一种用于测试高压电力电子设备温度的装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，包括温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器；温度传感单元具有四个接线端子T1、T2、T3和T4；四个接线端子经由两组双芯屏蔽的双绞线连接所述后续处理电路；后续处理电路包括：与两组双芯屏蔽的双绞线连接的恒流源激励电路，依次连接在两组双芯屏蔽的双绞线与单组双芯屏蔽的双绞线之间的初级后续处理电路、隔离电路和电压/电流转换电路；以及连接在单组双芯屏蔽的双绞线的输出端的次级后续处理电路；数据采集器与次级后续处理电路的输出端连接。本发明在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。
【专利说明】
一种用于测试高压电力电子设备温度的装置
技术领域
[0001]本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于测试高压电力电子设备温度的装置。
【背景技术】
[0002]目前电力电子技术已经发展到了非常高的技术水平，高压大功率电力电子器件，如8000V等级的相控晶闸管(SCR)、5000V等级的IGBT(绝缘栅双极晶体管)、7000V的IGCT(集成门极换流晶闸管)等相继问世，极大地促进了电力电子装置朝着高电压、强电流、全数字化、模块化方向发展。
[0003]由于电力电子器件工作时都会发热，将使其自身工作温度升高，而器件温度过高将缩短其使用寿命，甚至烧毁器件，大大降低了装置的可靠性，这也是限制电力电子器件的额定电流和额定电压的主要原因。通常的解决办法是专设冷却系统，通过直接或者间接实时检测电力电子器件的温度，一旦发现它们过温，控制器发送控制指令，加速冷却系统及时工作，确保电力电子器件在额定温度以下正常工作，这是保证电力电子装置避免因各种原因引起设备过热而造成损毁的重要技术手段。
[0004]统计表明，在电力电子装置中，除了测量电压、电流等参变量之外，温度是使用频率最高的测试对象，如电力电子开关模块的温度测量、滤波电抗器的温度测量、滤波电容器的温度测量、变压器绕组的温度测量、通电母排(电缆)的温度测量、冷却介质(如风、冷却水、冷却油等)的温度测量、蓄电池的温度测量等。
[0005]在高压电力电子设备中，对温度传感单元及其后续处理器的要求极为苛刻，包括如下三个方面:
[0006](I)由于电力电子器件工作时电压高达数千伏特，要求温度传感单元的绝缘性能必须高达数十千伏特；
[0007](2)由于电力电子器件工作时电流高达数十千安培，要求温度传感单元及其后续处理器必须具有良好的抗强电磁干扰的能力；
[0008](3)测试现场与控制中心，距离较远，一般超过数十米以上。
[0009]研究与实践均表明:在高压电力电子设备中，如果温度传感单元的绝缘性能出现异常或者后续处理器受到电磁干扰，极易给出温度误报警信号，造成电力电子开关误动作而产生严重后果。由此可见，亟需研制出一套既能够远距离传输、还能正常穿行于强电磁场环境的测温装置，它对确保高压电力电子设备能够安全和可靠的运行至关重要。
【发明内容】
[0010]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，旨在解决了高压电力电子设备中的测温装置远距离传输易受强电磁干扰的问题。
[0011]为实现上述目的，本发明提供了一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，包括温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器;所述温度传感单元具有四个接线端子T1、T2、T3和T4;所述四个接线端子经由所述两组双芯屏蔽的双绞线连接所述后续处理电路;所述后续处理电路包括:与所述两组双芯屏蔽的双绞线连接的恒流源激励电路，依次连接在所述两组双芯屏蔽的双绞线与所述单组双芯屏蔽的双绞线之间的初级后续处理电路、隔离电路和电压/电流转换电路；以及连接在所述单组双芯屏蔽的双绞线的输出端的次级后续处理电路;所述数据采集器与所述次级后续处理电路的输出端连接。
[0012]其中，温度传感单元用于获取高压电力电子设备的温度;两组双芯屏蔽的双绞线既要为温度传感单元提供激励电源，又要获取温度传感单元的端电压；后续处理电路用于将反映温度的电压信号转换为电流信号，便于远距离传输，然后再经过隔离变换和电压/电流转换，将最终获得的反映温度的电压信号传给数据采集器;单组双芯屏蔽的双绞线将反映温度的电流信号传给电压/电流转换电路;数据采集器用于采集反映温度的电压信号，最终获得高压电力电子设备的温度。
[0013]其中，恒流源激励电路用于激励温度传感单元;初级后续处理电路用于滤波处理反映温度的电压信号，并将其放大处理；隔离电路用于将反映温度的电压信号进行隔离处理，提高测试系统的抗干扰能力；电压/电流转换电路用于将反映温度的电压信号转换电流信号，便于远距离传输，降低信号损耗并提高测试系统的抗干扰能力;次级后续处理电路用于将反映温度的电流信号转换电压信号，并进行滤波处理，提高波形质量。
[0014]更进一步地，所述温度传感单元具有绝缘结构，包括缘外套、温度传感器和瓷片；在所述绝缘外套中，将所述温度传感器安装在所述瓷片上，并通过在所述绝缘外套中浇注绝缘胶将所述温度传感器、所述瓷片集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。
