专利名称：一种潜水电机智能监控装置的制作方法
技术领域：
潜水电机智能监控装置，用于潜水电机运行状态的智能化监测和保护，属于测控技术领域。
背景技术：
随着潜水电机的监控逐步向智能方向发展，出现了一些对潜水电机进行监控保护的智能监控仪，这些监控仪一般要对潜水电机的电压、电流、电机腔温度和电机腔内液位进行监测；在以电压电流为监测对象时，由于电网电压的波动，容易导致潜水电机的频繁启停；在对电机腔温度进行监测时，在工业现场一般采用铂温度传感器，为了补偿铂电阻长线传输时长引线电阻造成的影响，智能监控仪中温度信号的提取一般采用三线制或四线制的信号传输方式，接口电路一般由电桥、滤波电路、恒流源或恒压源、运放、A/D转换器等组成。其缺点是(1)普通的恒流源和运算放大器都是存在温漂的元器件，为了解决温漂问题，还必须加入新的器件来抑制温漂，新的器件的加入会增加电路复杂程度和产品的成本；(2)由于铂电阻的测温环境比较恶劣，电机的运行会给温度信号的采集带来很大的干扰，测温接口电路组成环节的过多会降低系统的抗干扰能力。(3)为了解决信号放大，运放电平迁移，和电桥零点调整问题，需要加入众多的可调电阻，各参数都要经过反复的调整，这些可调电阻的加入给产品的批量化生产带来很大的困难。
图6给出了一种传统的多路铂电阻测温电路。该电路由多路开关U1，U2，U3，运算放大器U4，U5，恒流源Is和模数转换器ADC0804等组成，该电路的原理为铂电阻Rt0两端流过固定的电流，其两端电压的变化反映其阻值的变化，铂电阻Rt0两端的电压经多通道开关差分输入到运算放大器U4的同相输入端和反相输入端，U4的输出电压V1为同相端和反相端电压输入之差，并作为运放U5的同相端输入电压。在以运放U5为核心的放大单元中，由5V参考电压Uref、可调电阻Rw和电阻R7构成分压电路给U5的反相端提供输入电压V2，通过调节此输入电压可使U5的输出电压在ADC0804的电压输入范围之内，即可达到电平迁移的目的，该电路组成环节较多，引入的干扰因素较多，该电路的关键是要有一个精密的恒流源电路和稳定的放大电路和电平迁移电路，对电源和各器件的精度要求都相当高，一个地方出问题都将导致测温不准，并且在实际的开发生产过程中需要反复的调试并通过可调电阻校正；在实际测量电路中，为克服工频干扰，必须加滤波环节，这就进一步增加了电路的复杂度。
目前国外也有许多潜水电机的智能电子保护装置，如丹麦格兰富公司的潜水电机集成电子保护装置CU3等，这些装置一般价格都比较昂贵，而且大多为自己公司电泵产品的专有配套装置，不具备通用性，从而限制了其在国内普通潜水电机上的推广使用。
发明内容
本实用新型旨在克服前述潜水电机监控保护装置之不足，设计一种简单、可靠、抗干扰能力强且适合产品批量化生产的潜水电机智能监控保护装置。
本实用新型的技术方案见图1，包括有微处理器、电机控制接口、显示接口、温度采样模块、液位接口电路、温度传感器、渗漏传感器；所述温度传感器获取的温度信号经多通道开关进入A/D转换器，经A/D转换器转换成数字信号输送给微处理器，所述渗漏传感器获取的液位信号通过液位接口电路传输给微处理器；微处理器根据接收到的温度信号和渗漏信号通过电机控制接口控制电机的运转，同时通过显示接口将温度和渗漏信号传输给显示器；所述的温度传感器采用PT100铂电阻Rt，在潜水电机三相定子线圈的每相线圈中埋设一个铂电阻Rt温度传感器，所述的温度采样模块包括有A/D转换器、电源极性变换芯片、限流电阻R1、参考电阻R2，其中R2为精密金属膜电阻。限流电阻R1、参考电阻R2、铂电阻Rt依次串连，R1另一端接+5V电源VCC，Rt的另一端接地，Rt两端的另一对引线分别接A/D转换器的差分输入端的正端和负端，R2两端另一对引线分别接A/D转换器的差分参考输入端的正端和负端；所述的渗漏传感器为一柱状体，分上下A、B两个电极，A、B两个电极之间为绝缘塑料层C，渗漏传感器按常规方式固定在电机腔内；其中PT100铂电阻用不锈钢管铠装，其固定方式为在电机定子线圈下线时，用定子线将铠装后的铂电阻层层缠紧埋设在定子线圈中；所述的渗漏传感器为一顶部带有螺纹连接部分的圆柱体，其A、B电极的外表面镀铂或其他金属材料。
