一种无线温度测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种温度测量装置，尤其涉及一种无线温度测量装置，用于测量交流输电线路的母排温度。

背景技术：

交流输电线路母排在承受大电流的情况下容易产生发热、气化等现象，从而导致母排的烧损，并对配电安全造成潜在的风险。因此需要引入温度监控装置，以便及时监测母排的发热情况。例如，如果母排烧损则内阻变大，母排温度会持续升高。此时温度监控装置能够使用户及时掌握断路器内部触头的烧损情况，做到提前预警从而提示用户对断路器的母排进行及时维护。

目前已出现了利用无线通信方式来传输温度测量数据的无线温度测量装置，相比传统采用有线通信方式的温度监控装置提高了安全可靠性。然而，现有的温度监控装置一般由电池或电源供电取能，电池供电存在高温危险，电源供电也存在连接可靠问题，而且不方便使用。现有技术还有采用电流互感器取能，交流输电线路投入运行后，在导线周围形成交变电磁场，利用电磁场采集装置可以持续采集导线周围空间中的场能给设备供电，但电流互感器取能需要套入母排，安装使用较麻烦。另外现有的无线温度测量装置的测温电路将测得的温度信号送给单片机进行温度数据处理，再由单片机通过无线发送模块将数据发送给下一级监控装置，电路比较复杂，造成成本增加，不满足目前经济型发展的需要。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种安装使用方便，测温精确，安全可靠的无线温度测量装置。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种无线温度测量装置，用于测量交流输电线路的母排温度，包括无线温度监控单元和一组无线测温终端，无线测温终端通过无线通信方式将测得的温度数据传输给无线温度监控单元；所述无线测温终端包括供能模块、无线模块、测温电路；所述供能模块包括依次电连接的取能线圈、整流电路、保护电路、储能电路、电压控制电路；所述取能线圈包括至少一个开路磁芯以及绕制在所述开路磁芯上的线圈绕组；取能线圈所获取电能经整流电路整流后，经保护电路输入储能电路储存，电压控制电路依据储能电路的电压控制储能电路向无线模块和测温电路输出电能；测温电路用于测量温度并将测得的温度数据通过无线模块传输给无线温度监控单元。

优选地，所述的无线温度监控单元包括电源电路、MCU电路、第二无线模块、通信电路和报警输出电路，MCU电路通过第二无线模块接收无线测温终端的温度数据，与预设值进行比较，超过预设温值则通过报警电路报警，还可以通过通信电路与外部监控中心连接进行通信传送温度监控数据以及进行参数设置，通过显示电路显示各类参数值；

进一步优选地，所述测温电路包括测温探头；所述测温探头包括金属套筒和封装于金属套筒内部的温度传感器；所述金属套筒具有封闭端和开口端，所述封闭端用于直接接触被测物，温度传感器通过所述开口端引出导线与外部电路电连接。

进一步优选地，供能模块、无线模块、测温电路均设置于一个由罩壳和底板构成的壳体中；所述取能线圈和测温探头均安装于底板上，测温探头的前端通过底板上的通孔伸出底板之外；其余的电路均设置在壳体上部远离底板的位置。

优选地，所述无线模块具有温度数据处理功能。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型利用感应耦合技术来收集母排电流的感应电能，无需电池或另外供电，也不用套入母排，只需直接将无线测温终端安装于被测母排上，通过靠近母排的线圈感应取能，使用方便。本实用新型还进一步采用具有温度数据处理功能的无线模块，不需要另外的处理器，电路简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型的无线温度测量装置结构框架示意图；

图2 为无线测温终端的结构示意图；

图3为无线测温终端安装示意图；

图4为取能线圈的结构示意图；

图5为测温探头的结构示意图。

图6为测温探头与底板的安装示意图；

图7为无线测温终端的电路原理框图；

图8为供能模块的电路图；

图9为无线监控单元的电路原理框图；

图10为本实用新型的工作流程示意图。

图中的附图标记含义如下：

1、测温探头，2、取能线圈，3、电路板，4、壳体，11、金属套筒，12、温度传感器，111、封闭端，112、开口端，113、凸起部，121、导线， 21、开路磁芯，22、线圈绕组，23、骨架，221、绕组抽头，41、罩壳，42、底板，421、通孔，422、立柱，423、立柱，424、钢丝。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的无线温度测量装置包括无线温度监控单元和一组无线测温终端，无线测温终端通过无线通信方式将测得的温度数据传输给无线温度监控单元。

如图2、图3所示，无线测温终端安装于母排上，其包括由罩壳41与底板42构成的壳体4，容纳在壳体4容腔内的测温探头1、取能线圈2、电路板3，其中，测温探头1与取能线圈2分别通过导线与电路板3连接。取能线圈2安装于底板42上紧贴母排的位置且取能线圈2与母排电流方向垂直，测温探头1安装于底板42上且前端通过底板上的通孔伸出底板之外与母排紧密接触。