[0015]更进一步地，所述恒流源激励电路包括依次连接的稳压电路和恒流源电路;稳压电路包括稳压电路Ar、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容CjP电源+Ui ；所述滤波电容C1和所述滤波电容(:2并联后的一端连接所述稳压电路Ar的输出端，另一端接地线GNDl;所述滤波电容C3和所述滤波电容C4并联后的一端连接所述稳压电路Ar的第一输入端(第2引脚)，另一端接地线GNDl;所述稳压电路Ar的第一输入端(第2引脚)和第二输入端(第3引脚)短接后接电源+U1，所述稳压电路Ar的接地端(第1、4、7、8引脚)接地线GNDl，所述稳压电路Ar的输出端(第6引脚)作为所述稳压电路的输出端;所述恒流源电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和采样电阻Rs;所述运算放大器六工的同相端A1+作为所述恒流源电路的输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述运算放大器A1的反相端^-接所述运算放大器A4的输出端UQ4，所述运算放大器八工的输出端Uo1接所述采样电阻Rs的一端，所述采样电阻Rs的另一端接接所述运算放大器A3的同相端A3+,所述运算放大器如的同相端A2+接所述运算放大器^的输出端Uo1，所述运算放大器如的反相端A2-接所述运算放大器如的输出端Uq2，所述运算放大器如的输出端Uq2接所述电阻办的一端，所述电阻R1的另一端接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的一端接所述运算放大器A4的同相端A4+,电阻R3的另一端接地线GNDl，所述运算放大器A4的输出端Uo4接所述运算放大器A1的反相端1，所述运算放大器A4的反相端A4-接所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接所述运算放大器A4的输出端UQ4，所述电阻仏的一端接所述运算放大器A4的反相端A4-，所述电阻他的另一端接所述运算放大器A3的输出端UQ3，所述运算放大器A3的输出端U03接所述运算放大器A3的反相端A3-,所述运算放大器A3的同相端A3+接两组双芯屏蔽的双绞线的T5端。
[0016]更进一步地，所述恒流源激励电路包括依次连接的稳压电路和恒流源电路;所述稳压电路包括稳压电路Ar、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电源+U1;所述滤波电容C1和所述滤波电容(:2并联后的一端连接所述稳压电路Ar的输出端(第6脚)，另一端接地线GNDl;所述滤波电容C3和所述滤波电容C4并联后的一端连接所述稳压电路Ar的第一输入端(第2脚)，另一端接地线GNDl;所述稳压电路Ar的第一输入端(第2脚)和第二输入端(第3脚)短接之后接电源+U1，所述稳压电路Ar的接地端(第1、4、7和8脚)短接之后接地线GNDl，所述稳压电路Ar的输出端(第6脚)作为所述稳压电路的输出端;所述恒流源电路包括运算放大器A1、仪用运放A12、电阻Rq和采样电阻Rs;
[0017]所述运算放大器^的同相端A1+作为所述恒流源电路的输入端连接至所述稳压电路的输出端，所述运算放大器A1的反相端^-接所述仪用运放A12的输出端(第6脚)，所述运算放大器^的输出端Uo1接所述采样电阻Rs的一端，所述采样电阻Rs的一端接所述稳压仪用运放A12的同相输入端(第2脚)，所述采样电阻Rs的另一端接所述仪用运放A12的反相输入端(第3脚)，所述电阻Rg1的一端接仪用运放A12的增益端(第I脚)，所述电阻Rg1的另一端接所述仪用运放A12的增益端(第8脚)，所述仪用运放A12的正电源端(第7脚)接电源+U1，所述仪用运放A12的负电源端(第4脚)和参考电压端(第5脚)同时接在地线GNDl，所述仪用运放A12的反相输入端(第3脚)接两组双芯屏蔽的双绞线的T5端。
[0018]更进一步地，所述初级后续处理电路包括依次连接的初级滤波器和初级放大器；所述初级滤波器包括电阻Rs、电阻R6、电容C5、电容C6和电容C7;所述电阻R5的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T7端，所述电阻R5的另一端通过所述电容(:5接地线GNDl;所述电阻R6的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T8端，所述电阻R6的另一端通过所述电容C6接地线GNDl;所述电容C7的一端接电阻抱的另一端，所述电容C7的另一端接所述电阻R6的另一端;所述初级放大器包括运算放大器A5、运算放大器A6、运算放大器A7、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R1Q;所述运算放大器^的同相端A5+接所述电容C7的一端，所述运算放大器A5的反相端A5-接运算放大器A5的输出端Ulffi，所述运算放大器A5的输出端Uc)5接所述电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接所述运算放大器A7的同相端A?+，所述电阻R9的一端接所述运算放大器A7的同相端A?+，所述电阻R9的另一端接地线GNDl;所述运算放大器A6的同相端A6+接所述电容C7的另一端，所述运算放大器A6的反相端A6-接所述运算放大器A6的输出端Uo6，所述运算放大器A6的输出端Uo6接所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端接所述运算放大器A7的反相端A7-，所述运算放大器A7的反相端A7-接所述电阻Riq的一端，所述电阻Riq的另一端接所述运算放大器A7的输出端U07。
