专利名称：便携式气相色谱仪的制作方法
技术领域：
本发明属于属于电力系统技术领域，涉及一种检测和分析电力变压器油中溶解气体的组分和含量的装置。
背景技术：
目前，国内对电力变压器潜伏性故障的检测最常用的方法是定期对变压器油中气体含量进行检测。现有的检测设备体积庞大，试验人员只能定期到现场采集一次抽样，然后在实验室进行测量。但是这种方法存在着以下不足从取油样到实验室分析，作业程序复杂，分析时间长，费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的需要；检测周期较长，不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势，另外，这种检测方法工作量大，效率低，且计算结果误差较大，不利于准确判断变压器故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种了一种采用氢焰离子化检测器实现信号的气—电转换，对变压器油中溶解气体进行多组分高精度定量分析，并通过故障诊断专家系统对变压器实现故障诊断，并可实现现场作业的便携式气相色谱仪。
本发明的技术方案是本发明以氢焰离子化检测器、氢气浓度检测器、气体压力传感器、气体流量传感器温度传感器、MCS-51系列微控制器为核心，研制便携式气相色谱仪，实现各种系统功能并达到技术性能指标要求。通过在进行系统实验和测试，研究变压器油中溶解气体的组分和含量与变压器故障类型之间的关系，确立故障诊断算法及决策算法。
用于变压器油中溶解气体检测的便携式气相色谱仪采用氢焰离子化检测器实现信号的气—电转换，应用现代化学计量原理对变压器油中溶解气体进行多组分高精度定量分析，并通过基于神经网络、模式识别和灰度理论的故障诊断专家系统对变压器实现故障诊断。系统将在计算机控制下实现流程控制、状态控制与监测、数据采集、谱图处理、定量分析、故障诊断及通信等功能。
气相色谱仪的整体连接框图是多路传感器的输出端子与模拟信号采集模块的信号预处理电路相连，并通过模数转换A/D的数字输出端子与数字控制模块的采集输入端口相连，氢焰信号采集模块输出端子直接与上位机工作站连接，同时又与数字信号控制模块采集输入端口相连，数字信号控制模块通过输出端口与液晶显示电路相连，数字信号控制模块的另外输出端口与断电保护装置相连，功能键盘也与数字信号控制模块的控制输入端口相连。
气相色谱仪的整体电路图分为五部分模拟信号采集模块、数字信号控制模块、氢焰信号采集模块、断电保护模块、电源模块。
在模拟信号采集模块电路中，J1与J7互连，J14与J15互连，J44与J22互连，J31-J43分别与各自模块所需电源连接；插座H1和一气体压力传感器互连，H1的1脚和2脚分别与放大器U1的2脚和3脚连接，U1的6脚经R4与放大器U2的2脚相连，U2的6脚经R5与电子开关U7的13脚相连；插座H2和另一气体压力传感器互连，H2的1脚和2脚分别与放大器U3的2脚和3脚连接，U3的6脚与放大器U4的2脚相连，U4的6脚再与U7的14脚相连；插座H3与一气体流量传感器互连，H3的1脚与U7的15脚相连；插座H4与另一气体流量传感器互连，H4的1脚与U7的12脚相连；插座H5与一氢气浓度传感器互连，H5的2脚经电阻R16、R17与放大器U6的2脚相连，H5的1脚与U6的6脚相连，H5的3脚与场效应管Q2的1脚相连，H5的3脚并经电阻R13与放大器U5的2脚相连，U5的6脚与U7的1脚相连。U7的3脚直接与高精度的A/D芯片U8的4脚相连，，U8的11脚、12脚、13脚、15脚、16脚和17脚分别与插座J1的6脚、4脚、11脚、9脚、7脚和5脚相连，U7的9脚、10脚和11脚分别于J5的8脚、10脚和12脚相连。
