一种变压器油温检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变压器油温检测装置，包括：至少两路温度传感器采集通道，一CPU，CPU的输出端分别连接一控制温度传感器采集通道的各路电路电源通断的电源控制通道，所述每路传感器采集通道包括一恒流源产生电路，一R/V转化电路以及两路信号调理电路，其包括第一信号调理电路和第二信号调理电路；所述第一信号调理电路作为温度传感器的电压测量通道，第二信号调理电路作为辅助故障监测通道，且电压测量通道和辅助故障监测通道均连接CPU的输入端。在设计中采用冗余备份方案，提高油温检测设备的可靠性，降低产品设计和维护成本，有一定的实用价值；并且通过检测几个参数的电压值就能判断出传感器工作于什么状态，提高检测准确率。
【专利说明】一种变压器油温检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种变压器油温检测装置，应用于数字化开关柜内部，提高设计精度，降低测量复杂度。
【背景技术】
[0002]油浸式电力变压器油温是决定变压器长期负载能力的重要因素之一，往往取决于变压器的负载系数、绕组绝缘类型、冷却形式以及环境温度等条件。位于太阳辐射较强地区的变压器，在环境温度较高的夏季，其油温可能超过限值导致早期故障；
[0003]传统油温检测设备通常安装在数字化开关柜中，而数字化开关柜通常使用环境恶劣，运行后只有在停电时方便更换检测设备，基于这些原因，传感器故障造成的油温检测终端故障很难在短时间内得到解决，一般也会采用多套油温检测设备进行检测，但是各路检测设备独立运行，造成了额外投资，不经济；
[0004]而且由于整个结构复杂，对于传感器故障的原因，例如开路，短路状态不能很快确定，也间接提高了检修的难度以及时间。
【发明内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种变压器油温检测装置，在设计中采用冗余备份方案，当温度传感器失效时，切换到备份通道进行温度测量，提高油温检测设备的可靠性，降低产品设计和维护成本，有一定的实用价值；并且通过检测几个参数的电压值就能判断出传感器工作于什么状态，提高检测准确率。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0007]一种变压器油温检测装置，包括:
[0008]至少两路温度传感器采集通道，
[0009]一 CPU，所述CPU的输出端分别连接一控制温度传感器采集通道的各路电路电源通断的电源控制通道，
[0010]所述每路传感器采集通道包括一恒流源产生电路，一 R/V转化电路以及两路信号调理电路，所述两路信号调理电路结构一致，包括第一信号调理电路和第二信号调理电路；
[0011]所述恒流源产生电路提供恒定电流，且其恒流输出端连接有R/V转化电路的输入端;
[0012]所述R/V转化电路包括一温度传感器和一运算放大器,恒流输出端输出的输出电流流过温度传感器，将温度传感器的电阻信号转换为电压信号，并送入运算放大器中；所述温度传感器连接恒流输出端，所述运算放大器的正端和负端并联设置温度传感器的两侧，且运算放大器的负端还连接有第一信号调理电路，运算放大器的输出端连接有第二信号调理电路；
[0013]所述第一信号调理电路作为温度传感器的电压测量通道，第二信号调理电路作为辅助故障监测通道，且电压测量通道和辅助故障监测通道均连接CPU的输入端。
[0014]在本实用新型的一个优选实施例中，所述电源控制通道包括一供电继电器常开开关以及一供电继电器线圈，所述供电继电器常开开关并联连接有恒流源产生电路，R/V转化电路以及两路信号调理电路的电源；所述供电器线圈通过电感和三极管连接CPU的输出端。
[0015]在本实用新型的一个优选实施例中，所述R/V转化电路还包括电阻R6，R7，R8以及R9,
[0016]所述电阻R6设置于温度传感器与恒流输出端之间，温度传感器通过电阻R7接地，所述电阻R8连接电阻R6与温度传感器的连接点，所述电阻R9连接电阻R7与温度传感器的连接点，所述电阻R8还连接运算放大器的正端，电阻R9连接运算放大器的负端，其中运算放大器的电压输出端输出电压信号。