[0019]更进一步地，初级后续处理电路包括依次连接的初级滤波器和初级放大器;初级滤波器包括电阻R5、电阻R6、电容C5、电容C6和电容C7;电阻R5的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T7端，所述电阻R5的另一端通过所述电容(:5接地线GNDl;所述电阻R6的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线的T8端，所述电阻R6的另一端通过所述电容C6接地线GNDl;所述电容C7的一端接所述电阻抱的另一端，电容C7的另一端接所述电阻R6的另一端;所述初级放大器包括仪用运放A13和电阻Rc2;所述仪用运放A13的同相输入端(第2脚)连接至所述电容C7的一端，所述仪用运放A13的反相输入端(第3脚)连接至所述电容C7的另一端，所述电阻Rc2连接在所述仪用运放A13的增益端(第I脚)和增益端(第8脚)之间；所述仪用运放A13的正电源端(第7脚)接正电源+U1，所述仪用运放A13的负电源端(第4脚)和参考电压端(第5脚)同时接在地线GNDl，所述仪用运放A13的输出端(第6脚)作为所述初级放大器的输出端。
[0020]更进一步地，隔离电路包括隔离运放芯片As、电阻Rn、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15;所述电阻Rn的一端连接端子T9，所述电阻Rn的另一端接电阻R13的一端，所述电阻R13的一端接所述隔离运放芯片A8的反相输入端(第3脚)，所述电阻R13的另一端接所述隔离运放芯片A8的反馈电阻输入端(第4脚)；所述电阻R12的一端连接端子T1Q，所述电阻R12的另一端接所述电阻仏4的一端，所述电阻R14的一端接所述隔离运放芯片A8的同相输入端(第I脚)，所述电阻R14的另一端接所述隔离运放芯片A8的接地端(第2脚)，所述隔离运放芯片A8的输出端(第38脚)接所述电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端与所述端子T11连接，所述电容C8的一端与所述端子T11连接，所述电容C8的另一端接所述隔离运放芯片A8的接地端(第37脚)，所述芯片As的接地端(第37脚)接地线GND2。
[0021]更进一步地，所述电压/电流转换电路包括运算放大器As、电压/电流转换电路芯片A1Q、二极管D1、滑动电阻Rp1、稳压二极管D2和电容C9;所述运算放大器A9的同相端A9+接所述端子Tn，所述运算放大器A9的反相端A9-连接所述运算放大器A9的输出端UQ9，所述运算放大器A9的输出端Uo9接所述电压/电流转换芯片Aiq的输入端(第I脚)，所述电压/电流转换芯片Aiq的微调端(第2脚)接所述滑动电阻Rp1的一端，所述滑动电阻加的可调端接地线GND2，所述电压/电流转换芯片Aiq的电源端(第3脚)接所述二极管D1的负端，所述二极管D1的正端接电源+U3，所述电容C9的一端接电源+U3，所述电容C9的另一端接所述稳压二极管出的正端，所述稳压二极管出的正端接地线GND3，所述稳压二极管出的负端接地线GND2。
[0022]更进一步地，所述次级后续处理电路包括运算放大器Au、电阻Rm、电阻R16、电阻Rn、电阻R18、电阻R19和电容C11;所述电阻Rm的一端接所述端子T15，所述电阻Rm的另一端接所述端子T16，所述电阻R16的一端接所述端子T15，所述电阻R16的另一端接所述电容Ciq的一端，所述电容ClQ的一端接所述电阻Rl7的一端，所述电容ClQ的另一端接所述运算放大器All的输出端Uon，所述电阻R17的另一端接所述电容Cn的一端，所述电容Cn的一端接所述运算放大器A11的同相端Au+，所述电容C11的另一端接地线GND3，所述电阻R18的一端接地线GND3，所述电阻R18的另一端接所述电阻R19的一端，所述电阻R19的一端接所述运算放大器A11的反相端Au-，所述电阻Rig的另一端接运算放大器An的输出端Uon。
[0023]本发明的优点在于:
[0024](I)本测温装置的传感器采用四端接法，且利用恒流源激励温度传感器，确保测试系统的良好线性度和高准确度；
[0025](2)本测温传感头被放置于耐高压的绝缘护套中，解决了工作于高压环境中的温度传感器的高压绝缘问题；
[0026](3)本测温装置将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了远距离传输的问题；
[0027](4)在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置的结构示意图。
[0029]图2为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中具有绝缘结构的温度传感单元的结构示意图。
[0030]图3为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的恒流源激励电路的原理图。
[0031]图4为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的初级后续处理电路的原理图。
[0032]图5为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的隔离电路的原理图。
[0033]图6为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的电压/电流转换电路的原理图。
[0034]图7为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的次级后续处理电路的原理图。
[0035]图8为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的恒流源激励电路的另外一种【具体实施方式】的原理图。
