CN2237238Y - 智能sf6气体密度监测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种用电脑控制监测SF6气体是否泄漏的报警仪表，它是将压力传感器和温度传感器连接到单片控制机上，再在该单片机上连接电源监视器、程序运行监视器，压力报警器和液晶显示器，专用于监视高压电器绝缘用的SF6惰性气体是否发生泄漏现象，可以长期在恶劣环境下连续可靠、稳定地运行，真实反映了高压电器运行情况，为自动集中监控系统，提供了一种配套的新型自动检测报警仪表，有效地防止事故发生。

Description

智能SF6气体密度监测器

本实用新型属于一种用电脑控制监测高中压电器中SF₆气体是否泄漏的报警仪表。

在已有技术中，对发电厂高压电器绝缘用的SF₆气体罐是否发生泄漏现象的监测是依靠维护人员定时巡回监视惰性气体贮罐上的压力表和温度计，然后通过换算来判断SF₆气体是否泄漏。这种方法费时、费工、既不及时又不可靠。

本实用新型的目的是提供一种监测SF₆气体是否有泄漏现象的记录和报警仪表，它能直接显示SF₆气体20℃状态下的基准压力值。

本实用新型的实施方案是将压力传感器和温度传感器连接到单片控制机上，再在该单片机上连接电源监视器、程序运行监视器，液晶显示器和压力报警器。

SF₆气体贮罐内的压力和温度通过传感器变为电信号经放大后，输入单片控制机，经单片控制机处理后，判断出是否有泄漏现象并发出信号，然后将数据显示在液晶显示器上。

本实用新型的优点是本智能SF₆气体密度监测器可以长期在恶劣环境条件下连续可靠、稳定地运行，节省人力，真实客观地反映了高压电器运行的实际情况，为自动集中监控系统提供了一种配套的新型自动检测报警仪表，有效地防止事故发生。本监测器结构简单，体积小，成本低，便于推广。

附图1本实用新型实施例的结构原理框图。

附图2本实用新型实施例外形结构示意图。

图面说明：K—电源开关，AN—复位按钮，D—液晶显示器，LED₁压力预报警发光二极管，LED₂—压力报警发光二极管，L—电源线，CA₁—压力、温度传感器输入端，CA₂—压力报警输出端，BX—外壳。

附图3是本实用新型实施例采用的压力传感器电路图。

附图4是本实用新型实施例采用的温度传感器电路图。

附图5是本实用新型实施例采用的电源监视器电路图。

附图6是本实用新型实施例采用的程序运行监视器电路图。

附图7是本实用新型实施例采用的单片控制机电路图。

附图8是本实用新型实施例采用的压力报警器电路图。

实施例：

附图1为本实用新型实施例的结构原理框图，本智能SF₆气体密度监测器是将压力传感器和温度传感器连接到89C₅₁单片控制机上，再在该单片机上连接电源监视器，程序运行监视器，液晶显示器和压力报警器。

压力传感器的电路连接如图3所示，它是在半导体固态压阻式压力传感器PT(CYG₀₁)的输入端上连接稳压器IC₁(LM₃₁₇)其中连接电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈，在PT的输出端连接运算放大器IC₂(OP—07)，其中连接电阻R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂、R₁₃和电容C₁、C₂，IC₂的输出端连接至单片控制机的输入端，其中连接电阻R₁₄，电容C₃，二极管D₁(1N₄₁₄₈)。为减小温度影响，压力传感器采用恒流源供电。恒流源输出的电流根据传感器的要求，由R₂调整确定。R₁、R₆、R₇、R₈采由金属膜电阻。传感器调零电位器R₆采用精密多圈电位器。R₃、R₄组成传感器的温度补偿电路，R₄采用温度系数为零的锰铜电阻，热敏电阻R₃的数值和温度补偿特性，需根据压力传感器的温度漂移特性及要求的测量精度确定。放大器中的IC₂采用低噪声、低漂移、低失调，输入阻抗高，共模范大的OP—07型运算放大。因压力传感器PT(CYG₀₁型)满量程输出为100mv±20％，内阻为1200Ω±20％，后面的模数转换器满量程为2V，故运放的闭环增盖设计成16—25倍可调。

