一种新型热敏电阻的制备方法、热敏电阻及应用与流程

1.本发明属于新型功能材料及变压器温度监控领域，尤其涉及一种新型热敏电阻的制备方法、热敏电阻及应用。具体地是，设计了一种cao、zno、tio2混合的负温度系数热敏电阻制备方法，并利用该热敏电阻的温度-电阻变化特性，通过控制模块实现对变压器工作温度的实时监测，并能对报警模块发出开关通断指令，实现对变压器的高温、超温或超高温工作状态预警功能及保护功能。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，新的用电设备不断产生，导致用电负荷的与日俱增。随之而来的变压器监控系统的数量和系统复杂性也逐渐增大。其中变压器的工作温度是反应变压器是否出现故障的重要指标之一。
3.变压器损坏的主要原因有：
4.(1)线路短路故障。此时使变压器的电流将超过额定电流的几倍以上。
5.(2)绝缘因过负荷运行而烧焦损坏。
6.(3)绕组短路。因技术工艺不达标而造成绕组受潮，或者因绕组接头和分接开关接触不良。
7.(4)变压器被击穿。变压器因线路频繁通电和雷电波使绕组绝缘因过电压而被击穿。
8.(5)绝缘油劣化。绝缘油因工作时间较长、工作温度的持续高温，或者因吸收了空气中的水分而增加了绝缘油的介质损耗，造成绝缘油的劣化。
9.上述原因均能造成变压器工作温度的急剧增大。因此，对变压器工作温度的监测是变压器安全工作的重中之重。
10.由于热敏电阻的温度-变化特性，以热敏电阻为基础的监控装置能够更可靠地监测变压器的工作温度。而热敏电阻的温度灵敏度能够影响这类监测系统的可靠性。
11.以往的热敏电阻多采用ntc热敏电阻一般是通过流延成型或者丝网印刷制备，对安全要求较高；且多以锰、钴、镍、铅的氧化物为原料，其温度相应特性在如今已捉襟见肘。


技术实现要素：

12.本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种新型热敏电阻的制备方法、热敏电阻及应用，该制备方法简单、经济，制备出的新型热敏电阻具有较高的温度灵敏度及优异的热稳定性，以该热敏电阻为基础的变压器温度监控装置具有较高可靠性。
13.本发明通过液相剥离法、高温水热及球磨法，经混合、冷压、烧结后制备出能够应用于变压器温度监测的新型热敏电阻。此外，通过该新型热敏电阻的温度-电阻变化特性对变压器的工作温度进行实时监测，并由监测模块发送指令依次实行高温、超温、超高温三种工作温度状态的报警工作，同时在超高温状态下能够断开变压器负载，实现对变压器工作温度的报警功能及保护功能。
14.本发明采用如下技术方案：
15.一种新型热敏电阻的制备方法，包括：
16.步骤1.将氧化锌(zno)粉末倒入纯水(h2o)中，在功率400w的条件下超声处理12h；
17.步骤2.将步骤1中所得溶液在高温水热反应，利用高压高温进一步剥离制备zno纳米颗粒；
18.步骤3.将步骤2中所得溶液进行离心处理，去除未剥离的zno粉末；
19.步骤4.将步骤3中所得溶液取上层清液，真空干燥后得到干燥的zno纳米颗粒；
20.步骤5.二氧化钛(tio2)重复上述步骤1-步骤4制备二氧化钛(tio2)纳米颗粒；
21.步骤6.采用球磨方法将氧化钙(cao)粉末制备为cao的纳米颗粒；
22.步骤7.利用液压方法将三种纳米颗粒zno、tio2、cao混合冷压为固体混合物；
23.步骤8.将步骤7中所得固体混合物加入粘接剂，并在高温下烧结，得到新型电阻。
24.一种新型热敏电阻，由根据权利要求1-4中的任意一项所述的新型热敏电阻的制备方法制得。
25.基于上述新型热敏电阻的变压器温度监控的装置，包括
26.变压器油箱顶层、二次绕组侧分别串联连接上热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
，变压器二次侧回路中串联连接有常闭开关s5，热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
为负温度系数热敏电阻，温度与阻值的变化特性为其中β材料温度系数，β＜0,由监测电路实时测量；
27.监测模块包括监测电路、计算电路、控制电路，监测电路是测量热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
阻值，分别连接热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