在数字信号控制模电路中，微处理器U10的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U13的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；微处理器U11的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U14的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；双端口RAM芯片U12的6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚分别与U13的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚分别与U14的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的14脚、15脚分别与U10的21脚、22脚相连；U12的34脚、33脚分别与U11的21脚、22脚相连；U10的8脚、12脚分别与U11的12脚、8脚相连。在氢焰信号采集模电路中，氢焰信号探测器件H6经R35直接与放大器U43的2脚相连，U43的6脚与放大器U44的5脚相连；H6分别经R36、R37、R38与继电器K1的7脚、继电器K2的7脚、继电器K3的7脚，H6还经R73与K1的3脚、K2的3脚、K3的3脚共同连接，U44的6脚和7脚互连，与R57的1脚相连，R57的2脚与R58的2脚和R59的1脚相互连，R60的2脚与R59的2脚和R67的1脚相互连，并与电子开关U45的2脚相连；R61的2脚与R67的2脚和R68的1脚相互连，并与电子开关U45的15脚相连；R62的2脚与R68的2脚和R69的1脚相互连，并与电子开关U45的14脚相连；R63的2脚与R69的2脚和R70的1脚相互连，并与电子开关U45的13脚相连；R64的2脚与R70的2脚和R71的1脚相互连，并与电子开关U45的12脚相连；R65的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的4脚相连；R66的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的5脚相连；R58的1脚、R60的1脚、R61的1脚、R62的1脚、R63的1脚、R64的1脚、R65的1脚、R66的1脚互连，并与GND相连，U45的9脚、10脚、11脚分别与J15的6脚、8脚、5脚相连，U44的1脚经R52直接与上位机工作站接口J18相连，44的2脚经R55与继电器K4的4脚相连，U44的3脚经R55与K4的3脚相连。
在断电保护模电路中，是3路相同的温控断电保护电路，其中第一路的J19和J28与一个PID互连，J19的1脚和2脚分别于S2的2脚和1脚相连，S2的3脚与K5的3脚连接，S2的4脚与220V交流电的一端相连，K5的2脚K5的控制端与微控制器的一个IO口取反放大后相连，K5的4脚与J24的1脚相连，J24的2脚与220V交流电的另一端相连，J4又与一加热棒互连。
本发明的有益效果是用于变压器油中溶解气体检测的便携式气相色谱仪采用氢焰离子化检测器实现信号的气—电转换，应用现代化学计量原理对变压器油中溶解气体进行多组分高精度定量分析，并通过基于神经网络、模式识别和灰度理论的故障诊断专家系统对变压器实现故障诊断。系统将在计算机控制下实现流程控制、状态控制与监测、数据采集、谱图处理、定量分析、故障诊断及通信等功能。
不仅操作简便、检测精度高，而且特别适用于现场作业及时发现电力变压器潜伏性故障和有效的跟踪。
图1是本发明的便携式气相色谱仪框图；图2是本发明的数字信号控制模块电路图；图3是氢焰信号采集模块电路图；图4是断电保护装置电路图；图5是氢焰电源板电路图；图6是本发明的电源电路图；其中U是集成模块、R是电阻、C是电容、D是二极管、Q是三极管、J是接口。
具体实施例方式
实施例1本发明主要由以下几部分组成数字控制模块、多路传感器电路、模拟信号采集模块、色谱层析室、氢焰信号采集模块、上位工作站、断电保护装置、温控装置、液晶显示电路、功能键盘和电源等。