温度传感器的电路连如图4所示，它是将半导体温度传感器TT(AD₅₉₀J)和运算放大器IC₃(OP—07)连接，它们之间的元件有：电阻R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀和电容C₄、C₅，IC₃的输出端接有电容C₆连接至单片控制机的输入端。半导体温度传感器AD₅₉₀的线性度较好，采用一点温度校正其标定(比例系数)误差。为此，调节R₁₅，使放大器IC₃的同相输入端对地电压为1MV/K。为配合后面模/数转换器满量程2V的要求，当温度为100℃时，调节R₂₀，使放大器IC₃输出电压T₀为2V。

电源监视器的电路连接如图5所示，它是由电源监视器IC₅(TL₇₇₀₅)和反相器IC₄(CD₄₀₆₉)组成，IC₅和R₂₂、R₂₃、C₉、C₁₀连接，其输出端RESET连接至单片控制机IC₉的外部中断输入端INT₀。反相器IC₄的输入端和R₂₁、C₈、AN连接，其输出端连接至单片控制机IC₉的复位输入端RST。+5V的电源两端输入端并连C₇，+5V的“+”端连接R₂₁、R₂₂、D₂，D₂的负极连接D₃及B，最后连至IC₁₀的电源输入端V_DD。R₂₁、C₈、AN及IC₄组成单片机IC₉上电复位和手动复位电路；D₂、D₃和B实现+5V电源掉电时备用电源的切换。当+5V电源正常时，D₂导通，D₃截止，+5V电源直接供给单片机外围电路，而IC₉、IC₁₀由+5V经D₂后供电(V_DD)。当+5V电源掉电时，D₂截止，D₃导通，此时切断了外围电路的供电，IC₉、IC₁₀由电池B经D₃供电。电位器R₂₂的作用是，调节其值使IC₅的检测电压为4.75V。这样既可保证电源发生故障(如瞬间降压，脉冲干扰、掉电)时，TTL器件(如IC₅)可靠地工作，又能使单片机有足够的时间处理电源干扰。当电源发生瞬态降压、瞬间脉冲干扰或电源掉电时，TL7705能正确给出中断请求信号给单片机。当电源恢复正常后，单片机应恢复正常运行。为此，需要用掉电保护措施，保存掉电前的系统运行状态，电源恢复正常后单片机继续完成掉电前的工作。单片机软件中将掉电中断规定为高级中断，在掉电中断服务程序中，首先进行现场保护，把当时重要的参数、中间结果以及某些专用寄存器的内容一一存入单片机的片内RAM及81C55的RAM中；其次，必须切断单片机与外设的联系，或对外设作出妥善处理，使其处于复位(或安全)状态；最后必须在单片机的片内RAM中某个或两个单元上作上特定标志。上述任务完成后，系统即可进入掉电保护状态。当电源恢复正常时，单片机重新复位，复位后首先检查是否有掉电标志，如无，则按一般开机程序执行(系统初始化等)；如有掉电标志，则不应将系统初始化，而应按掉电中断服务程续相反的方式恢复现场，使系统继续完成掉电前的工作。

程序运行监视器的电路连接如图6所示，它由集成电路IC₁₁、IC₁₂，电阻R₃₅、R₃₆、R₃₇，电容C₁₆、C₁₇组成。IC₁₁是单稳态多谐振荡器74HC₁₂₁、IC₁₂是通用定时器ICM₇₅₅₅。IC₁₁的(输入)脚接单片控制机“3”(以下简称“3”)的T₀输出端，Q(输出)脚接至“3”的RST(单片机复位)输入端，Ce与Re/Ce脚之间接电容C₁₆、Re/Ce脚与+5V端接电阻R₃₅，A₁、A₂、GND脚接地。IC₁₂的3脚接至“3”的输入端TI，4、8脚接+5V，1脚接地，+5V端与7脚之间接电阻R₃₆，7脚与6、2脚(两脚相连)之间接电阻R_37，2脚经电容C₁₇接地。IC₁₂与R₃₆、R₃₇、C₁₇组成多谐振荡器，其振荡周期为30ms(大于单片机主程序执行时间)，其输出(3脚)脉冲接至“3”中IC₁₀定时器输入端TI。主程序每循环一次，对IC₁₀定时器的时间常数进行刷新。这样，只要程序正常运行，IC₁₀的定时器(为减法计数器)就不会产生溢出信号。而当由于受干扰致使程序失常，不能刷新IC₁₀定时器的时间常数而导致它溢出时，再通过IC₁₁加宽(大于10ms)脉冲后，使单片机复位。IC₁₁的Ce与Re/Ce两引脚之间接C₁₆，Re/Ce脚与电源+5V端之间接R₃₅，IC₁₁的输入端B接IC₁₀的输出端TIMEROUT，IC₁₁的输出端Q接IC₉的复位输入端RST。IC₁₂的7脚与电源+5V端之间接R₃₆，7脚与6、2脚(两脚相连)之间接R₃₇，2脚与地之间接C₁₇，输出端3脚接IC₁₀的输入端TIMERIN。IC₉的XTAL₁脚与XTAL₂脚之间接CR，CR两端分别经C₁₄、C₁₅接地。IC₉的EA脚经R₂₈接电源监视器12的输出端(V_DD)，IC₉的P_2、5脚经压力预报器14中的R₂₉接T₁的基极，IC₉的P_2、6脚经压力报警器15中的R₃₂接T₂的基极。

