专利名称：智能sf6气体密度监测器的制作方法
技术领域：
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VDD。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(VDD)。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R37，2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(VDD)，IC9的P2、5脚经压力预报器14中的R29接T1的基极，IC9的P2、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VR、VAG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Vx。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P2、4脚。当P2、4＝0时，IC7选通输入的压力信号P0；当P2、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、CLK1CO1、C02C1、R1/C1R1、R1/C1连接的元件 R26C12C11R25IC8的一些输出端与IC9的一些输入端之间的连接如下表述IC8Q0Q1Q2Q3DS1DS2DS3DS4EOCDUIC9P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.3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fCLK与转换周期TA/D，此处fCLK＝66KHZ，TA/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IC9P2.7ALE P2.0WR RD P0.0～P0.7RSTIC10CE ALE I0/M WR RD AD0～AD7RSTIC10与LCD各引脚之间的连接如下表述IC10PC0PCIPC2PC3PC4PC5PB0～PB6PA0～PA6段 G a b e f DP a～g a～gLCD位符 号 + 个IC9的P2.1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P2.5或P2.6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P2.1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P2.1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P2.1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P2.1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P2.1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。IC7-8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、T2-8050；光电耦合器TR1、TR2-4N32；电磁继电器J1、J2-超小型4098(6V)；二极管D1、D4、D5-1N4148，D2、D3-1N5817(或2DG539)；液晶显示器LCD-ED-S803(31/2位)；晶体谐振器CR-6MHZ；电阻R1-160Ω，R2、R15-100Ω，R5、R7-7.5KΩ，R8 -47KΩ，R10、R12、R19-8KΩ，R11、R17、R24-20KΩ，R13、R21、R23-10KΩ，R14、R27-100KΩ，R16-950Ω，R18-2KΩ，R20-4KΩ，R22-1.2KΩ，R25、R26-470KΩ，R28-1MΩ，R29、R32-2KΩ，R31、R33-50Ω，R35-40KΩ，R36-32K、R37- 200KΩ；电位器R2、R15-100Ω，R6、R9、R13-10KΩ，R17、R24 -20KΩ，R20-4KΩ，R22-1.2KΩ，R30、R34-200Ω；电容C1、C3、C4、C6、C7、C9、C10、C11、C12、C13、C17-0.1μF，C2、C5-0.01μF，C8-10μF，C14、C15-30PF，C16-0.47μF；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。
权利要求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TL77 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VR、VACT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VxIC9和IC10各对应引脚之间相连接，IC9的P2.1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P2.5和P2.6接口。
专利摘要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。
文档编号G01M3/26GK2237238SQ9520805
公开日1996年10月9日 申请日期1995年4月8日 优先权日1995年4月8日
发明者南征 申请人:南征