[0017]在本实用新型的一个优选实施例中，所述恒流源产生电路包括电压基准源、第一运算放大器和第二运算放大器，以及电阻调节器，
[0018]所述电阻调节器包括电阻Rl，R2，R3以及R4，所述电阻R2 —端连接电压基准源，电阻R2另一端连接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端连接第二运算放大器，所述第二运算放大器通过电阻R5连接恒流输出端，
[0019]所述第一运算放大器的正端连接电阻R2与电阻Rl的连接点，负端连接电阻R3与电阻R4的连接点，其中电阻R3接地，电阻R4连接第一运算放大器的输出端，其中第一运算放大器的输出端连通恒流输出端。
[0020]在本实用新型的一个优选实施例中，所述信号调理电路包括依次连接的二阶切比雪夫滤波器，第三运算放大器以及AD转换器，所述二阶切比雪夫滤波器一端连接R/V转化电路的运算放大器的电压输出端，并对电压信号进行滤波，限幅，第三放大器对电压信号进一步放大后接入AD转换器，所述AD转换器连接CPU的输入端。
[0021]在本实用新型的一个优选实施例中，还包括一记录时间的实时时钟模块，所述实时时钟模块连接CPU的双向输入输出端口，
[0022]以及一监测环境温度的环境温度模块，所述环境温度模块连接CPU的输入端。
[0023]在本实用新型的一个优选实施例中，所述温度传感器选用PT100传感器。
[0024]通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0025]本实用新型采用冗余结构，当温度传感器被短路、开路或者幅值出现异常时，启用备份传感器，提高油温检测设备的可靠性，降低维护成本；
[0026]设定有温度传感器的电压测量通道以及辅助故障监测通道，通过比对上述两个参数值，能快速判定出温度传感器的故障状态，为检修人员提供第一手资料，具有方便，快捷的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本实用新型的的工作原理示意图。
[0029]图2为本实用新型的恒流源电路的电路图。
[0030]图3为本实用新型的R/V转换电路的电路图。
[0031]图4为本实用新型的信号调理电路的电路图。
[0032]图5为本实用新型的电源控制通道的电路图。
[0033]图6为本实用新型的一个实施例的原理图。
【具体实施方式】
[0034]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0035]参照图1，一种变压器油温检测装置，包括:
[0036]至少两路温度传感器采集通道，
[0037]一 CPU 500，所述CPU 500的输出端分别连接一控制温度传感器采集通道的各路电路电源通断的电源控制通道，
[0038]所述每路传感器采集通道包括一恒流源产生电路100，一R/V转化电路200以及两路信号调理电路300，所述两路信号调理电路300结构一致，包括第一信号调理电路和第二信号调理电路；
[0039]该恒流源产生电路100提供恒定电流，且其恒流输出端连接有R/V转化电路的输入端;
[0040]该R/V转化电路200包括一温度传感器和一运算放大器,恒流输出端输出的输出电流流过温度传感器，将温度传感器的电阻信号转换为电压信号，并送入运算放大器中；所述温度传感器连接恒流输出端，所述运算放大器的正端和负端并联设置温度传感器的两侦U，且运算放大器的负端还连接有第一信号调理电路，运算放大器的输出端连接有第二信号调理电路；
[0041]该第一信号调理电路作为温度传感器的电压测量通道，第二信号调理电路作为辅助故障监测通道，且电压测量通道和辅助故障监测通道均连接CPU的输入端。
[0042]还包括一记录时间的实时时钟模块600，所述实时时钟模块连接CPU的双向输入输出端口，以及一监测环境温度的环境温度模块700，所述环境温度模块连接CPU的输入端。其中时间和环境温度的测定，为整个装置提供了补偿的依据。
[0043]恒流源电路实现如图2所示，恒流源产生电路100包括电压基准源、第一运算放大器和第二运算放大器，以及电阻调节器，
[0044]所述电阻调节器包括电阻Rl，R2，R3以及R4，所述电阻R2 —端连接电压基准源，电阻R2另一端连接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端连接第二运算放大器，所述第二运算放大器通过电阻R5连接恒流输出端，