单片控制机的电路连接如图7所示，它是由精密参考电源IC₆，模拟开关IC₇，模数转换器IC₈，单片微计算机IC₉和可编程并行输入/输出扩展接口IC₁₀组成，IC₆经R₂₄分压变成2V，接至IC₈的V_R、V_AG两个输入端。IC₇的两个输入端“0”接图3中IC₂的输出端(f₀)，“1”接图4中IC₃的输出端(T₀)。IC₇输出端COM经R₂₇、C₁₃(低通滤波器)接IC₈的输入端V_x。IC₇的输入选通端B、C、禁止端INH直接接地、输入选通端A接IC₉的P_2、4脚。当P_2、4＝0时，IC₇选通输入的压力信号P₀；当P_2、4＝1时，IC₇选通输入的温度信号T₀。

IC₈几对输入端上连接的元件如下表述：IC₈输入端对 CLK₀、CLK₁  CO₁、C0₂   C₁、R₁/C₁   R₁、R₁/C₁连接的元件      R₂₆         C₁₂           C₁₁           R₂₅

IC₈的一些输出端与IC₉的一些输入端之间的连接如下表述：IC₈     Q₀      Q₁      Q₂      Q₃     DS₁     DS₂     DS₃     DS₄     EOCDUIC₉     P_1.0    P_1.1     P_1.2     P_1.3   P_1.4     P_1.5     P_1.6     P_1.7    P_2.3

电子模拟开关IC₇用以切换压力(P₀)、温度(T₀)两路信号。模/数转换器IC₈为31/2位BCD码输出的双积分式，IC₆向IC₈提供2V的基准电压，此时量程为1.999V。电阻R₂₆之值决定IC₈的时钟频率f_CLK与转换周期T_A/D，此处f_CLK＝66KHZ，T_A/D＝240ms。由于IC₈的DU端与EOC端相连，故它上电后即对模拟输入电压Vx连续进行模/数转换，每次转换结束后都有相应的BCD码及相应的选通信号出现在Q₀～Q₃与DS₁～DS₄端上(动态分时轮流输出)。EOC是模/数转换结束的输出标志信号，IC₉通过P2.3口对此信号进行程序查询。每次转换结束时，IC₉就将转换结果送至其片内RAM中。

单片机IC₉采用新型片内带4K字节PEROM(快速电擦写只读存贮器)的89C₅₁。输入/输出口扣展器IC₁₀(81C₅₅)的作用有三：①作为液晶显示器LCD(ED-S803)的接口驱动器；②作为单片机的片外RAM(数据存贮器)；③其定时器与IC₁₁、IC₁₂共同组成单片机程序运行监视器13。IC₉与IC₁₀各引脚之间的连接如下表述：IC₉   P_2.7  ALE  P_2.0  WR  RD  P_0.0～P0.7  RSTIC₁₀  CE  ALE  I0/M  WR  RD  AD₀～AD₇  RST

IC₁₀与LCD各引脚之间的连接如下表述：IC₁₀  PC₀  PC_I  PC₂  PC₃  PC₄  PC₅  PB₀～PB₆  PA₀～PA₆段  G     a      b     e     f     DP      a～g       a～gLCD位            符         号                   +         个IC₉的P_2.1口接LCD各位的COM脚。时基器IC₁₂(接成多谐振荡器)的输出为IC₁₀定时器的外部时钟输入。IC₁₀定时器的时值稍大于单片机主程序程序循环时间。此处IC₁₂的振荡周期为30ms，IC₁₀定时器(减法计数器)计数长度初值为0002H。单片机IC₉主程序每循环一次，对IC₁₀定时器计数长度初值进行刷新。这样，只要程序正常运行，IC₁₀定时器就不会产生溢出信号。而当由于受干扰致使程序失常，不能刷新IC₁₀定时器的计数长度初值而导致它溢出时，再通过IC₁₁加宽脉冲(大于10ms)，使单片机复位。