，计算电路是利用公式计算热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
温升δt，监测电路连接计算电路，控制电路是控制变压器二次绕组通断开关s5及报警模块中的s
1-s4开关，监测电路连接控制电路。
28.所述控制变压器二次绕组通断开关s5常闭。所述报警模块四条支路开关s
1-s4通断由监控模块发送指令直接控制，开关状态均为常开。报警模块的第三条支路上具有蜂鸣报警器，由开关s3控制。
29.基于上述新型热敏电阻的变压器温度监控的方法，包括：
30.变压器国家标准gb1094.2-1996《电力变压器第2部分温升》规定，绕组平均温升为65k，顶层平均温升为55k，温升标准以环境温度40℃为准。根据这个规定，顶层平均温升即热敏电阻r
t1
的温升δt1不得超过55k，绕组热敏电阻r
t2
的温升δt2不得超过65k。事先测量热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
在环境温度为40℃时的阻值t0。
31.当变压器(装置)运行时，监控模块实行温度监测，每隔5s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2，随后进一步计算温升δt1、δt2，随后判定δt1是否大于50k，否则继续判定δt2是否大于60k。若δt2不大于60k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s1闭合，此时灯l1亮起，表明变压器工作温度处于正常工作温度范围。并继续每隔5s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
32.若δt1大于50k或δt2大于60k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s2闭
合，灯l2亮起，表明变压器处于高温工作状态，其工作温升接近国标温升，要重点监测关注该变压器。随后每隔1s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于55k，否则继续判定δt2是否大于65k。若δt2不大于65k，则继续每隔1s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
33.若δt1大于55k或δt2大于65k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s3闭合指令，此时灯l3亮起，蜂鸣报警器响起，表明变压器处于超温工作状态，其工作温升已超过国标温升，需要及时手动断开控制变压器二次绕组通断开关s5，并检修该变压器。随后每个0.5s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于65k，否则继续判定δt2是否大于75k。若δt2不大于75k，则继续每隔1s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
34.若δt1大于65k或δt2大于75k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s4闭合，发出指令断开控制变压器二次绕组通断开关s5,此时灯l4亮起，表明变压器处于超高温工作状态，其工作温升已超过国标温升10k以上，需要及时检修该变压器。
35.在检修人员检修并闭合控制变压器二次绕组通断开关s5后，调压模块进行温度监测复原，即延迟10s测量一次热敏电阻r
t1
、热敏电阻r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于55k，否则继续判定δt2是否大于65k。若δt2不大于65k，则跳转进行上述温度监测程序。
36.若δt1大于55k或δt2大于65k，则直接断开控制变压器二次绕组通断开关s5，发出警报通知检修人员对该变压器进行深度检修。
37.本发明的有益效果：
38.(1).本发明所提出的新型热敏电阻制备方法，所制备的热敏电阻具有更强的抗氧化性、更快速的响应速度、更可靠的温度传感性能。
