CN219914513U - 复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置，用于蓄电池电解液参数监测，复合传感器包括：位于蓄电池外的上筒体，插入蓄电池电解液中的下筒体，安装在上筒体内的电路板，设置在上筒体上与电路板连接的电连接器，设置在下筒体上的温度探头、密度探头和液位探头，以及与密度探头连接输出光信号的传输光纤；温度探头设置在下筒体的侧壁，下筒体设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔分别供密度探头和液位探头伸出下筒体与电解液接触，温度探头、液位探头均与电路板电性连接。本实用新型利用一体化集成密度探头、液位探头、温度探头实现核级蓄电池电解液密度、液位及温度等参数一体化监测，有效反映电池的真实情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及蓄电池在线监测设备技术领域，尤其涉及一种复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置。
背景技术
目前市面上蓄电池在线监测装置主要是对富液式蓄电池进行在线监测，且在线监测参数主要集中在电压、本体温度、内阻等，而不具备针对核级蓄电池电解液的密度、液位及温度的在线监测。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，本实用新型提供了一种复合传感器，用于蓄电池电解液参数监测，所述复合传感器包括：位于所述蓄电池外的上筒体，插入所述蓄电池电解液中的下筒体，安装在所述上筒体内的电路板，设置在所述上筒体上与所述电路板连接的电连接器，设置在所述下筒体上的温度探头、密度探头和液位探头，以及与所述密度探头连接输出光信号的传输光纤；
所述温度探头设置在所述下筒体的侧壁，所述下筒体设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别供所述密度探头和所述液位探头伸出所述下筒体与所述电解液接触，所述温度探头、所述液位探头均与所述电路板电性连接。
进一步的，所述上筒体与所述下筒体之间设置有将所述复合传感器安装于所述蓄电池的开口处的安装接口。
进一步的，所述下筒体为圆柱状，所述上筒体的尺寸大于所述下筒体的尺寸。
进一步的，所述安装接口包括若干在所述下筒体侧壁设置的凸条，所述凸条的上表面为向所述上筒体一侧倾斜的倾斜面；
在所述凸条与所述安装接口之间还设有密封垫圈。
进一步的，所述上筒体、所述下筒体和所述安装接口由耐酸复合塑料制造而成。
进一步的，所述密度探头采用光纤传感器，所述液位探头采用光电液位开关，所述温度探头采用半导体式温度传感器。
第二方面，本实用新型提供了一种核级蓄电池电解液在线监测装置，包括至少一个如上述任一项所述的复合传感器及监测主机；
所述监测主机包括计算机、光解调仪及现场总线，所述计算机与所述光解调仪连接，所述光解调仪通过所述传输光纤与所述密度探头连接，所述计算机通过所述现场总线与所述电连接器连接。
进一步的，当所述复合传感器的数量大于一个时，不同复合传感器之间通过所述现场总线串联。
进一步的，所述监测主机还包括显示器，所述显示器与所述计算机连接。
进一步的，所述装置还包括传感器电源线以及为所述复合传感器供电的传感器电源模块，所述传感器电源模块通过所述传感器电源线与所述电连接器连接。
实施本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型利用一体化集成密度探头、液位探头、温度探头实现核级蓄电池电解液密度、液位及温度等参数一体化监测，有效反映电池的真实情况。
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：
图1是本实用新型一实施例提供的复合传感器的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本实用新型一实施例中的密度测量系统的示意图；
图4是本实用新型一实施例中的电路板的平面图；
图5是本实用新型一实施例的核级蓄电池电解液在线监测装置的示意图；
其中，10、复合传感器，101、上筒体，102、下筒体，103、电连接器，104、密度探头，105、液位探头，106、传输光纤，107、安装接口，1071、凸条，1072、密封垫圈，20、监测主机，201、计算机，202、光解调仪，203、现场总线，204、显示器，205、传感器电源线，206、传感器电源模块。
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。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”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、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，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”、“第三”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