数字信号控制模块是整个系统的核心，负责整个系统的控制管理工作。多路传感器负责对多路模拟信号(包括温度/压力/流量/氢气浓度)进行提取，多路传感器的输出端子直接与模拟信号采集模块的信号预处理电路相连，对多路信号进行各自整形滤波和放大等预处理，并通过高精度的A/D，实现对信号的模数转换，模拟信号采集模块的数字输出端子与数字控制模块的采集输入端口相连。色谱层析室对进行检测的变压器油气进行层析分离，分离后的气体在助燃气体的辅助下进行燃烧，氢焰信号采集模块的采集端子直接在色谱层析室点燃口对氢焰信号进行采集，并通过整形滤波/放大和模数转换对微弱的氢焰信号进行预处理，氢焰信号采集模块输出端子直接与上位机工作站连接进行对油气的检测诊断，同时又与数字信号控制模块采集输入端口相连。数字信号控制模块对采集来的多路信号进行控制处理，并通过输出端口与液晶显示电路相连，提供友好的人机界面(包括各种控制信息)。数字信号控制模块的另外输出端口与断电保护装置相连，断电保护装置直接与PID温控电路相连，实现温度的可靠控制。功能键盘也与数字信号控制模块的控制输入端口相连，通过功能键盘，调整相应功能控制。整个系统通过对层析室温度、压力、输入气体流量和氢气浓度的合理调节控制，在色谱法工作的最佳状态对微弱的氢焰信号进行精确提取，供上位机工作站进行算法分析，从而实现对检测油气的定量分析、故障诊断。
图2中的J1与图3中的J7互连，实现模拟信号采集模块和数字信号控制模块的连接；图3中的J14与图4中的J15互连，实现数字信号控制模块和氢焰信号采集模块的连接；图3中J44的与图5中的J22互连，实现数字信号控制模块和断电保护模块的连接；电源模块为其它各模块提供电源，通过图6中的J31-J43分别与各自模块所需电源连接。
图2中，插座H1和一气体压力传感器互连，H1的1脚和2脚分别与放大器U1(AD620)的2脚和3脚连接，U1的6脚经R4与放大器U2(OP27)的2脚相连，U2的6脚经R5与电子开关U7(MC14051B)的13脚相连；插座H2和另一气体压力传感器互连，H2的1脚和2脚分别与放大器U3(AD620)的2脚和3脚连接，U3的6脚与放大器U4(OP27)的2脚相连，U4的6脚再与U7的14脚相连；插座H3与一气体流量传感器互连，H3的1脚与U7的15脚相连；插座H4与另一气体流量传感器互连，H4的1脚与U7的12脚相连；插座H5与一氢气浓度传感器互连，H5的2脚经电阻R16、R17与放大器U6(OP27)的2脚相连，H5的1脚与U6的6脚相连，H5的3脚与场效应管Q2(J117)的1脚相连，H5的3脚并经电阻R13与放大器U5(OP27)的2脚相连，U5的6脚与U7的1脚相连。U7的3脚直接与高精度的A/D芯片U8(ADS7809)的4脚相连，U8的11脚、12脚、13脚、15脚、16脚和17脚分别与插座J1的6脚、4脚、11脚、9脚、7脚和5脚相连，U7的9脚、10脚和11脚分别于J5的8脚、10脚和12脚相连。具体详见图2在图3中，是整个系统的核心控制部分，系统设计了基于双端口RAM的双微处理器结构。具体连接微处理器U10(AT89C52)的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U13(74LS573)的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；微处理器U11(AT89C52)的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U14(74LS573)的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；双端口RAM芯片U12(IDT7134)的6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚分别与U13的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚分别与U14的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的14脚、15脚分别与U10的21脚、22脚相连；U12的34脚、33脚分别与U11的21脚、22脚相连；U10的8脚、12脚分别与U11的12脚、8脚相连。具体详见图3在图4中，具体连接如下氢焰信号探测器件H6经R35直接与高质量的放大器U43(AD549)的2脚相连，U43的6脚与放大器U44(AD708)的5脚相连；H6分别经R36、R37、R38与继电器K1的7脚、继电器K2的7脚、继电器K3的7脚，H6还经R73与K1的3脚、K2的3脚、K3的3脚共同连接。