如图4所示，取能线圈2包括开路磁芯21和线圈绕组22。为了便于线圈绕制以及更好的电气绝缘，本实施例中的线圈绕组22通过与开路磁芯21相适配的骨架23绕制于开路磁芯21。线圈绕组22采用单芯漆包线在骨架23上均匀绕制而成；线圈绕组22的首尾抽头221通过导线连接电路板3上的整流电路；线圈绕组22外面覆盖有绝缘层，绝缘层可采用绝缘胶带或塑料外壳。所述的开路磁芯21由多段坡莫合金片或硅钢片叠成，其形状为柱状型，根据需求确定叠成的柱状长宽。为了尽可能导引更多磁力线，提高取能效力，柱状型磁芯两端采用一定工艺将莫合金片或硅钢片折弯成如H型。本实施例优先采用如图4所示的特殊结构，其由杆状磁芯以及对称设置于杆状磁芯两端的两片片状磁芯构成，片状磁芯的平面垂直于杆状磁芯211。该结构的开路磁芯可采用坡莫合金或硅钢片一体成型或焊接得到。开路磁芯21中的杆状磁芯可以是扁平形状也可以是圆柱体；杆状磁芯与片状磁芯的连接处可以位于片状磁芯的中心位置，也可以位于片状磁芯的边缘位置；还有一种方案是不使用骨架23，先在杆状磁芯上缠绕绝缘材料或涂覆绝缘漆，线圈绕组22再均匀绕制在杆状磁芯上。杆状磁芯与片状磁芯的结合尽量紧密，通过片状磁芯尽可能多的导引磁力线，在磁密限制的情况下卷绕线圈的杆状磁芯尽量细，即周长尽量小，线圈绕组的电阻尽量小，取能线圈的磁芯可多个串联或并联以提高磁感应耦合能量。取能线圈2最好紧贴母排的位置安装，且开路磁芯21中的杆状磁芯与母排中的电流方向垂直。

如图5所示，测温探头1设置于壳体4内部，包括金属套筒11和温度传感器12（图中未示出）。本实施例中金属套筒11采用圆柱形铜套筒，其具有封闭端111和开口端112，封闭端111设置为直接接触被测母排表面，开口端112设置有凹槽；金属套筒11中间还设置有凸起部113；本实施例中的温度传感器12采用热敏电阻，将其用导热胶封装于金属套筒11内部，并通过开口端112引出导线121至金属套筒11外部与电路板3上的信号调理电路连接。

请参阅图2、图6，在底板42上开设有通孔421，通孔421的两边分别设置有立柱422和立柱423，立柱422和立柱423的顶部设置有钢丝424。金属套筒11的封闭端111与通孔421相对设置，并通过通孔421与被测母排表面直接接触；钢丝424具有一定弹性，将其设置在测温探头1开口端112的凹槽内，从而使测温探头1与被测母排紧密接触；测温探头1的金属套筒11中间凸起部113的外径大于通孔421的直径，从而使测温探头1的主体部分限制在壳体4内部。

请参阅图7，图8，电路板3上设置有整流电路、保护电路、储能电路、电压控制电路，无线模块和测温电路，整流电路、保护电路、储能电路、电压控制电路与取能线圈构成为其他用电部件提供电能的供能模块。本实施例中的供能模块的电路如图8所示，其包括由开路磁芯和线圈绕组22构成的取能线圈，整流桥D1构成的整流电路，稳压管或TVS管FV1构成的保护电路，储能电容C1构成的储能电路，电阻R1、R2、R3、R4，电容C2、C3、C4、C5，比较芯片N1、电源转换芯片N2构成的电压控制电路。

无线测温终端安装在母排上，母排流过工频电流时，取能线圈收集电磁场能量经整流电路整流成直流电后，经保护电路提供给储能电路储能，由储能电路储存的电压经电压控制电路将直流电转换成合适的电压后提供给后级电路。电路板3上面的信号调理电路与测温探头1的引出导线121连接，将温度传感器12测得的温度信号进行处理后通过无线模块发送给无线温度监控单元；本实施例中的无线模块集成了无线通信与温度数据处理功能，因此不需要另外的处理器进行数据处理，电路更简单。

本实用新型为了方便无线测温终端的安装，将取能线圈2的磁芯21设置为开路磁芯，即取能线圈2采用了弱耦合的方式收集母排电流感应出的电能，该取能方式无法维持功能电路的连续工作，因此无线模块应尽可能采用低功耗无线通信技术，如ZigBee， wifi，bluetooth等技术。并且可将无线测温终端设置成间歇式工作模式。同时为了尽量提高能量收集效率，最好将取能线圈2设置在靠近所述底板42的位置。

为了解决弱耦合取能方式下无线测温终端的启动问题，当被测母排上流过一定电流时，取能线圈2上感应出的电能被储能电路储存起来，本实施例中的储能电路由储能电容构成，供能模块的输出根据启动电压和关闭电压分别设置成启动和关闭两种状态，由比较芯片N1提供两种基准电压，启动电压大于关闭电压。当储能电容上的电压上升到大于启动电压时，取能电路由电源转换芯片N2将电压转换成合适的电压开始为测温电路和无线模块供电；当储能电容上的电压下降到低于关闭电压时，取能电路停止为测温电路和无线模块供电。

请参阅图2、图3，罩壳41上还设置有固定孔411和412，将测温探头1安装在底板42上，取能线圈2按照磁芯21始终与无线测温终端安装位置处的母排电流方向垂直的原则安装于底板42上。由于线路板3上的电子元件对高温敏感，因此将线路板3设置在取能线圈2上面远离底板42的位置，无线测温终端的内部结构安装完成后，将底板42与罩壳41通过超声波焊接工艺或铆接工艺组合在一起，组成的无线测温终端如图3所示。安装无线测温终端时通过壳体4上的固定孔411和412将无线测温终端用自攻螺钉直接固定在母排上，比较方便。

请参阅图9，图10，本实施例中的无线温度监控单元安装于配电柜柜门上，其包括电源电路、MCU电路、无线模块、通信电路、警输出电路和显示电路，MCU电路通过无线模块接收无线测温终端的温度数据，与预设值进行比较，超过预设温值则通过报警电路报警，还可以通过通信电路与外部监控中心连接进行通信传送温度监控数据以及进行参数设置，通过显示电路显示各类参数值；无线温度监控单元所使用的与监控中心连接的通信技术优选RS485。