[0036]图9为本发明实施例提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中温度传感器的初级后续处理电路的另外一种【具体实施方式】的原理图。
【具体实施方式】
[0037]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]本发明提供的用于测试高压电力电子设备温度的装置中，由于温度传感单元采用了绝缘型结构、利用恒流源激励温度传感器、将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了高压电力电子设备中的测温装置远距离传输易受强电磁干扰的技术难题，确保高压电力电子设备健康和可靠运行。
[0039]本装置也可以推广应用于高压场合的其它需要测温的设备中。
[0040]本发明提供一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，目的在于能够在强电磁场环境中实现远距离传输且可靠监测电力电子开关的运行温度，确保高压电力电子设备安全和可靠运行。
[0041]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，其特征在于，它包括具有绝缘结构的温度传感单元、两组双芯屏蔽的双绞线、温度传感器的后续处理电路、单组双芯屏蔽的双绞线和数据采集器；
[0042]所述具有绝缘结构的温度传感单元包括埋植在绝缘套中的温度传感器，温度传感器，采用四端接法，即传感头含有TjPT2、T3和T4四个接线端子，经由所述两组双芯屏蔽的双绞线连接温度传感器的后续处理电路；
[0043]所述温度传感器的后续处理电路由温度传感器的恒流源激励电路、温度传感器的初级后续处理电路、温度传感器的隔离电路、温度传感器的电压/电流转换电路、温度传感器的次级后续处理电路组成;温度传感器的恒流源激励电路将其产生的激励电流It经由两组双芯屏蔽的双绞线，传给温度传感器Rt，将温度传感器Rt输出的反映温度的电压信号Ut，先后传输到温度传感器的初级后续处理电路、温度传感器的隔离电路、温度传感器的电压/电流转换电路，经由它们处理之后，获得反映温度的电流信号Im，再经由单组双芯屏蔽的双绞线，传输给温度传感器的次级后续处理电路，经由它处理之后，传输给数据采集器;数据采集器实时采集反映被测体温度的电压信号，最终获得反映温度的电压信号Ut，根据电压信号Ut分析得到被测体的温度。
[0044]本发明装置将传感头埋植在绝缘护套中，采用恒流源激励温度传感器，再将反映温度的电压信号转换为电流信号，可用于远距离传输，方便温度信号的实时、可靠、准确采集。
[0045]具体而言，本发明的优点在于:
[0046](I)本测温装置的传感器采用四端接法，且利用恒流源激励温度传感器，确保测试系统的良好线性度和高准确度；
[0047](2)本测温传感头被放置于耐高压的绝缘护套中，解决了工作于高压环境中的温度传感器的高压绝缘问题；
[0048](3)本测温装置将反映温度的电压信号转换为电流信号，解决了远距离传输的问题；
[0049](4)在测温装置中设置了多级滤波器电路，增强了工作于强电磁环境中的测温系统的抗干扰能力。
[0050]总之，本发明测温装置，适应了远距离监测高压环境、电磁干扰严重的工作场合，抗电磁干扰能力强，结构简单，重量轻，互换性强，安装、校准、调试、维护均方便。
[0051]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0052]如图1所示，本发明装置包括具有绝缘结构的温度传感单元1、两组双芯屏蔽的双绞线2、温度传感器的后续处理电路(由温度传感器的恒流源激励电路3、温度传感器的初级后续处理电路4、温度传感器的隔离电路5、温度传感器的电压/电流转换电路6、温度传感器的次级后续处理电路8组成)、单组双芯屏蔽的双绞线7和数据采集器9。
[0053]现将其工作原理和信号传输路径简述如下:
[0054]如图2所示，具有绝缘结构的温度传感单元1，将温度传感器Rt(如PT100、PT1000等)预埋在绝缘外套中，为提高测试结果的正确性，特将温度传感器Rt设计为四端接法，即该传感头具有TjPT2、T3和Τ4四个接线端子，经由两组双芯屏蔽的双绞线2连接温度传感器的后续处理电路。
[0055]如图2所示，温度传感器的绝缘结构由绝缘外套1-1、温度传感器1-2、瓷片1-3组成，在绝缘外套1-1中，将温度传感器1-2安装在瓷片1-3上面，由于温度传感器1-2采用四端接法，其中接线端子^和!^作为连接激励电源线的接线端，接线端子T3和T4是获得端电压的测量线，它们经由两组双芯屏蔽的双绞线2引出，并将上述结构置于绝缘外套1-1之内，再在绝缘外套1-1中浇注绝缘胶，最终将温度传感器1-2、瓷片1-3集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。