U44的6脚和7脚互连，与R57的1脚相连，R57的2脚与R58的2脚和R59的1脚相互连，R60的2脚与R59的2脚和R67的1脚相互连，并与电子开关U45(CD4051)的2脚相连；R61的2脚与R67的2脚和R68的1脚相互连，并与电子开关U45的15脚相连；R62的2脚与R68的2脚和R69的1脚相互连，并与电子开关U45的14脚相连；R63的2脚与R69的2脚和R70的1脚相互连，并与电子开关U45的13脚相连；R64的2脚与R70的2脚和R71的1脚相互连，并与电子开关U45的12脚相连；R65的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的4脚相连；R66的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的5脚相连；R58的1脚、R60的1脚、R61的1脚、R62的1脚、R63的1脚、R64的1脚、R65的1脚、R66的1脚互连，并与GND相连。U45的9脚、10脚、11脚分别与J15的6脚、8脚、5脚相连。U44的1脚经R52直接与上位机工作站接口J18想连，44的2脚经R55与继电器K4的4脚相连，U44的3脚经R55与K4的3脚相连。具体详见图4在图5中，是3路温控断电保护电路，第一路J19和J28与一个PID互连，J19的1脚和2脚分别于S2的2脚和1脚相连，S2的3脚与K5的3脚连接，S2的4脚与220V交流电的一端相连，K5的2脚K5的控制端与微控制器的一个IO口取反放大后相连，K5的4脚与J24的1脚相连，J24的2脚与220V交流电的另一端相连，J4又与一加热棒互连，从而实现一路温控断电保护。其余两路，与第一路电路连接相同。具体详见图5。
本发明的工作过程是在系统上电后，首先察看LCD液晶显示界面中的各种参数值，通过功能键盘进行预先设定，设置好色谱层析室正常工作最佳条件。然后，通过控制功能键盘启动控温装置对色谱层析室进行预热，同时数字信号控制模块控制模拟信号采集模块启动多路传感器对色谱层析室预先设置的各种参数进行实时采集，同时观察LCD液晶显示界面中的各种参数的采集值达到各种参数达到预先设置值，表明色谱层析室此时已经达到对变压器油中气体含量进行检测的工作条件，可以进行抽样测量，温控装置会自动调节维持这一状态。测量时，首先将采样气体从色谱层析室样气入口打入，然后通过功能键盘的点火功能键对色谱层析室色谱柱滤过气体进行点火，同时数字信号控制模块控制氢焰信号采集模块对色谱柱中的采样气体的氢气燃烧信号进行采集，并将采集的氢焰信号传输到上位机工作站进行分析，获取采样气体中各种气体的含量和完成对气体的诊断。当温控装置一旦工作失常，超过预先设定的保护范围时，数字信号控制模块自动控制断电保护装置切断相应支路的温控供电，通知启动报警进行提示。
权利要求
1.一种便携式气相色谱仪，其特征是多路传感器的输出端子与模拟信号采集模块的信号预处理电路相连，并通过模数转换A/D的数字输出端子与数字控制模块的采集输入端口相连，氢焰信号采集模块输出端子直接与上位机工作站连接，同时又与数字信号控制模块采集输入端口相连，数字信号控制模块通过输出端口与液晶显示电路相连，数字信号控制模块的另外输出端口与断电保护装置相连，功能键盘也与数字信号控制模块的控制输入端口相连。
2.根据权利要求1所述的一种便携式气相色谱仪，其特征是在模拟信号采集模块电路中，J1与J7互连，J14与J15互连，J44与J22互连，J31-J43分别与各自模块所需电源连接；插座H1和一气体压力传感器互连，H1的1脚和2脚分别与放大器U1的2脚和3脚连接，U1的6脚经R4与放大器U2的2脚相连，U2的6脚经R5与电子开关U7的13脚相连；插座H2和另一气体压力传感器互连，H2的1脚和2脚分别与放大器U3的2脚和3脚连接，U3的6脚与放大器U4的2脚相连，U4的6脚再与U7的14脚相连；插座H3与一气体流量传感器互连，H3的1脚与U7的15脚相连；插座H4与另一气体流量传感器互连，H4的1脚与U7的12脚相连；插座H5与一氢气浓度传感器互连，H5的2脚经电阻R16、R17与放大器U6的2脚相连，H5的1脚与U6的6脚相连，H5的3脚与场效应管Q2的1脚相连，H5的3脚并经电阻R13与放大器U5的2脚相连，U5的6脚与U7的1脚相连。