39.(2).本发明所述的变压器温度监控装置同时检测变压器油箱顶层及绕组工作温度，即同时兼顾了变压器的重点温度监测点，能更全面地反应变压器的工作温度变化。
40.(3).本发明所采用的报警模块具有警示等级设置，检修人员据此分别设立对应的检修措施。
41.(4).本发明所提出的变压器温度监控装置结构简单，因此具有较高可靠性。
附图说明
42.图1为本发明所提供的的变压器温度监控装置示意图；
43.图2为本发明所提供的变压器温度监控装置的温度监测程序流程图；
44.图3为本发明所提供的变压器温度监控装置的温度监测复原程序流程图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
46.实施例1
47.本发明的一种新型热敏电阻的制备方法，包括：
48.步骤1.将1g氧化锌(zno)粉末倒入100ml纯水(h2o)中，在进行超声处理，使zno粉末经超声空化效应剥离产生zno粉末；
49.步骤2.将步骤1中所得溶液在温度220℃的条件下进行24h的高温水热反应；
50.步骤3.将步骤2中所得溶液进行转速为500rpm的离心处理，离心时间为5min；
51.步骤4.将步骤3中所得溶液取上层清液，真空干燥的zno纳米颗粒；
52.步骤5.二氧化钛(tio2)重复上述步骤(步骤1-步骤4)制备tio2纳米颗粒，其中离心处理的转速为300rpm，其余不变。
53.步骤6.通过球磨法将1g氧化钙(cao)粉末制备为cao的纳米颗粒；
54.步骤7.利用液压方法，在温度为25℃、压强为5
×
106n/m2的条件下将三种纳米颗粒混合冷压为固体混合物；所述的三种纳米颗粒cao:zno:tio2＝x:2-x：1中，x可为任意0-2的实数，优选的，x＝1.5；
55.步骤8.将步骤7中所得固体混合物按照固体混合物：粘接剂＝10:1的比例加入丙烯酸粘接剂，并在1000℃的温度下烧结，得到新型电阻。
56.实施例2
57.本发明的一种新型热敏电阻的制备方法，包括：
58.步骤1.将1g氧化锌(zno)粉末倒入100ml纯水(h2o)中，在进行超声处理，使zno粉末经超声空化效应剥离产生zno粉末；
59.步骤2.将步骤1中所得溶液在温度220℃的条件下进行24h的高温水热反应；
60.步骤3.将步骤2中所得溶液进行转速为500rpm的离心处理，离心时间为5min；
61.步骤4.将步骤3中所得溶液取上层清液，真空干燥的zno纳米颗粒；
62.步骤5.二氧化钛(tio2)重复上述步骤(步骤1-步骤4)制备tio2纳米颗粒，其中离心处理的转速为300rpm，其余不变。
63.步骤6.通过球磨法将1g氧化钙(cao)粉末制备为cao的纳米颗粒；
64.步骤7.利用液压方法，在温度为25℃、压强为5
×
106n/m2的条件下将三种纳米颗粒混合冷压为固体混合物；所述的三种纳米颗粒cao:zno:tio2＝x:2-x：1中，x可为任意0-2的实数，优选的，x＝1；
65.步骤8.将步骤7中所得固体混合物按照固体混合物：粘接剂＝10:1的比例加入丙烯酸粘接剂，并在1000℃的温度下烧结，得到新型电阻。
66.实施例3
67.本发明的一种新型热敏电阻的制备方法，包括：
68.步骤1.将1g氧化锌(zno)粉末倒入100ml纯水(h2o)中，在进行超声处理，使zno粉末经超声空化效应剥离产生zno粉末；
69.步骤2.将步骤1中所得溶液在温度220℃的条件下进行24h的高温水热反应；
70.步骤3.将步骤2中所得溶液进行转速为500rpm的离心处理，离心时间为5min；
71.步骤4.将步骤3中所得溶液取上层清液，真空干燥的zno纳米颗粒；
72.步骤5.二氧化钛(tio2)重复上述步骤(步骤1-步骤4)制备tio2纳米颗粒，其中离心
处理的转速为300rpm，其余不变。
73.步骤6.通过球磨法将1g氧化钙(cao)粉末制备为cao的纳米颗粒；
74.步骤7.利用液压方法，在温度为25℃、压强为5
×
106n/m2的条件下将三种纳米颗粒混合冷压为固体混合物；所述的三种纳米颗粒cao:zno:tio2＝x:2-x：1中，x可为任意0-2的实数，优选的，x＝0.5；
75.步骤8.将步骤7中所得固体混合物按照固体混合物：粘接剂＝10:1的比例加入丙烯酸粘接剂，并在1000℃的温度下烧结，得到新型电阻。
76.基于上述新型热敏电阻的变压器温度监控的装置，包括
77.如图1所示，变压器油箱顶层、二次绕组侧分别串接(串联连接)上热敏电阻r
