CN117191210A - 一种电力设备非介入式测温电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测温电路技术领域，具体为一种电力设备非介入式测温电路,包括测温传感器，所述测温传感器包括无线取电模块、高精度温度测量模块、433MHz通信模块以及MCU控制模块，所述无线取电模块用于测温传感器的高压无源取电；所述高精度温度测量模块用于实现所述测温传感器对所在线缆温度变化的实时监测,改变了传感器温度监测方式，采用接触式测温，解决了只能使用在户内环境的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及测温电路技术领域，具体为一种电力设备非介入式测温电路。
背景技术
针对高压线路温度监测装置现多采用非接触式红外温度监测，只能安装在室内使用，户外使用红外监测方式，容易收到阳光中的紫外线干扰，导致测量结果不准确，其次无论安装在室内还是室外，光传感器头都会因长时间暴露在环境中，灰尘聚集等导致光信号受阻，无法正常使用，需定期安排维护，造成后期运维成本高。接触式温度监测，多采用热敏电阻与匹配电阻分压，通过采集热敏电阻对地端电压换算成温度值，此方法受供电电源、匹配电阻、PCB布线等因素影响，导致温度采集一致性差，精度低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种电力设备非介入式测温电路。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电力设备非介入式测温电路，包括测温传感器，所述测温传感器包括无线取电模块、高精度温度测量模块、433MHz通信模块以及MCU控制模块，所述无线取电模块用于测温传感器的高压无源取电；
所述高精度温度测量模块用于实现所述测温传感器对所在线缆温度变化的实时监测；
所述433MHz通信模块用于实现测温传感器实时监测数据的透传；
所述MCU控制模块用于实现各分布模块的数据交互以及数据转换与控制功能。
为了便于通过无线感应获取线路上的高压能量，转换存储成***所需的稳定电压，本发明改进有，所述无线取电模块包括电压感应线圈X1、整流桥BR1以及低功耗型稳压芯片U1，所述整流桥BR1与电压感应线圈X1电性连接，所述电压感应线圈X1并联压敏电阻R1、无极性陶瓷电容C1以及双向瞬态抑制二极管D1，所述整流桥BR1依次并联无极性陶瓷电容C2、无极性陶瓷电容C3、无极性陶瓷电容C5、无极性陶瓷电容C6、无极性陶瓷电容C4以及无极性陶瓷电容C7，所述无极性陶瓷电容C6与无极性陶瓷电容C4之间设置低功耗型稳压芯片U1。
为了便于将铂热电阻PT1000受到的高压线路上的温度对应的电阻值，经过信号放大器将小信号放大后，再将模拟电压信号转换成数字信号给MCU进行查表对比及相应的拟合计算，得出相应的温度值，本发明改进有，所述高精度温度测量模块包括电流感应放大器U5、高精度ADC芯片U4、铂热电阻PT1000以及信号放大器，所述电流感应放大器U5与铂热电阻PT1000串联，所述高精度ADC芯片U4与铂热电阻PT1000并联，所述高精度ADC芯片U4与铂热电阻PT1000之间设置信号放大器。
为了便于为电路提供稳定的电压，本发明改进有，所述信号放大器内置滤波电容。
为了便于实现测温传感器实时监测数据的透传，本发明改进有，所述433MHz通信模块包括433MHz无线发射芯片U2、陶瓷电容C14、陶瓷电容C15、陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9，所述陶瓷电容C14与陶瓷电容C15并联且与433MHz无线发射芯片U2接口电性连接，所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9与433MHz无线发射芯片U2接口电性连接。
为了便于构成一个天线匹配电路，用于调节天线、模块、PCB走线的阻抗匹配，以达到最佳的信号效果，本发明改进有，所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9之间设置贴片电阻R3。
为了便于对外发送数据时增强无线信号，本发明改进有，所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9之间设置弹簧天线E1。
为了便于控制采集线缆温度参数，并实现数据换算及与数据集中器的数据交互功能，本发明改进有，所述MCU控制模块包括主控MCUU6、贴片电阻R15、贴片电阻R16以及陶瓷电容C19，所述主控MCUU6分别与精度ADC芯片U4以及433MHz无线发射芯片U2电性连接，所述贴片电阻R16分别与贴片电阻R15以及陶瓷电容C19串联且贴片电阻R15、贴片电阻R16以及陶瓷电容C19分别与主控MCUU6的不同接口电性连接。
为了便于起到退耦的作用，可防止前后电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响，本发明改进有，所述MCU控制模块内设置陶瓷电容C18。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种电力设备非介入式测温电路，具备以下有益效果：
该电力设备非介入式测温电路，
1.改变了传感器温度监测方式，采用接触式测温，解决了只能使用在户内环境的局限性；
2.改变了测温电路的测温方式，将原本的电压分压采集方式，改为恒流差模采集方式，提高了传感器之间的测量一致性，提高了温度采集精度，降低了因元器件等差异导致的精度问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明无线取电模块结构示意图；
图3为本发明高精度温度测量模块结构示意图；
图4为本发明433MHz通信模块结构示意图；
图5为本发明MCU控制模块结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-5，一种电力设备非介入式测温电路，包括测温传感器，所述测温传感器可安装于户内或户外高压线路上，由无线供电模块、高精度温度测量模块、433MHz通信模块、MCU控制模块组成，所述无线取电模块是通过无线感应获取线路上的高压能量，转换存储成***所需的稳定电压。X1为电压感应线圈，在高压线路上会产生交变的感应电压。R1为压敏电阻，D1为双向瞬态抑制二极管，C1为无极性陶瓷电容，这三者起到对电路的保护作用，将感应的AC交流型号限制在AC 14V左右，同时也起到对线路上的浪涌冲击保护。BR1为整流桥，将前端的交流电AC转换成直流电DC。C2、C3、C5、C6、C4、C7作用是储能滤波，提高输出电压的稳定性。U1为低功耗型稳压芯片，在低损耗的情况下，提供稳定的3.3V电压供后级电路使用。