U7的3脚直接与高精度的A/D芯片U8的4脚相连，，U8的11脚、12脚、13脚、15脚、16脚和17脚分别与插座J1的6脚、4脚、11脚、9脚、7脚和5脚相连，U7的9脚、10脚和11脚分别于J5的8脚、10脚和12脚相连；在数字信号控制模电路中，微处理器U10的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U13的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；微处理器U11的32脚、33脚、34脚、35脚、36脚、37脚、38脚、39脚、30脚分别与锁存器U14的18脚、17脚、14脚、13脚、8脚、7脚、4脚、3脚、11脚相连；双端口RAM芯片U12的6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚分别与U13的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚分别与U14的2脚、5脚、6脚、9脚、12脚、15脚、16脚、19脚相连；U12的14脚、15脚分别与U10的21脚、22脚相连；U12的34脚、33脚分别与U11的21脚、22脚相连；U10的8脚、12脚分别与U11的12脚、8脚相连；在氢焰信号采集模电路中，氢焰信号探测器件H6经R35直接与放大器U43的2脚相连，U43的6脚与放大器U44的5脚相连；H6分别经R36、R37、R38与继电器K1的7脚、继电器K2的7脚、继电器K3的7脚，H6还经R73与K1的3脚、K2的3脚、K3的3脚共同连接，U44的6脚和7脚互连，与R57的1脚相连，R57的2脚与R58的2脚和R59的1脚相互连，R60的2脚与R59的2脚和R67的1脚相互连，并与电子开关U45的2脚相连；R61的2脚与R67的2脚和R68的1脚相互连，并与电子开关U45的15脚相连；R62的2脚与R68的2脚和R69的1脚相互连，并与电子开关U45的14脚相连；R63的2脚与R69的2脚和R70的1脚相互连，并与电子开关U45的13脚相连；R64的2脚与R70的2脚和R71的1脚相互连，并与电子开关U45的12脚相连；R65的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的4脚相连；R66的2脚与R71的2脚和R72的1脚相互连，并与电子开关U45的5脚相连；R58的1脚、R60的1脚、R61的1脚、R62的1脚、R63的1脚、R64的1脚、R65的1脚、R66的1脚互连，并与GND相连，U45的9脚、10脚、11脚分别与J15的6脚、8脚、5脚相连，U44的1脚经R52直接与上位机工作站接口J18相连，44的2脚经R55与继电器K4的4脚相连，U44的3脚经R55与K4的3脚相连；在断电保护模电路中，是3路相同的温控断电保护电路，其中第一路的J19和J28与一个PID互连，J19的1脚和2脚分别于S2的2脚和1脚相连，S2的3脚与K5的3脚连接，S2的4脚与220V交流电的一端相连，K5的2脚K5的控制端与微控制器的一个IO口取反放大后相连，K5的4脚与J24的1脚相连，J24的2脚与220V交流电的另一端相连，J4又与一加热棒互连。
全文摘要
一种便携式气相色谱仪，涉及一种检测和分析电力变压器油中溶解气体的组分和含量的装置，其特征是多路传感器的输出端子与模拟信号采集模块的信号预处理电路相连，并通过模数转换A/D的数字输出端子与数字控制模块的采集输入端口相连，氢焰信号采集模块输出端子直接与上位机工作站连接，同时又与数字信号控制模块采集输入端口相连，数字信号控制模块通过输出端口与液晶显示电路相连，数字信号控制模块的另外输出端口与断电保护装置相连，功能键盘也与数字信号控制模块的控制输入端口相连。其有益效果是不仅操作简便、检测精度高，而且特别适用于现场作业及时发现电力变压器潜伏性故障和有效的跟踪。
文档编号G01N30/02GK1945315SQ20061001664
公开日2007年4月11日 申请日期2006年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者赵继印, 李建坡, 闫战军, 管海军 申请人:吉林大学