[0056]如图3所示，温度传感器的恒流源激励电路由稳压电路3-1和恒流源电路3-2组成，其中稳压电路3-1是由稳压电路Ar、滤波电容C1、C2、C3和C4，以及电源+Ui组成，恒流源电路3_2是由四个芯片(8卩六1^2^3^4)、电阻(8卩1?1、1?2、1?3、1?4)以及采样电阻1^组成。在稳压电路3-1中，滤波电容&和(:2并联之后，它们的一端接稳压电路Ar的第6脚，另一端接地线GNDl，滤波电容C3和C4并联之后，它们的一端接稳压电路Ar的第2脚，另一端接地线GNDl，稳压电路Ar的第2脚和第3脚短接之后接电源+U1，稳压电路Ar的第1、4、7和8脚短接之后接地线GNDl，稳压电路Ar的第6脚接运算放大器六工的同相端六1+，运算放大器A1的反相端六卜接芯片A4的输出端U 04，运算放大器Ai的输出端Uoi接米样电阻Rs的一端，米样电阻Rs的另一端接接芯片A3的同相端A3+，芯片A2的同相端A2+接运算放大器Al的输出端Uqi，芯片A2的反相端A2-接芯片A2的输出端Uc)2，芯片A2的输出端Uc)2接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的该端接芯片A4的同相端A4+,电阻R3的另一端接地线GNDl，芯片A4的输出端Uo4接运算放大器A1的反相端Al-，芯片A4的反相端A4-接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接芯片A4的输出端Uci4，电阻R2的一端接芯片A4的反相端A4-，电阻R2的另一端接芯片A3的输出端Uci3，芯片A3的输出端Uc)3接芯片A3的反相端A3-,芯片A3的同相端A3+接两组双芯屏蔽的双绞线2的!^端，由稳压电路3-1输出的电压Ur，经过恒流源电路处理之后，流进采样电阻Rs，输出激励电流It，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的!^端，再流入到温度传感器Rt之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T6端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中，图3所示电路中的芯片A2、A3和A4以及RhR^RhR4组成的放大器电路3-2，可以由仪用运放替换，详见温度传感器恒流源电路的另外一种【具体实施方式】的原理图8所示。
[0057]如图4所示，温度传感器的初级后续处理电路由初级滤波器4-1和初级放大器4-2组成，来自温度传感器的恒流源激励电路3的激励电流It，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的1~5端，再流入到温度传感器Rt之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T6端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中的地线GNDl，两组双芯屏蔽的双绞线2的T7端接初级滤波器4-1中的电阻R5的一端，电阻R5的另一端接电容Cs的一端，电容Cs的另一端接地线GNDl，两组双芯屏蔽的双绞线2的T8端接初级滤波器4-1中的电阻R6的一端，R6的另一端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7的一端接芯片六5的同相端A5+，电容C7的另一端接芯片A6的同相端A6+，芯片A5的反相端A5-接芯片A5的输出端Ulffi，芯片A5的输出端U05接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接芯片A7的同相端A7+，电阻R9的一端接芯片A7的同相端A7+，电阻R9的另一端接地线GNDI，芯片A6的反相端A6-接芯片A6的输出端Uo6，芯片A6的输出端Uci6接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接芯片A7的反相端A7-，芯片A7的反相端A7-接电阻Ri O的一端，电阻Ri O的另一端接芯片A7的输出端Uci7，芯片A7的输出端Uci7与接线端子T1Q连接，接线端子T9连接地线GNDl，经由接线端子T9和T1Q，将温度传感器的初级后续处理电路获得的反应被测体温度的电压信号传送到温度传感器的隔离电路5中。
[0058]如图5所示，温度传感器的隔离电路5连接接线端子T9和T1Q，经由接线端子TdPT10,接收温度传感器的初级后续处理电路4的输出信号，接线端子T9接电阻Rn的一端，电阻Rn的另一端接电阻R13的一端，电阻R13的该端接芯片A8的第3脚，电阻R13的另一端接芯片A8的第4脚，接线端子Tiq接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻Rm的一端，电阻R14的该端接芯片As的第I脚，电阻Rw的另一端接芯片As的第2脚，芯片As的第38脚接电阻Ri5的一端，电阻Ri5的另一端与接线端子Tn连接，电容C8的一端与接线端子T11连接，电容C8的另一端接芯片A8的第37脚，芯片A8的第37脚接地线GND2，接线端子T12接地线GND2，经由接线端子T11和T12，将温度传感器的隔离电路5处理获得的信号传送到温度传感器的电压/电流转换电路6。
[0059]如图6所示，温度传感器的电压/电流转换电路6，连接输入端的接线端子T1JPT12,接收温度传感器的隔离电路5处理获得的输出信号，接线端子T12接地线GND2，接线端子T11接芯片A9的同相端A9+，芯片A9的反相端A9-接芯片A9的输出端Uo9，芯片A9的输出端Uo9接运算放大器Aiq的第I脚，运算放大器Aiq的第2脚接滑动电阻Rp1的一端，滑动电阻Rp1的可调端接地线GND2，运算放大器A1的第3脚接二极管Di的负端，二极管Di的正端接电源+U3，电容C9的一端接电源+U3，电容C9的另一端接稳压二极管D2的正端，稳压二极管D2的正端接地线GND3，稳压二极管出的负端接地线GND2，温度传感器的电压/电流转换电路6的输出端的接线端子T14连接地线GND3，接线端子T13连接地线GND2，经由接线端子T1^PT14，将温度传感器的电压/电流转换电路6获得的反应被测体温度的电流信号，通过单组双芯屏蔽的双绞线7，传送到温度传感器的次级后续处理电路8。