所述高精度温度测量模块是将铂热电阻PT1000受到的高压线路上的温度对应的电阻值，经过运放将小信号放大后，再经过16位高精度ADC将模拟电压信号转换成数字信号给MCU进行查表对比及相应的拟合计算，得出相应的温度值。U5为电流感应放大器，可将其线路上的电流恒定在设定值，当R12连接上后，该线路上有0.3mA恒定电流，R10为铂热电阻PT1000，当温度变化时，其电阻也随之变化，因该回路电流恒定，故可得到R10两端的电压值，经过U3、R2、R4、R6、R7、R8构成的放大器，将铂热电阻PT1000两端的小信号进行放大，给后级U4高精度ADC芯片采集转换成数字信号，U4通过I2C接口U4-9、U4-10与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，主控MCU可通过U4-2脚电平判断当前的工作状态。R5起到对测量回路的分压及提供基准电压的作用。C10、C11、C12、C13、C16、C17为滤波电容，起到为后级芯片提供稳定的电压使用。(由于测量回路为恒流，R10两端的电压只受温度的影响，相对分压采样方式，避免了实际供电电压与计算电压的差异，匹配电阻精度误差等因素的影响)。
所述433MHz通信模块是解决传感器对线缆温度监控数据与数据集中器的交互。U2为433MHz无线发射芯片，通过串口接口U2-5、U2-5与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，主控MCU可通过设置U2-3、U2-7脚的电平，使芯片进入不同的工作模式，在无数据传输使，可将芯片设置为低功耗模式，以降低整机***功耗。C14、C15为陶瓷电容，其作用是起到滤波效果，并防止前后电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响。C8、C9为陶瓷电容，R3为贴片电阻，其构成一个天线匹配电路，用于调节天线、模块、PCB走线的阻抗匹配，以达到最佳的信号效果。E1为弹簧天线，用于对外发送数据是增强无线信号。
所述MCU控制模块是控制采集线缆温度参数，并实现数据换算及与数据集中器的数据交互功能。U6为主控MCU，C18为陶瓷电容，其起到退耦的作用，可防止前后电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响。R15、R16为贴片电阻，C19为陶瓷电容，其构成MCU的复位电路，为MCU的正常运行提供条件。
综上所述，该电力设备非介入式测温电路，在使用时，操作人员通过高精度温度测量模块将铂热电阻PT1000受到的高压线路上的温度对应的电阻值，经过运放将小信号放大后，再经过16位高精度ADC将模拟电压信号转换成数字信号给MCU进行查表对比及相应的拟合计算，得出相应的温度值，之后通过MCU控制模块控制采集线缆温度参数，并实现数据换算及与数据集中器的数据交互，之后控制433MHz通信模块的弹簧天线E1向操作人员进行数据的输送。
该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
在该文中的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在该文中的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种电力设备非介入式测温电路，包括测温传感器，其特征在于：所述测温传感器包括无线取电模块、高精度温度测量模块、433MHz通信模块以及MCU控制模块，所述无线取电模块用于测温传感器的高压无源取电；
所述高精度温度测量模块用于实现所述测温传感器对所在线缆温度变化的实时监测；
所述433MHz通信模块用于实现测温传感器实时监测数据的透传；
所述MCU控制模块用于实现各分布模块的数据交互以及数据转换与控制功能。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述无线取电模块包括电压感应线圈X1、整流桥BR1以及低功耗型稳压芯片U1，所述整流桥BR1与电压感应线圈X1电性连接，所述电压感应线圈X1并联压敏电阻R1、无极性陶瓷电容C1以及双向瞬态抑制二极管D1，所述整流桥BR1依次并联无极性陶瓷电容C2、无极性陶瓷电容C3、无极性陶瓷电容C5、无极性陶瓷电容C6、无极性陶瓷电容C4以及无极性陶瓷电容C7，所述无极性陶瓷电容C6与无极性陶瓷电容C4之间设置低功耗型稳压芯片U1。
3.根据权利要求2所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述高精度温度测量模块包括电流感应放大器U5、高精度ADC芯片U4、铂热电阻PT1000以及信号放大器，所述电流感应放大器U5与铂热电阻PT1000串联，所述高精度ADC芯片U4与铂热电阻PT1000并联，所述高精度ADC芯片U4与铂热电阻PT1000之间设置信号放大器。
4.根据权利要求3所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述信号放大器内置滤波电容。
5.根据权利要求4所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述433MHz通信模块包括433MHz无线发射芯片U2、陶瓷电容C14、陶瓷电容C15、陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9，所述陶瓷电容C14与陶瓷电容C15并联且与433MHz无线发射芯片U2接口电性连接，所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9与433MHz无线发射芯片U2接口电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9之间设置贴片电阻R3。
7.根据权利要求6所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述陶瓷电容C8以及陶瓷电容C9之间设置弹簧天线E1。
8.根据权利要求7所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述MCU控制模块包括主控MCUU6、贴片电阻R15、贴片电阻R16以及陶瓷电容C19，所述主控MCUU6分别与精度ADC芯片U4以及433MHz无线发射芯片U2电性连接，所述贴片电阻R16分别与贴片电阻R15以及陶瓷电容C19串联且贴片电阻R15、贴片电阻R16以及陶瓷电容C19分别与主控MCUU6的不同接口电性连接。
9.根据权利要求8所述的一种电力设备非介入式测温电路，其特征在于：所述MCU控制模块内设置陶瓷电容C18。
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