本实用新型实施例提供的复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置适用于蓄电池电解液参数监测，尤其适用于核级蓄电池电解液的参数监测，能够测量出核级蓄电池电解液中的温度信息、液位信息、密度信息。
如图1所示，本实用新型实施例公开了一种复合传感器10，用于蓄电池电解液参数监测。该复合传感器10包括：位于蓄电池外的上筒体101，插入蓄电池电解液中的下筒体102，安装在上筒体101内的电路板(图中未示出)，设置在上筒体101上与电路板连接的电连接器103，设置在下筒体102上的温度探头(图中未示出)、密度探头104和液位探头105，以及与密度探头104连接输出光信号的传输光纤106；
温度探头设置在下筒体102的侧壁，下筒体102设有第一通孔(图中未示出)和第二通孔(图中未示出)，第一通孔和第二通孔分别供密度探头104和液位探头105伸出下筒体102与电解液接触，温度探头、液位探头105均与电路板电性连接。
具体地，复合传感器10安装在蓄电池的盖板上，用于对蓄电池的密度、液位、温度进行测量。上筒体101内安装电路板的区域高于蓄电池母排，不会与蓄电池的电极、母排干涉。传输线缆、传输光纤106都在上筒体101安装，复合传感器10外部有充足的布线空间。
电连接器103的实际数量根据需求而定。在本实施例中，电连接器103的数量为2个。两个电连接器103可设置在上筒体101的同一个侧壁上，或者上筒体101的相对侧壁分别设置一个电连接器103。两个电连接器103可分别连接外部装置，以实现复合传感器10与外部装置通信。可以理解的是，当其中一个电连接器103作为输入接口时，另一个电连接器103作为输出接口。这两个电连接器103都可实现接入外部电源或者CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网)通信的功能，且电连接器103并不限制于仅实现上述提及的功能。
上筒体101内安装电路板，电路板能够控制复合传感器10进行测量、运算和对外通信。电路板主要包括电源模块、采集与计算模块、通信模块。其中，电源模块的功能是将外部输入的24V电源，通过隔离电源模块，转换为5V的稳定直流电源，电源模块的电压等级为1000V以上，其外围器件包括熔丝、稳压管、滤波器等器件，从而保证电路板的电源品质。采集与计算模块的核心器件是ARM(Advanced RISC Machines，高级精简指令集处理器)，通过其数字IO接口获取温度探头和液位探头105的数据，与通信模块进行信息交互，并可根据外部传输过来的指令进行相应操作，采集与计算模块的外围电路包括硬件看门狗器件，当ARM的软件死机时，看门狗能发送复位信号，使ARM重启。通信模块用于完成复合传感器10的对外通信，采用CAN2.0协议，其CAN通信电路包括专用的隔离CAN通信模块、滤波器、防浪涌二极管。电路板可通过传输线缆与电连接器103连接。
本实用新型实施例利用一体化集成密度探头、液位探头、温度探头实现核级蓄电池电解液密度、液位及温度等参数一体化监测，有效反映电池的真实情况。
进一步的，密度探头104采用光纤传感器，液位探头105采用光电液位开关，温度探头采用半导体式温度传感器。
具体地，温度探头设置在下筒体102的侧壁底部，用于实现电解液的温度测量，并将实时测量的温度数据传递给电路板。温度探头采用成熟的半导体式温度传感器，进行防腐保护措施后即可应用于核级蓄电池。温度传感器是常用的数字温度传感器，其输出为数字信号，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强和精度高的优点。可选地，温度传感器的型号为18B20。
液位探头105采用光电液位开关，与电解液直接接触，对蓄电池的液位过低点进行监测，其输出的信号是液位过低和液位正常两种状态，液位探头105将测量的电解液液位状态数据发送给电路板。光电液位开关是光电式液位传感器，具有反应灵敏、测量精度高、不受环境干扰的优势。可选地，光电式液位传感器的型号为LLC200D3。电路板接收温度数据和液位信息确定电解液当前的温度状态及液位状态。
密度探头104与电解液直接接触，并通过传输光纤106输出光信号至外部装置。如图3所示，密度探头104是光纤传感器，可由密度探头104、光纤传输回路和光解调仪组成密度测量系统。需要说明的是，本领域技术人员可采用现有技术手段实现光纤传输回路，本实用新型不予具体限定。可选地，光纤传感器的型号为FU-65X。密度探头104与光解调仪之间通过传输光纤106来传输信号。密度探头104浸入电解液中，会携带电解液的折射率和密度信息，为了准确计算密度，利用光解调仪对光谱信息进行采集。其中，光解调仪进行的是波长解调，其原理是采用可调谐激光器作为输出光，经光分路器到达光纤光栅传感器阵列，反射光再经分路器送至光电探测器。只有当反射光波长与可调谐滤波器的波长相同时，才能通过滤波器被探测器接收，根据“可调谐滤波器波长——探测器功率”的对应关系计算出传感光栅的波长位置。
经过实验，本实施例中复合传感器10的测量范围和精度为：
表1复合传感器10的性能指标
进一步的，如图4所示，电路板中开了一个槽，便于传输光纤106穿过电路板，与位于电路板下方的密度探头104连接。
本实用新型实施例基于核电厂实际情况，通过引入光纤传感、半导体式传感、光电液位开关、一体化集成等技术实现核级蓄电池电解液密度、液位及温度等参数一体化的在线监测，有效反映出在运电池的真实情况，对于电池的状态预测和智能诊断至关重要。除此之外，该技术将能减少核电大量维修人员的工作量，满足核电厂智能、高效和安全运行的需求。