[0060]如图7所示，温度传感器的次级后续处理电路8，连接输入端的接线端子T1^PT16,接收单组双芯屏蔽的双绞线7传送的电流信号Im，接线端子T15接电阻Rm的一端，电阻Rm的另一端与接线端子T16连接，接线端子T16接地线GND3，电阻R16的一端与接线端子T15相连，电阻Rl6的另一端接电容ClQ的一端，电容ClQ的该端接电阻Rl7的一端，电容ClQ的另一端接运算放大器All的输出端Uoii，电阻Rn的另一端接电容CiI的一端，电容Cii的该端接运算放大器All的同相端Au+，电容C11的另一端接地线GND3，电阻R18的一端接地线GND3，电阻R18的另一端接电阻R19的一端，电阻R19的该端接运算放大器A11的反相端Au-，电阻R19的另一端接运算放大器Au的输出端UQ11，温度传感器的次级后续处理电路8的输出端的接线端子T17连接运算放大器An的输出端Uon，接线端子T18连接地线GND3，经由接线端子Tn和T18，将温度传感器的次级后续处理电路8获得的反应被测体温度的电压信号，传送到数据采集器9。
[0061]数据采集器9可以采用专门的数据采集电路，如NI公司仪表生产的多功能数据采集设备，也可采用高档单片机或者ARM芯片构建采集卡。
[0062]图3所示实施例中的稳压电路Ar可以选择精密微功耗低压降电压基准芯片，充当温度传感器Rt的激励电流所需的稳压电源，如LM4140系列，它是一种高精度的微功耗低压降参考电源，它有三种温漂级别:1)A级芯片的温漂不超过3ppm/°C;2)B级芯片的温漂不超过6ppm/°C ;3)C级芯片的温漂不超过10ppm/°C。
[0063]图3和图4所示实施例中的运算放大器A^HA4,可以采用单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797和0PA170等；也可以选择高精度、低噪声双运放，如0PA2227、0卩八2170、几02262和1'1^2453等；可以选择精密四运放，如0?484、0?六4170、1'1^2454和0PA4188 等。
[0064]图5所示实施例中的隔离芯片As，可以选择变压器耦合式隔离运放，如AD202;也可以选择电场耦合隔离运放，如IS0122;还可以选择光耦隔离运放，如IS0100。
[0065]图6所示实施例中的芯片A9,可以选择单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797和0PA170等。图6所示实施例中的电压/电流转换芯片A1Q，可以选择电压/电流变送器，如DH4-20mA变送器;也可以选择集成电压/电流转换芯片，如AD694、XTR 111和MAX472等。
[0066]图7所示实施例中的运算放大器An，可以选择单路的低噪声精密运放，如0P07、0P27、AD797 和 0PA170 等。
[0067]如图8所示，它表示温度传感器的恒流源激励电路的另外一种【具体实施方式】的原理图，用仪用运放Ai2代替图3所示电路中的芯片A2、A3和A4，仪用运放Ai2可以选用AD公司的AD620、AD524、AD526、AD624、INAlOl;TI公司的INA102、INA105、INA128、INAl 10、INA146、INA148等。现将接线关系说明如下:
[0068]稳压电路Ar的第6脚接运算放大器^的同相输入端A1+，运算放大器A1的反相输入端A1—接仪用运放A12的第6脚，运算放大器^的输出端Uo1接采样电阻Rs的一端，采样电阻Rs的该端接稳压仪用运放A12的第2脚，采样电阻Rs的另一端接仪用运放A12的第3脚，电阻Rg1的一端接仪用运放A12的第I脚，电阻Rci的另一端接仪用运放A12的第8脚，仪用运放A12的第7脚接电源+U1，仪用运放A12的第4脚和第5脚同时接在地线GNDl，仪用运放A12的第3脚接两组双芯屏蔽的双绞线2的!^端，由稳压电路3-1输出的电压UR，经过恒流源电路处理之后流进采样电阻Rs，输出激励电流It，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的!^端，再流入到温度传感器Rt之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T6端，流入温度传感器的初级后续处理电路4。
[0069]如图9所示，它表示温度传感器的初级后续处理电路的另外一种【具体实施方式】的原理图，用仪用运放A13代替图4所示电路中的芯片六5、A6和A7，仪用运放A13的选择方法如前述，现将接线关系说明如下:
[0070]来自温度传感器的恒流源激励电路3的激励电流It，流进两组双芯屏蔽的双绞线2的!^端，再流入到温度传感器Rt之后，经由两组双芯屏蔽的双绞线2的T6端，流入温度传感器的初级后续处理电路4中的地线GNDl，两组双芯屏蔽的双绞线2的T7端接初级滤波器4-1中的电阻Rs的一端，电阻R5的另一端接电容(:5的一端，电容C5的另一端接地线GNDI，两组双芯屏蔽的双绞线2的T8端接初级滤波器4-1中的电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电容C6的一端，电容C6的另一端接地线GNDl，电容C7并接在仪用运放A13的第2脚和第3脚之间，电阻Rc2的一端接在仪用运放A13的第I脚，电阻Rc2的另一端接在仪用运放A13的第8脚，仪用运放A13的第7脚接正电源+U1，仪用运放A13的第4脚和第5脚同时接在地线GNDl，接线端T9接仪用运放A13的第6脚，接线端Tiq接地线GNDl，经由接线端T9和T1Q，将温度传感器的初级后续处理电路4处理获得的信号传送到温度传感器的隔离电路5中。