[0045]所述第一运算放大器的正端连接电阻R2与电阻Rl的连接点，负端连接电阻R3与电阻R4的连接点，其中电阻R3接地，电阻R4连接第一运算放大器的输出端，其中第一运算放大器的输出端连通恒流输出端。
[0046]R/V转换电路200如图3所示，恒流源输出电流流过PT100 JfPTlOO电阻信号转换为电压信号，并使用差分运放进行调理。
[0047]具体地，R/V转化电路200包括一温度传感器PT100和一运算放大器，恒流输出端输出的输出电流流过温度传感器PT100，将温度传感器PT100的电阻信号转换为电压信号，并送入运算放大器中；
[0048]R/V转化电路还包括电阻R6，R7，R8以及R9，所述电阻R6设置于温度传感器与恒流输出端之间，温度传感器通过电阻R7接地，所述电阻R8连接电阻R6与温度传感器的连接点，所述电阻R9连接电阻R7与温度传感器的连接点，所述电阻R8还连接运算放大器的正端，电阻R9连接运算放大器的负端，其中运算放大器的电压输出端输出电压信号。
[0049]信号调理电路300如图4所示，信号调理电路400包括依次连接的二阶切比雪夫滤波器，第三运算放大器以及AD转换器，所述二阶切比雪夫滤波器一端连接R/V转化电路的运算放大器的电压输出端，并对电压信号进行滤波，限幅，第三放大器对电压信号进一步放大后接入AD转换器，所述AD转换器连接CPU的输入端。
[0050]使用二阶切比雪夫滤波器先对信号进行滤波，限幅，然后进行阻抗匹配，最后进行信号放大，放大后的信号输入至微处理器的A/D通道进行温度转换，滤波器、阻抗匹配器、运算放大器的参数和传输函数均随时间和温度发生变化，若不加以校准，影响测温精度。
[0051]参照图5所述，电源控制通道400包括一供电继电器常开开关以及一供电继电器线圈，所述供电继电器常开开关并联连接有恒流源产生电路，R/V转化电路以及两路信号调理电路的电源；所述供电器线圈通过电感LI和三极管Ql连接CPU的输出端。
[0052]本实用新型的工作原理:
[0053]本实用新型采用循环冗余技术，设计2路温度传感器采集通道，CPU默认通过电源控制通道I控制I路温度传感器采集通道的供电继电器闭合，为I路温度传感器采集通道的电源VCCl供电，并通过故障检测电路实时监测温度传感器的工作状态；若传感器故障，则切断I路温度传感器采集通道的电源VCC1，同时接通VCC2为第2路传感器采集通道供电，解决单路测温通道故障时模块无法正常测温的问题。
[0054]本实施例中的温度传感器选用PT100传感器，且为每路温度传感器采集通道开辟2个A/D通道，第一 A/D转换通道510为PT100电压测量通道，第二 A/D转换通道520为辅助故障监测通道，
[0055]由PT100测温原理可知，恒流源产生ImA的电流流过R6、PT100、R7，因此PT100上会产生相应的压降，信号调理电路将此压降信号进行滤波、阻抗匹配、放大进入第一 A/D转换通道510，若传感器工作正常，则第一 A/D转换通道510测量的电压应在合理范围之内，同时R7上的压降信号应为常数，如果以上两个条件满足，则认为传感器工作正常。
[0056]如果第一 A/D转换通道510通道测量到的电压值为0，而第二 A/D转换通道520测量到的电压值仍为常数，表示PT10两端没有压降，R7两端压降正常，此时传感器处于短路故障状态。
[0057]如果第二 A/D转换通道520测量到的电压值为0，表示PT100开路，此时传感器处于开路故障状态。
[0058]同理，另一路的温度传感器采集通道包括第三A/D转换通道530以及第四A/D转换通道540，测量原理同上。
[0059]参照图6，为本实用新型的一个实施例，选用LMP90100为模拟前端芯片，LMP90100集成电路可输出2路10uAlmA高精度可调恒流源，为阻性温度传感器供电，温度信号转换为电压信号，LMP90100的A/D通道增益可设置为f 128倍中的2的整数次方倍，A/D转换器根据设定好的采样率对信号进行采样，数字滤波器对采样信号滤波，并将采样结果通过SPI串行通讯传给微处理器。