压力报警器的电路连接如图8所示，它是由R₂₉、T₁、LED₁、R₃₁、TR₁、R₃₀、J₁、D₄，+6V电源组成，+6V电源经R₃₀、TR₁的发光二极管、R₃₁、LED₁接T₁的集电极；此外，+6V电源经J₁、D₄(两者并联)接TR₁的光敏三极管之集电极。压力报警器15由R₃₂、T₂、LED₂、R₃₃、TR₂、R₃₄、J₂、D₅，+6V电源组成，+6V电源经R₃₄、TR₂的发光二极管、R₃₃、LED₂接T₂的集电极；此外，+6V电源经J₂、D₅(两者并联)接TR₂的光敏三极管之集电极。TR₁、TR₂、J₁、J₂皆放在中央控制室(各罐离中央控制室可长达1公里)，为提高抗干扰能力，单片机给出的报警信号采用电流输出(10～～mA)方式。当需要报警时，ICP的P_2.5或P_2.6口输出高电平，致使T₁或T₂导通，从而使J₁或J₂吸合。R₃₀与R₃₄的值根据传输线电阻由实验确定，R₃₁、R₃₃为阻尼电阻。光电隔离器TR₁、TR₂光敏三极管端的电源和地不能与发光二极管端的电源和地相通(两组独立电源)。

本实施例液晶显示器采用交流驱动，显示段与COM极间电压是交流方波，非显示字段与COM极间电压始终为零。用单片机软件实现交流驱动，由单片机定时器T₁定时中断，使其P_2.1口定时输出高、低电平，加在LCD各位的COM极，此处交流方波频率取50HZ。LCD须显示字符的段由IC₁₀的PA、PB、PC口驱动。由单片机软件实现译码(符号、数字转换为七段显示代码)。显示压力值时，符号位为“P”。显示温度值时，如稳度为正，符号位不显示；如温度为负，符号位显示“-”。这样就可区分显示的数字压力还是温度。

ED-S803型液晶显示器为静态驱动方式，为延长LCD寿命，驱动电压应为交流。交流驱动要求，显示字段与COM(公共)极间电压是交流方波，非显示字段与COM极间电压始终为零。今用软件实现交流驱动，由单片机定时器T₁定时中断，使其P_2.1口定时输出高、低电平，加在LCD各位的COM端，定时中断时间间隔取决于交流脉冲频率，此处取50HZ。每次中断首先是改变单片机IC₉(89C₅₁)之P_2.1口的状态，然后在IC₁₀(89C55)的A、B、C口顺序输出，且C口(最高位)输出于P_2.1的变化不同步时间最长。这种由于单片机分时执行指令而产生的时差，对显示字段几乎没有影响，因时差远小于驱动脉冲宽度，人眼不能分辩这种微小的变化。而对非显示字段，不显示时间内，时差的存在使字段于COM极间产生交流毛刺电压，非显示字段对比度减弱，出现阴影，造成显示数字模糊不清。只有使驱动电压频率小于10HZ时，即毛刺电压的频率也减小时，字迹才能看清，但此时显示字段闪烁，实际无法应用，为此，我们采用对称的双极性归零脉冲，在正、负电平之间有一个零电平，正、负、零电平的宽度相等，皆为C。由于归零间隔的存在，毛刺频率较不归零小了一半，能量也小得多了，此时毛刺对字段的影响减小。如一单片机的时钟频率为6MHZ，选择的交流脉冲频率在10～15HZ时，非显示段不出现阴影，数字显示清晰。对显示位数不同，选择不同的支流频率，可得到较好的显示效果。现对用软件产生这种对称的双极性归零脉的程序设计方法作进一步说明。在程序中设置了标志，用以判断LCD极间电压是否全为零。若极间电压已全为零，标志为1，则中段后，将各显示缓冲单元内容取反后输出，使驱动LCD显示段的脉冲为双极性。否则(标志为0)，则根据单片机P_2.1口的状态，决定输出给81C₅₅的A、B、C口是全1或全0，使驱动脉冲归零。需显示的符号和数字，转换为七段显示代码后，存入显示代码单元。当需要显示时，显示单元内容送入显示缓冲单元，显示数据刷新，程序重新进行。显示压力值时，符号位为“P.”；显示温度值时，如温度为正，符号位不显示；如温度为负，符号位为“-”。这样就可区分显示的数字是压力还是温度。单片机复位时，显示“P.”。