[0071]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于测试高压电力电子设备温度的装置，其特征在于，包括温度传感单元(I)、两组双芯屏蔽的双绞线(2)、后续处理电路，单组双芯屏蔽的双绞线(7)和数据采集器(9); 所述温度传感单元(I)具有四个接线端子T1、T2、T3和T4;所述四个接线端子经由所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)连接所述后续处理电路； 所述后续处理电路包括:与所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)连接的恒流源激励电路(3)，依次连接在所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)与所述单组双芯屏蔽的双绞线(7)之间的初级后续处理电路(4)、隔离电路(5)和电压/电流转换电路(6);以及连接在所述单组双芯屏蔽的双绞线(7)的输出端的次级后续处理电路(8); 所述数据采集器(9)与所述次级后续处理电路(8)的输出端连接。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度传感单元(I)具有绝缘结构，包括缘外套(1-1)、温度传感器(1-2)和瓷片(1-3);在所述绝缘外套(1-1)中，将所述温度传感器(1-2)安装在所述瓷片(1-3)上，并通过在所述绝缘外套(1-1)中浇注绝缘胶将所述温度传感器(1-2)、所述瓷片(1-3)集成一体，以增强整个传感头的绝缘能力。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述恒流源激励电路(3)包括依次连接的稳压电路(3-1)和恒流源电路(3-2); 所述稳压电路(3-1)包括稳压电路Ar、滤波电容&、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电源+U1;所述滤波电容C1和所述滤波电容(:2并联后的一端连接所述稳压电路Ar的输出端，另一端接地线GNDl;所述滤波电容C3和所述滤波电容C4并联后的一端连接所述稳压电路Ar的第一输入端，另一端接地线GNDl;所述稳压电路Ar的第一输入端和第二输入端短接后接电源+U1，所述稳压电路Ar的接地端接地线GNDl，所述稳压电路Ar的输出端作为所述稳压电路(3-1)的输出端； 所述恒流源电路(3-2)包括运算放大器^、运算放大器A2、运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和采样电阻Rs;所述运算放大器^的同相端A1+作为所述恒流源电路(3-2)的输入端连接至所述稳压电路(3-1)的输出端，所述运算放大器^的反相端A1-接所述运算放大器A4的输出端UQ4，所述运算放大器六工的输出端Uo1接所述采样电阻Rs的一端，所述采样电阻Rs的另一端接接所述运算放大器A3的同相端A3+，所述运算放大器如的同相端A2+接所述运算放大器Al的输出端Uo1，所述运算放大器如的反相端A2-接所述运算放大器A2的输出端Uo2，所述运算放大器如的输出端Uo2接所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的一端接所述运算放大器A4的同相端A4+,电阻R3的另一端接地线GNDl，所述运算放大器A4的输出端Uo4接所述运算放大器Al的反相端^-，所述运算放大器A4的反相端A4-接所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端接所述运算放大器A4的输出端Uo4，所述电阻他的一端接所述运算放大器A4的反相端A4-,所述电阻他的另一端接所述运算放大器A3的输出端UQ3，所述运算放大器A3的输出端Uo3接所述运算放大器A3的反相端A3-,所述运算放大器A3的同相端A3+接两组双芯屏蔽的双绞线2的1~5端。4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述恒流源激励电路(3)包括依次连接的稳压电路(3-1)和恒流源电路(3-2); 所述稳压电路(3-1)包括稳压电路Ar、滤波电容&、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4和电源+U1;所述滤波电容C1和所述滤波电容(:2并联后的一端连接所述稳压电路Ar的输出端，另一端接地线GNDl;所述滤波电容C3和所述滤波电容C4并联后的一端连接所述稳压电路Ar的第一输入端，另一端接地线GNDl ；所述稳压电路Ar的第一输入端和第二输入端短接之后接电源+U1，所述稳压电路Ar的接地端短接之后接地线GNDl，所述稳压电路Ar的输出端作为所述稳压电路(3-1)的输出端； 所述恒流源电路(3-2)包括运算放大器^、仪用运放A12、电阻Rg1和采样电阻Rs; 所述运算放大器^的同相端A1+作为所述恒流源电路(3-2)的输入端连接至所述稳压电路(3-1)的输出端，所述运算放大器A1的反相端^-接所述仪用运放A12的输出端，所述运算放大器输出端Uo1接所述采样电阻Rs的一端，所述采样电阻Rs的一端接所述稳压仪用运放A12的同相输入端，所述采样电阻Rs的另一端接所述仪用运放A12的反相输入端，所述电阻Rg1的一端接仪用运放A12的增益端，所述电阻Rci的另一端接所述仪用运放A12的增益端，所述仪用运放A12的正电源端接电源+U1，所述仪用运放A12的负电源端和参考电压端同时接在地线GNDl，所述仪用运放A12的反相输入端接两组双芯屏蔽的双绞线的T5端。5.