由于复合传感器10是插入蓄电池使用，且蓄电池内的空间有限，为了复合传感器10在监测过程中能够稳定使用，稳固卡在被测蓄电池盖板上方，在本实用新型的一实施例中，下筒体102为圆柱状，上筒体101的尺寸大于下筒体102的尺寸。可以理解的是，下筒体102的长度根据被测蓄电池的深度确定。
在本实用新型的一实施例中，上筒体101与下筒体102之间设置有将复合传感器10安装于蓄电池的开口处的安装接口107，以实现复合传感器10在蓄电池的开口处的限位。
进一步的，上筒体101、下筒体102和安装接口107由耐酸复合塑料制造而成。由于核级蓄电池具有腐蚀性，考虑到复合传感器10的下筒体102是浸入电解液中来进行测量，容易受到腐蚀而损坏，从而增加复合传感器10的使用成本。上筒体101和下筒体102是一体组件，故复合传感器10主体结构(上筒体101、下筒体102和安装接口107)均采用耐酸复合塑料，如此复合传感器10既不会受电解液腐蚀，也不会对蓄电池本身及其化学反应产生影响。示例性的，耐酸复合塑料包括但不限于PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PVC(Polyvinylchloride，聚氯乙烯)、ABS塑料(Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)。
进一步的，如图1和图2所示，安装接口107包括若干在下筒体102侧壁设置的凸条1071，凸条1071的上表面为向上筒体101一侧倾斜的倾斜面，在凸条1071与安装接口107之间还设有密封垫圈1072。具体地，复合传感器10的下筒体102伸入蓄电池上盖板的开口后旋转90°，即可固定在蓄电池上的专用卡口上，通过密封垫圈1072变形产生预紧力，使复合传感器10在振动环境下不会松动，以实现密封和限位。
第二方面，如图5所示，本实用新型实施例公开了一种核级蓄电池电解液在线监测装置，包括至少一个如上述任一项所述的复合传感器10及监测主机20；
监测主机20包括计算机201、光解调仪202及现场总线203，计算机201与光解调仪202连接，光解调仪202通过传输光纤106与密度探头104连接，计算机201通过现场总线203与电连接器103连接。
具体地，监测主机20的功能是对复合传感器10进行控制，对传复合传感器10的测量数据进行搜集和分析，并与外部其他设备进行通信。现场总线203可为CAN总线，CAN总线满足同时多发和骤发的数据通讯能力。光解调仪202支持光信号解调，用于对密度探头104中的光栅波长、反射强度进行检测，并将检测结果转换为密度，通过以太网发送给计算机201。
本实用新型实施例可实现利用光学去实现电解液的密度在线测量。示例性的，光解调仪202内的光源产生激光，经传输光纤106传输到光学探头(密度探头)，与电解液接触并携带了电解液的密度信息后，在光学探头的端面进行反射，反射光通过传输光纤106传输回光解调仪202，再被光解调仪202解析出电解液密度值，光解调仪202将电解液密度值发送给计算机201。
进一步的，监测主机20还包括CAN通信模块，CAN通信模块与计算机201连接，并用于和复合传感器10进行通信，获取复合传感器10测量的温度信息、液位信息，再将温度信息、液位信息发送至计算机。
进一步的，如图5所示，当复合传感器10的数量大于一个时，不同复合传感器10之间通过现场总线203串联。可以理解的是，复合传感器10的数量根据监测需求可以增加或减少。当需要测量多个核级蓄电池的电解液时，可分别为不同核级蓄电池设置其对应的复合传感器10，并且不同复合传感器10之间通过现场总线203串联，减少布线成本及通信成本。
进一步的，监测主机20还包括显示器204，显示器204与计算机201连接。具体地，计算机对复合传感器10测量的数据进行分析，再将分析结果发送至显示器204，显示器204显示分析结果，以便用户对蓄电池的具体状态进行监测。
进一步的，所述装置还包括传感器电源线205以及为复合传感器10供电的传感器电源模块206，传感器电源模块206通过传感器电源线205与电连接器103连接。其中，传感器电源模块206用于向复合传感器10提供24V电源，根据现场安装条件，可放置在监测主机20内部或外部。
在本实用新型的一实施例中，一种核级蓄电池电解液在线监测装置的工作过程包括以下步骤：
复合传感器10插入核级蓄电池的电解液中，温度探头设置在复合传感器10的侧壁底部，密度探头104和液位探头105分别伸出通孔直接接触电解液，液位探头105将测得的液位信息传输至电路板，温度探头测得的温度信息传输至电路板，电路板将液位信息、温度信息通过现场总线203传输至监测主机20，监测主机20中的计算机201接收液位信息、温度信息，密度探头104通过传输光纤106与光解调仪202连接，光解调仪202接收密度探头104传输过来的光信号，光解调仪202对光信号进行解析，并将解析结果(密度信息)传输至计算机201，计算机201对传输过来的温度信息、密度信息、液位信息做进一步的处理并将处理结果传输至显示器204，显示器204显示处理结果。
上述本实用新型提出的核级蓄电池电解液在线监测装置，由复合传感器对核级蓄电池的液位、温度和密度等数据进行测量，通过现场总线把采集到的蓄电池液位、温度、密度等数据上传到监测主机，监测主机对这些数据进行处理和显示，方便用户实时掌握核级蓄电池的性能状态。
