹槽内，所述第一光纤接头(14)和尾柄插芯(15)设置在贯通器(16)左侧的凹槽内，且尾柄插芯(15)设置在第一光纤接头(14)的内部；所述测温光纤(11)的一端粘结有荧光材料，且套装在第一光纤护套(12)内，另一端穿过应力消除护套(13)、贯通器(16)后设置在尾柄插芯(15)内；

所述转接组件(2)包括转接光纤(21)、第二光纤护套(22)和第二光纤接头(23)；所述第二光纤接头(23)设置在转接光纤(21)的两端，且与第一光纤接头(14)配合连接；所述转接光纤(21)设置在第二光纤护套(22)内，其两端分别穿过第二光纤接头(23)与测温探头(1)、测温控制单元(5)连接。

2.根据权利要求1所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述第二光纤护套(22)的外部还套装有波纹管(24)，能够对转接光纤(21)的长度进行调节。

3.根据权利要求2所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述转接组件(2)还包括防水接头(25)和接头帽(26)；所述第二光纤接头(23)设置在防水接头(25)和接头帽(26)连接后形成的腔体内，对第二光纤接头(23)进行密封保护。

4.根据权利要求3所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述第二光纤接头(23)和防水接头(25)之间设置有防水垫圈(27)，对转接光纤(21)密封。

5.根据权利要求3或4所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述贯通器(16)的左侧凹槽内设置有内螺纹，所述防水接头(25)上设置有外螺纹，所述贯通器(16)和防水接头(25)通过内螺纹和外螺纹配合连接。

6.根据权利要求5所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述贯通器(16)和防水接头(25)的螺纹连接处设置有密封圈(17)。

7.根据权利要求6所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述第一光纤接头(14)和第二光纤接头(23)均为ST连接头。

8.根据权利要求7所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述测温控制单元(5)包括MCU板、显示模块和继电器模块；所述显示模块、继电器模块均与MCU板连接；

所述测温单元(4)将测温探头(1)测得的温度数据传输给MCU板，并通过显示模块显示。

9.根据权利要求8所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述测温控制单元(5)还包括蜂鸣器和LED灯，测量温度超出设置的报警阈值时，MCU板输出相应的控制信号给蜂鸣器和LED灯。

10.根据权利要求9所述荧光光纤测温装置，其特征在于：所述测温控制单元(5)还包括以太网模块或485模块，用于实现MCU板与上位机通信。

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