專利名稱：智能sf6氣體密度監測器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種用電腦控制監測高中壓電器中SF6氣體是否泄漏的報警儀表。
在已有技術中，對發電廠高壓電器絕緣用的SF6氣體罐是否發生泄漏現象的監測是依靠維護人員定時巡回監視惰性氣體貯罐上的壓力表和溫度計，然后通過換算來判斷SF6氣體是否泄漏。這種方法費時、費工、既不及時又不可靠。
本實用新型的目的是提供一種監測SF6氣體是否有泄漏現象的記錄和報警儀表，它能直接顯示SF6氣體20℃狀態下的基準壓力值。
本實用新型的實施方案是將壓力傳感器和溫度傳感器連接到單片控制機上，再在該單片機上連接電源監視器、程序運行監視器，液晶顯示器和壓力報警器。
SF6氣體貯罐內的壓力和溫度通過傳感器變為電信號經放大后，輸入單片控制機，經單片控制機處理后，判斷出是否有泄漏現象并發出信號，然后將數據顯示在液晶顯示器上。
本實用新型的優點是本智能SF6氣體密度監測器可以長期在惡劣環境條件下連續可靠、穩定地運行，節省人力，真實客觀地反映了高壓電器運行的實際情況，為自動集中監控系統提供了一種配套的新型自動檢測報警儀表，有效地防止事故發生。本監測器結構簡單，體積小，成本低，便于推廣。
附


圖1本實用新型實施例的結構原理框圖。
附圖2本實用新型實施例外形結構示意圖。
圖面說明K—電源開關，AN—復位按鈕，D—液晶顯示器，LED1壓力預報警發光二極管，LED2—壓力報警發光二極管，L—電源線，CA1—壓力、溫度傳感器輸入端，CA2—壓力報警輸出端，BX—外殼。
附圖3是本實用新型實施例采用的壓力傳感器電路圖。
附圖4是本實用新型實施例采用的溫度傳感器電路圖。
附圖5是本實用新型實施例采用的電源監視器電路圖。
附圖6是本實用新型實施例采用的程序運行監視器電路圖。
附圖7是本實用新型實施例采用的單片控制機電路圖。
附圖8是本實用新型實施例采用的壓力報警器電路圖。
實施例附
圖1為本實用新型實施例的結構原理框圖，本智能SF6氣體密度監測器是將壓力傳感器和溫度傳感器連接到89C51單片控制機上，再在該單片機上連接電源監視器，程序運行監視器，液晶顯示器和壓力報警器。
壓力傳感器的電路連接如圖3所示，它是在半導體固態壓阻式壓力傳感器PT(CYG01)的輸入端上連接穩壓器IC1(LM317)其中連接電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，在PT的輸出端連接運算放大器IC2(OP—07)，其中連接電阻R9、R10、R11、R12、R13和電容C1、C2，IC2的輸出端連接至單片控制機的輸入端，其中連接電阻R14，電容C3，二極管D1(1N4148)。為減小溫度影響，壓力傳感器采用恒流源供電。恒流源輸出的電流根據傳感器的要求，由R2調整確定。R1、R6、R7、R8采由金屬膜電阻。傳感器調零電位器R6采用精密多圈電位器。R3、R4組成傳感器的溫度補償電路，R4采用溫度系數為零的錳銅電阻，熱敏電阻R3的數值和溫度補償特性，需根據壓力傳感器的溫度漂移特性及要求的測量精度確定。放大器中的IC2采用低噪聲、低漂移、低失調，輸入阻抗高，共模范大的OP—07型運算放大。因壓力傳感器PT(CYG01型)滿量程輸出為100mv±20％，內阻為1200Ω±20％，后面的模數轉換器滿量程為2V，故運放的閉環增蓋設計成16—25倍可調。
溫度傳感器的電路連如圖4所示，它是將半導體溫度傳感器TT(AD590J)和運算放大器IC3(OP—07)連接，它們之間的元件有電阻R15、R16、R17、R18、R19、R20和電容C4、C5，IC3的輸出端接有電容C6連接至單片控制機的輸入端。半導體溫度傳感器AD590的線性度較好，采用一點溫度校正其標定(比例系數)誤差。為此，調節R15，使放大器IC3的同相輸入端對地電壓為1MV/K。為配合后面模/數轉換器滿量程2V的要求，當溫度為100℃時，調節R20，使放大器IC3輸出電壓T0為2V。
電源監視器的電路連接如圖5所示，它是由電源監視器IC5(TL7705)和反相器IC4(CD4069)組成，IC5和R22、R23、C9、C10連接，其輸出端RESET連接至單片控制機IC9的外部中斷輸入端INT0。反相器IC4的輸入端和R21、C8、AN連接，其輸出端連接至單片控制機IC9的復位輸入端RST。+5V的電源兩端輸入端并連C7，+5V的“+”端連接R21、R22、D2，D2的負極連接D3及B，最后連至IC10的電源輸入端VDD。R21、C8、AN及IC4組成單片機IC9上電復位和手動復位電路；D2、D3和B實現+5V電源掉電時備用電源的切換。當+5V電源正常時，D2導通，D3截止，+5V電源直接供給單片機外圍電路，而IC9、IC10由+5V經D2后供電(VDD)。