t1
、r
t2
，变压器二次侧回路中串接(串联连接)有常闭开关s5。热敏电阻r
t1
、r
t2
为负温度系数热敏电阻(ptc)，温度与阻值的变化特性为其中β材料温度系数，β＜0,由监测电路实时测量。
78.监测模块包括监测电路、计算电路、控制电路，监测电路是测量热敏电阻r
t1
、r
t2
阻值，分别连接热敏电阻r
t1
、r
t2
，计算电路是利用公式计算热敏电阻r
t1
、r
t2
温升δt，监测电路连接计算电路，控制电路是控制变压器二次绕组通断开关s5及报警模块中的s
1-s4开关，监测电路连接控制电路。
79.所述控制变压器二次绕组通断开关s5常闭。所述报警模块四条支路开关s
1-s4通断由监控模块发送指令直接控制，开关状态均为常开。报警模块的第三条支路上具有蜂鸣报警器，由开关s3控制。
80.变压器国家标准gb1094.2-1996《电力变压器第2部分温升》规定，绕组平均温升为65k，顶层平均温升为55k，温升标准以环境温度40℃为准。根据这个规定，顶层平均温升即热敏电阻r
t1
的温升δt1不得超过55k，绕组热敏电阻r
t2
的温升δt2不得超过65k。事先测量r
t1
、r
t2
在环境温度为40℃时的阻值t0。
81.如图2所示，基于上述新型热敏电阻的变压器温度监控的方法，包括：
82.当变压器(装置)运行时，监控模块实行温度监测，每隔5s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2，随后进一步计算温升δt1、δt2，随后判定δt1是否大于50k，否则继续判定δt2是否大于60k。若δt2不大于60k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s1闭合，此时灯l1亮起，表明变压器工作温度处于正常工作温度范围。并继续每隔5s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
83.若δt1大于50k或δt2大于60k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s2闭合，灯l2亮起，表明变压器处于高温工作状态，证明其工作温升接近国标温升，因此要重点监测关注该变压器。随后每隔1s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于55k，否则继续判定δt2是否大于65k。若δt2不大于65k，则继续每隔1s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
84.若δt1大于55k或δt2大于65k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s3闭合指令，此时灯l3亮起，蜂鸣报警器响起，表明变压器处于超温工作状态，其工作温升已超
过国标温升，需要及时手动断开控制变压器二次绕组通断开关s5，并检修该变压器。随后每个0.5s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于65k，否则继续判定δt2是否大于75k。若δt2不大于75k，则继续每隔1s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，循环上述步骤。
85.若δt1大于65k或δt2大于75k，控制电路则发送指令至报警模块，使常开开关s4闭合，发出指令断开控制变压器二次绕组通断开关s5,此时灯l4亮起，表明变压器处于超高温工作状态，其工作温升已超过国标温升10k以上，需要及时检修该变压器。
86.如图3所示，在检修人员检修并闭合控制变压器二次绕组通断开关s5后，调压模块进行温度监测复原，即延迟10s测量一次r
t1
、r
t2
的实时阻值，并通过公式分别计算实时温度t1、t2及对应温升δt1、δt2。随后判定δt1是否大于55k，否则继续判定δt2是否大于65k。若δt2不大于65k，则跳转进行上述温度监测程序。
87.若δt1大于55k或δt2大于65k，则直接断开控制变压器二次绕组通断开关s5，发出警报通知检修人员对该变压器进行深度检修。
88.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。