本实用新型测温原理如图2所示，因为本实用新型所选用的A/D转换器具有差分输入端和差分参考电压输入端，并具有高输入阻抗，所以其差分参考输入端REFIN+、REFIN-和差分输入端INHI，INLO的输入阻抗都很高，流入这几个引脚的电流可以看作为零，这样流过电阻R2的电流和流过铂电阻Rt的电流相等，所以有下式成立VREFVRt=R2Rt]]>其中VREF差分参考输入电压，亦即A/D转换器的参考输入端REFIN+和REFIN-之间的电压，VRt为铂电阻Rt两端的电压。
又由A/D转换器的输入与输出之间的线性转换关系有下式成立VREFVRt=Nn]]>其中N为与A/D转换器型号和位数相关的固有常数，n为铂电阻传感信号采样值。
所以有R2Rt=Nn]]>当由采集程序得出采样值n后由上式就可得出在某一温度时铂电阻Rt的阻值，由PT100型铂电阻分度表可以最终得出温度值。
本实用新型的三根铂电阻温度传感器的形状见图3，该铂电阻用小直径的不锈钢管铠装，在安装铂电阻时无须专用固定装置，其固定方式为在电机定子线圈下线时，用定子线将铂电阻层层围紧，分布于三相定子线圈中，每一相一个铂电阻。
本实用新型的渗漏传感器形状见图4所示，该渗漏传感器为一体化电极式液位开关，分上下A、B两极，中间通过采用特种塑料制作的绝缘介质隔开，顶部有螺纹，可以方便的将其固定在电机腔的上端。从渗漏传感器螺纹顶部引出两根信号线，通过渗漏传感器内部分别与A，B两个电极连接.该渗漏传感器的特征在于，当上下A、B两极因脱水而断开时，因表面有液体残留，断开时间有一定的滞后。渗漏传感器按通用方式垂直安装在电机腔顶盖上，液位接口电路将渗漏传感器输出的表征液位状态的开关量信号提供给微处理器判断，当微处理器检测到液位异常时，将通过电机控制接口电路使电机停止运转以达到及时保护电机的目的。
图1本实用新型总体装置示意图；图2本实用新型温度采样模块原理图；图3本实用新型铂电阻铠装示意图；图4本实用新型渗漏传感器示意图；图5本实用新型温度采样模块及监控系统电路图；图6现有技术铂电阻测温电路。
具体实施方式
本实用新型的温度传感器采用直径4mm的铂电阻，首先在潜水电机定子线圈下线时，用定子线将铂电阻层层围紧的方式，将三根PT100型铂电阻Rt1，Rt2，Rt3绕紧固定于电机腔定子线圈中，不需要额外的固定件，满足了在狭小的空间安装传感器的要求。将渗漏传感器用螺纹竖直固定于潜水电机顶盖，其引线由电机顶盖孔穿出接入液位接口电路。
如图5所示，本实用新型对三路铂电阻传感信号采用多通道循环采集的方式，其中Y1、Y2、Y3是三片多通道开关CD4051，用微处理器AT89C51的P1.0，P1.1两个引脚来对通道进行选择。从电源VCC出发的电流流经R1、R2后经Y1的OUT/IN端流入，由铂电阻Rt流入模拟地，其中R2为精密金属膜电阻。电源极性变换芯片ICL7660通过第5脚输出端给A/D转换器ICL7109提供负电源，将A/D转换器ICL7109的RUN/HOLD引脚接高电平从而使ICL7109工作在连续自动转换的方式；当电机过载或低压运行，或因其他种种原因而导致电机定子线圈的电流过大时，定子线圈温度将超过正常工作温度而上升，当温度超过定子线圈绝缘层所能承受的温度75℃时，若不及时停机电机将烧毁。在潜水电机监控装置的监控下，监控装置微处理器AT89C51通过管脚P1.0，P1.1切换多路开关CD4051，循环采集与定子线圈接触的铂传感器模拟温度信号，并通过ICL7109，用比率法的原理将模拟温度信号转为数字温度信号，当检测到任何一路温度信号超过预定的报警极限60℃时，监控装置温度报警指示灯亮，当检测到任何一路温度信号超过停机极限75℃时，微处理器发出停机电平信号至管脚P1.3，通过电机控制接口电路使电机停机。