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述初级后续处理电路(4)包括依次连接的初级滤波器(4-1)和初级放大器(4-2); 所述初级滤波器(4-1 )包括电阻R5、电阻R6、电容C5、电容C6和电容C7 ;所述电阻R5的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T7端，所述电阻R5的另一端通过所述电容仏接地线GNDl;所述电阻R6的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)的T8端，所述电阻R6的另一端通过所述电容C6接地线GNDl;所述电容C7的一端接所述电阻抱的另一端，所述电容C7的另一端接所述电阻R6的另一端； 所述初级放大器(4-2)包括运算放大器六5、运算放大器A6、运算放大器A?、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R1Q;所述运算放大器^的同相端A5+接所述电容C7的一端，所述运算放大器^的反相端A5-接运算放大器^的输出端UQ5，所述运算放大器^的输出端Uo5接所述电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接所述运算放大器A7的同相端A?+，所述电阻R9的一端接所述运算放大器A7的同相端A?+，所述电阻R9的另一端接地线GNDl;所述运算放大器A6的同相端A6+接所述电容C7的另一端，所述运算放大器A6的反相端A6-接所述运算放大器A6的输出端UQ6，所述运算放大器A6的输出端Uo6接所述电阻R8的一端，所述电阻R8的另一端接所述运算放大器A7的反相端A?—，所述运算放大器A7的反相端A7-接所述电阻Riq的一端，所述电阻Riq的另一端接所述运算放大器A7的输出端U07。6.如权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述初级后续处理电路(4)包括依次连接的初级滤波器(4-1)和初级放大器(4-2); 所述初级滤波器(4-1 )包括电阻R5、电阻R6、电容C5、电容C6和电容C7 ;所述电阻R5的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线2的T7端，所述电阻R5的另一端通过所述电容仏接地线GNDl;所述电阻R6的一端连接所述两组双芯屏蔽的双绞线(2)的T8端，所述电阻R6的另一端通过所述电容C6接地线GNDl;所述电容C7的一端接所述电阻抱的另一端，所述电容C7的另一端接所述电阻R6的另一端； 所述初级放大器(4-2)包括仪用运放A13和电阻Rc2;所述仪用运放A13的同相输入端连接至所述电容C7的一端，所述仪用运放A13的反相输入端连接至所述电容C7的另一端，所述电阻Rg2连接在所述仪用运放A13的增益端和增益端之间；所述仪用运放A13的正电源端接正电源+U1，所述仪用运放A13的负电源端和参考电压端同时接在地线GNDl，所述仪用运放A13的输出端作为所述初级放大器(4-2)的输出端。7.如权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述隔离电路(5)包括芯片As、电阻Rn、电阻Ri2、电阻Ri3、电阻Rw和电阻Ri5 ； 所述电阻Rn的一端连接端子T9，所述电阻Rn的另一端接电阻R13的一端，所述电阻R13的一端接所述芯片A8的反相输入端，所述电阻R13的另一端接所述芯片A8的反馈电阻输入端； 所述电阻R12的一端连接端子T1Q，所述电阻R12的另一端接所述电阻R14的一端，所述电阻R14的一端接所述芯片A8的同相输入端，所述电阻R14的另一端接所述芯片A8的接地端，所述芯片A8的输出端接所述电阻R15的一端，所述电阻R15的另一端与所述端子T11连接，所述电容Cs的一端与所述端子T11连接，所述电容C8的另一端接所述芯片A8的接地端，所述芯片A8的接地端接地线GND2。8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述电压/电流转换电路(6)包括运算放大器Ag、电压/电流转换芯片A1、二极管D1、滑动电阻Rp1、稳压二极管D2和电容Cg ； 所述运算放大器A9的同相端A9+接所述端子T11，所述运算放大器A9的反相端A9-连接所述运算放大器A9的输出端Uo9，所述运算放大器A9的输出端Uo9接所述电压/电流转换芯片A10的输入端，所述电压/电流转换芯片A1Q的微调端接所述滑动电阻Rp1的一端，所述滑动电阻Rp1的可调端接地线GND2，所述电压/电流转换芯片Aiq的电源端接所述二极管0工的负端，所述二极管D1的正端接电源+U3，所述电容C9的一端接电源+U3，所述电容C9的另一端接所述稳压二极管D2的正端，所述稳压二极管D2的正端接地线GND3，所述稳压二极管02的负端接地线GND2o9.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述次级后续处理电路(8)包括运算放大器Au、电阻Rm、电阻Rl6、电阻Rn、电阻Rl8、电阻Rl9和电容Cll; 所述电阻Rm的一端接所述端子T15，所述电阻Rm的另一端接所述端子T16，所述电阻R16的一端接所述端子T15，所述电阻R16的另一端接所述电容Ciq的一端，所述电容Ciq的一端接所述电阻R17的一端，所述电容C1Q的另一端接所述运算放大器A11的输出端Uon，所述电阻R17的另一端接所述电容Cu的一端，所述电容C11的一端接所述运算放大器A11的同相端Au+，所述电容Cu的另一端接地线GND3，所述电阻R18的一端接地线GND3，所述电阻R18的另一端接所述电阻R19的一端，所述电阻R19的一端接所述运算放大器A11的反相端Au-，所述电阻R19的另一端接运算放大器A11的输出端Uon。
【文档编号】G01K7/16GK105973495SQ201610302263
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】屈碧环
【申请人】武汉天富海科技发展有限公司