以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种复合传感器，用于蓄电池电解液参数监测，其特征在于，所述复合传感器(10)包括：位于所述蓄电池外的上筒体(101)，插入所述蓄电池电解液中的下筒体(102)，安装在所述上筒体(101)内的电路板，设置在所述上筒体(101)上与所述电路板连接的电连接器(103)，设置在所述下筒体(102)上的温度探头、密度探头(104)和液位探头(105)，以及与所述密度探头(104)连接输出光信号的传输光纤(106)；
所述温度探头设置在所述下筒体(102)的侧壁，所述下筒体(102)设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分别供所述密度探头(104)和所述液位探头(105)伸出所述下筒体(102)与所述电解液接触，所述温度探头、所述液位探头(105)均与所述电路板电性连接。
2.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，所述上筒体(101)与所述下筒体(102)之间设置有将所述复合传感器(10)安装于所述蓄电池的开口处的安装接口(107)。
3.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，所述下筒体(102)为圆柱状，所述上筒体(101)的尺寸大于所述下筒体(102)的尺寸。
4.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，所述安装接口(107)包括若干在所述下筒体(102)侧壁设置的凸条(1071)，所述凸条(1071)的上表面为向所述上筒体(101)一侧倾斜的倾斜面；
在所述凸条(1071)与所述安装接口(107)之间还设有密封垫圈(1072)。
5.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，所述上筒体(101)、所述下筒体(102)和所述安装接口(107)由耐酸复合塑料制造而成。
6.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，所述密度探头(104)采用光纤传感器，所述液位探头(105)采用光电液位开关，所述温度探头采用半导体式温度传感器。
7.一种核级蓄电池电解液在线监测装置，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-6任一项所述的复合传感器(10)及监测主机(20)；
所述监测主机(20)包括计算机(201)、光解调仪(202)及现场总线(203)，所述计算机(201)与所述光解调仪(202)连接，所述光解调仪(202)通过所述传输光纤(106)与所述密度探头(104)连接，所述计算机(201)通过所述现场总线(203)与所述电连接器(103)连接。
8.根据权利要求7所述的核级蓄电池电解液在线监测装置，其特征在于，当所述复合传感器(10)的数量大于一个时，不同复合传感器(10)之间通过所述现场总线(203)串联。
9.根据权利要求7所述的核级蓄电池电解液在线监测装置，其特征在于，所述监测主机(20)还包括显示器(204)，所述显示器(204)与所述计算机(201)连接。
10.根据权利要求7所述的核级蓄电池电解液在线监测装置，其特征在于，所述装置还包括传感器电源线(205)以及为所述复合传感器(10)供电的传感器电源模块(206)，所述传感器电源模块(206)通过所述传感器电源线(205)与所述电连接器(103)连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321175310.8U CN219914513U (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202321175310.8U CN219914513U (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN219914513U true CN219914513U (zh) | 2023-10-27 |
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Family Applications (1)
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| CN202321175310.8U Active CN219914513U (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 复合传感器及具有其的核级蓄电池电解液在线监测装置 |
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-
2023
- 2023-05-15 CN CN202321175310.8U patent/CN219914513U/zh active Active
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