本实用新型的渗漏传感器装到潜水电机后，正常工作时，液位开关全部浸于水中，当有渗漏发生时，电机腔水位逐渐下降，当水位下降到C面以下时(见图4)，A，B两极之间绝缘部分的表面残留有一层水膜，因此延迟约7秒后A、B两极彻底断开，从而引起液位检测电路输出开关量信号的改变，微处理器检测到脱水信号后将发出指令停机并置渗漏指示灯亮。
本实用新型的渗漏传感器，与传统的由两极分开形式的液位开关相比，安装空间小并节省了一个安装孔，保证了电机的机械强度，由于采取了一体化上下A、B两个电极的形式，A、B两极在脱水后需要一定的延时才能断开，因此在电机腔水位频繁振荡时不需要反复判断，同时又不至于因延时过长使判断失效，因此其灵敏度比较适中，此外，该渗漏传感器还有耐高温，抗氧化，可靠性高等优点。
本实用新型由于采用了比率法测温的原理，正负10％的电压波动对采样数据没有影响，抗电压波动的能力较强，更重要的是比率法的比值关系将电机运行过程中由铂电阻带来的干扰也抵消了；ICL7109转换器采用6MHZ的晶振，能抗50HZ的工频干扰，对工业环境非常适用实验证实，本实用新型的监控装置所测温度与理论计算温度一致，由于测温时无电桥电路和易产生温漂的元器件，如恒流源和运算放大器，因而不需要反复调整电路参数，有利于产品的批量化生产，并且由于ICL7109输入阻抗很高，能自动补偿由于长线电阻造成的误差，而且各铂电阻引线的长短是否一致也不会造成影响，由于采用了数量少且廉价的测温元器件，大大降低了产品的生产成本。
权利要求1.一种潜水电机智能监控装置，包括有微处理器、电机控制接口、显示接口、温度采样模块、液位接口电路、温度传感器、渗漏传感器，所述温度传感器获取的温度信号经多通道开关进入A/D转换器，经A/D转换器转换成数字信号输送给微处理器，所述渗漏传感器获取的液位信号通过液位接口电路传输给微处理器；微处理器根据接收到的温度信号和渗漏信号通过电机控制接口控制电机的运转，同时通过显示接口将温度和渗漏信号传输给显示器；其特征在于，所述的温度传感器采用PT100铂电阻Rt，在潜水电机三相定子线圈的每相线圈中埋设一个铂电阻Rt，所述的温度采样模块包括有A/D转换器、电源极性变换芯片、限流电阻R1、参考电阻R2，其中限流电阻R1、参考电阻R2、铂电阻Rt依次串连，R1另一端接+5V电源VCC，Rt的另一端接地，Rt两端的另一对引线分别接A/D转换器的差分输入端的正端和负端，R2两端另一对引线分别接A/D转换器的差分参考输入端的正端和负端；所述的渗漏传感器为一柱状体，分上下A、B两个电极，A、B两个电极之间为绝缘塑料层，渗漏传感器按常规方式固定在电机腔内。
2.根据权利要求1所述的一种潜水电机智能监控装置，其特征在于，所述参考电阻R2为精密金属膜电阻，所述A/D转换器为具有差分输入端和差分参考电压输入端的高输入阻抗A/D转换器。
3.根据权利要求1所述的一种潜水电机智能监控装置，其特征在于，所述的Pt100铂电阻采用不锈钢管铠装，其固定方式为在电机定子线圈下线时，用定子线将铠装后的铂电阻层层缠紧埋设在定子线圈中。
4.根据权利要求1所述的一种潜水电机智能监控装置，其特征在于，所述的渗漏传感器为一顶部带有螺纹连接部分的柱体，其A、B电极的外表面镀铂或其他金属材料。
专利摘要一种潜水电机智能监控装置，用于潜水电机运行状态的智能化监测和保护，它由温度传感器，渗漏传感器和采样监控电路组成；其特征在于，用三个铂电阻温度传感器分别监测电机三相定子线圈温度，一个渗漏传感器监测电机腔水位的信号；铂电阻的安装采用在下线时用定子线层层绕紧铂电阻的方式，渗漏传感器选用一体化电极式表面镀膜液位开关，在脱水断开时有一定的时间延时；铂电阻温度传感器温度信号的传输采用四线制方式，通过多通道开关选择铂电阻测温通道；监控电路的测温采用比率法测温的原理，将铂电阻和参考电阻串联在一个回路中。本实用新型具有结构简单，抗干扰能力强的特点。
文档编号G01R31/34GK2716847SQ20042000111
公开日2005年8月10日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者张慧慧, 李红云, 刘洪涛, 崔凯, 孙树文, 杨建武 申请人:北京工业大学