本实用新型实施例所采用的电器元件型号、参数如下：

集成电路：IC₁-三端正稳压器，LM₃₁₇。IC₂、IC₃-运算放大器，OP-07。IC₄-六反相器，CD₄₀₆₉。IC₅-电源监视器，TL₇₇₀₅。IC₆-精密低压参考电源MC₁₄₀₃。IC_7-8选1模拟开关，CD₄₀₅₁。IC₈-模/数转换器，MC₁₄₄₃₃。IC₉-单片微计算机，89C₅₁。IC₁₀-可编程并行输入/输出扩展接口81C₅₅。IC₁₁-单稳态多谐振荡器，74HC₁₂₁。IC₁₂-通用定时器ICM₇₅₅₅。

晶体三极管：T₁、T_2-8050；

光电耦合器：TR₁、TR_2-4N₃₂；

电磁继电器：J₁、J₂-超小型4098(6V)；

二极管：D₁、D₄、D_5-1N₄₁₄₈，D₂、D_3-1N₅₈₁₇(或

        2DG539)；

液晶显示器：LCD-ED-S803(31/2位)；

晶体谐振器：CR-6MHZ；

电阻：R_1-160Ω，R₂、R_15-100Ω，R₅、R_7-7.5KΩ，R_{8 -47}KΩ，R₁₀、R₁₂、R_19-8KΩ，R₁₁、R₁₇、R_24-20KΩ，R₁₃、R₂₁、R_23-10KΩ，R₁₄、R_27-100KΩ，R_16-950Ω，R_18-2KΩ，R_20-4KΩ，R_22-1.2KΩ，R₂₅、R_26-470KΩ，R_28-1MΩ，R₂₉、R_32-2KΩ，R₃₁、R_33-50Ω，R_35-40KΩ，R_36-32K、R_{37- 200}KΩ；

电位器：R₂、R_15-100Ω，R₆、R₉、R_13-10KΩ，R₁₇、R_{24 -20}KΩ，R_20-4KΩ，R_22-1.2KΩ，R₃₀、R_34-200Ω；

电容：C₁、C₃、C₄、C₆、C₇、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂、C₁₃、C_17-0.1μF，C₂、C_5-0.01μF，C_8-10μF，C₁₄、C_15-30PF，C_16-0.47μF；

压力传感器：PT-半导体固态压阻式压力传感器，CYG01-(400～1000)B(括弧内数值根据量程确定)；

温度传感器：TT-半导体温度传感器，AD590J。

Claims (1)

1、一种智能SF₆气体密度监测器，其特征在于：它是将压力传感器和温度传感器连接到单片控制机上，再在该单片机上连接电源监视器、程序运行监视器，压力报警器和液晶显示器，压力传感器采用半导体固态压阻式CYG₀₁，它的输入端连接稳压器IC₁，输出端连接运算放大器IC₂，IC₂的输出端连接至单片控制机IC₉的输入端，温度传感器采用AD₅₉₀J，它的输出端连接运算放大器IC₃，IC₃的输出端连接至IC₉的输入端，电源监视器IC₅采用TL_{77 05}，它连有反相器IC₄-CD₄₀₆₉，IC₅的输出端连接至IC₉的外部中断输入端INT₀，IC₄的输出端连接至IC₉的复位输入端RST，程序运行监测器由IC₁₁单稳态多谐振荡器74HC₁₂₁，和IC₁₂通用定时器ICM₇₅₅组成，IC₁₁的输入脚接至IC₉的T₀输出端，IC₁₁的输出脚接至IC₉的RST输入端，IC₁₂的3脚接至IC₉的输入端T₁，IC₁₂的输出3脚接至IC₁₀的定时器输入端T₁，单片控制机是由IC₈精密参考电源MC₁₄₀₃，IC₇模拟开关CD₄₀₅，IC₈模/数转换器MC₁₄₄₃₃，IC₉单片微计算机89C₅₁，和IC₁₀可编程并行输入/输出扩展接口81C₅₅组成，IC₆经R₂₄接至IC₈的V_R、V_ACT两个输入端，IC₇的两个输入端接IC₂的输出端，IC₇的输出端经R₂₇、C₁₃接IC₈的输入端V_xIC₉和IC₁₀各对应引脚之间相连接，IC₉的P_2.1口接液晶显示器各位的COM脚，压力报警器由光电耦合器TR₁、TR₂和电磁继电器J₁、J₂构成，分别连至2C₉的P_2.5和P_2.6接口。

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