[0060]LMP90100内部的背景补偿机制会对环境温度和时间累积对增益调节和传输函数造成的影响进行补偿，确保数据的准确性，传感器故障诊断机制可对传感器短路、开路进行探测，输出传感器状态，微处理器可实时查看传感器的状态并显示，为终端故障诊断和维护提供可靠依据。
[0061]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种变压器油温检测装置，其特征在于，包括: 至少两路温度传感器采集通道， 一 CPU,所述CPU的输出端分别连接一控制温度传感器采集通道的各路电路电源通断的电源控制通道， 所述每路传感器采集通道包括一恒流源产生电路，一 R/ν转化电路以及两路信号调理电路，所述两路信号调理电路结构一致，包括第一信号调理电路和第二信号调理电路； 所述恒流源产生电路提供恒定电流，且其恒流输出端连接有R/V转化电路的输入端； 所述R/V转化电路包括一温度传感器和一运算放大器，恒流输出端输出的输出电流流过温度传感器，将温度传感器的电阻信号转换为电压信号，并送入运算放大器中；所述温度传感器连接恒流输出端，所述运算放大器的正端和负端并联设置温度传感器的两侧，且运算放大器的负端还连接有第一信号调理电路，运算放大器的输出端连接有第二信号调理电路； 所述第一信号调理电路作为温度传感器的电压测量通道，第二信号调理电路作为辅助故障监测通道，且电压测量通道和辅助故障监测通道均连接CPU的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，所述电源控制通道包括一供电继电器常开开关以及一供电继电器线圈，所述供电继电器常开开关并联连接有恒流源产生电路，R/V转化电路以及两路信号调理电路的电源；所述供电器线圈通过电感和三极管连接CPU的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，所述R/V转化电路还包括电阻R6，R7，R8以及R9， 所述电阻R6设置于温度传感器与恒流输出端之间，温度传感器通过电阻R7接地，所述电阻R8连接电阻R6与温度传感器的连接点，所述电阻R9连接电阻R7与温度传感器的连接点，所述电阻R8还连接运算放大器的正端，电阻R9连接运算放大器的负端，其中运算放大器的电压输出端输出电压信号。
4.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，所述恒流源产生电路包括电压基准源、第一运算放大器和第二运算放大器，以及电阻调节器， 所述电阻调节器包括电阻Rl，R2，R3以及R4，所述电阻R2 —端连接电压基准源，电阻R2另一端连接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端连接第二运算放大器，所述第二运算放大器通过电阻R5连接恒流输出端， 所述第一运算放大器的正端连接电阻R2与电阻Rl的连接点，负端连接电阻R3与电阻R4的连接点，其中电阻R3接地，电阻R4连接第一运算放大器的输出端，其中第一运算放大器的输出端连通恒流输出端。
5.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括依次连接的二阶切比雪夫滤波器，第三运算放大器以及AD转换器，所述二阶切比雪夫滤波器一端连接R/V转化电路的运算放大器的电压输出端，并对电压信号进行滤波，限幅，第三放大器对电压信号进一步放大后接入AD转换器，所述AD转换器连接CPU的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，还包括一记录时间的实时时钟模块，所述实时时钟模块连接CPU的双向输入输出端口， 以及一监测环境温度的环境温度模块，所述环境温度模块连接CPU的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种变压器油温检测装置，其特征在于，所述温度传感器选用PTlOO传感器。
【文档编号】G01K15/00GK204064495SQ201420483385
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】车晓明, 龙翔, 张文龙, 朱莎 申请人:新疆特变电工自控设备有限公司