當+5V電源掉電時，D2截止，D3導通，此時切斷了外圍電路的供電，IC9、IC10由電池B經D3供電。電位器R22的作用是，調節其值使IC5的檢測電壓為4.75V。這樣既可保證電源發生故障(如瞬間降壓，脈沖干擾、掉電)時，TTL器件(如IC5)可靠地工作，又能使單片機有足夠的時間處理電源干擾。當電源發生瞬態降壓、瞬間脈沖干擾或電源掉電時，TL7705能正確給出中斷請求信號給單片機。當電源恢復正常后，單片機應恢復正常運行。為此，需要用掉電保護措施，保存掉電前的系統運行狀態，電源恢復正常后單片機繼續完成掉電前的工作。單片機軟件中將掉電中斷規定為高級中斷，在掉電中斷服務程序中，首先進行現場保護，把當時重要的參數、中間結果以及某些專用寄存器的內容一一存入單片機的片內RAM及81C55的RAM中；其次，必須切斷單片機與外設的聯系，或對外設作出妥善處理，使其處于復位(或安全)狀態；最后必須在單片機的片內RAM中某個或兩個單元上作上特定標志。上述任務完成后，系統即可進入掉電保護狀態。當電源恢復正常時，單片機重新復位，復位后首先檢查是否有掉電標志，如無，則按一般開機程序執行(系統初始化等)；如有掉電標志，則不應將系統初始化，而應按掉電中斷服務程續相反的方式恢復現場，使系統繼續完成掉電前的工作。
程序運行監視器的電路連接如圖6所示，它由集成電路IC11、IC12，電阻R35、R36、R37，電容C16、C17組成。IC11是單穩態多諧振蕩器74HC121、IC12是通用定時器ICM7555。IC11的(輸入)腳接單片控制機“3”(以下簡稱“3”)的T0輸出端，Q(輸出)腳接至“3”的RST(單片機復位)輸入端，Ce與Re/Ce腳之間接電容C16、Re/Ce腳與+5V端接電阻R35，A1、A2、GND腳接地。IC12的3腳接至“3”的輸入端TI，4、8腳接+5V，1腳接地，+5V端與7腳之間接電阻R36，7腳與6、2腳(兩腳相連)之間接電阻R37，2腳經電容C17接地。IC12與R36、R37、C17組成多諧振蕩器，其振蕩周期為30ms(大于單片機主程序執行時間)，其輸出(3腳)脈沖接至“3”中IC10定時器輸入端TI。主程序每循環一次，對IC10定時器的時間常數進行刷新。這樣，只要程序正常運行，IC10的定時器(為減法計數器)就不會產生溢出信號。而當由于受干擾致使程序失常，不能刷新IC10定時器的時間常數而導致它溢出時，再通過IC11加寬(大于10ms)脈沖后，使單片機復位。IC11的Ce與Re/Ce兩引腳之間接C16，Re/Ce腳與電源+5V端之間接R35，IC11的輸入端B接IC10的輸出端TIMEROUT，IC11的輸出端Q接IC9的復位輸入端RST。IC12的7腳與電源+5V端之間接R36，7腳與6、2腳(兩腳相連)之間接R37，2腳與地之間接C17，輸出端3腳接IC10的輸入端TIMERIN。IC9的XTAL1腳與XTAL2腳之間接CR，CR兩端分別經C14、C15接地。IC9的EA腳經R28接電源監視器12的輸出端(VDD)，IC9的P2、5腳經壓力預報器14中的R29接T1的基極，IC9的P2、6腳經壓力報警器15中的R32接T2的基極。
單片控制機的電路連接如圖7所示，它是由精密參考電源IC6，模擬開關IC7，模數轉換器IC8，單片微計算機IC9和可編程并行輸入/輸出擴展接口IC10組成，IC6經R24分壓變成2V，接至IC8的VR、VAG兩個輸入端。IC7的兩個輸入端“0”接圖3中IC2的輸出端(f0)，“1”接圖4中IC3的輸出端(T0)。IC7輸出端COM經R27、C13(低通濾波器)接IC8的輸入端Vx。IC7的輸入選通端B、C、禁止端INH直接接地、輸入選通端A接IC9的P2、4腳。當P2、4＝0時，IC7選通輸入的壓力信號P0；當P2、4＝1時，IC7選通輸入的溫度信號T0。
IC8幾對輸入端上連接的元件如下表述IC8輸入端對 CLK0、CLK1CO1、C02C1、R1/C1R1、R1/C1連接的元件 R26C12C11R25IC8的一些輸出端與IC9的一些輸入端之間的連接如下表述IC8Q0Q1Q2Q3DS1DS2DS3DS4EOCDUIC9P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.3電子模擬開關IC7用以切換壓力(P0)、溫度(T0)兩路信號。模/數轉換器IC8為31/2位BCD碼輸出的雙積分式，IC6向IC8提供2V的基準電壓，此時量程為1.999V。電阻R26之值決定IC8的時鐘頻率fCLK與轉換周期TA/D，此處fCLK＝66KHZ，TA/D＝240ms。由于IC8的DU端與EOC端相連，故它上電后即對模擬輸入電壓Vx連續進行模/數轉換，每次轉換結束后都有相應的BCD碼及相應的選通信號出現在Q0～Q3與DS1～DS4端上(動態分時輪流輸出)。EOC是模/數轉換結束的輸出標志信號，IC9通過P2.3口對此信號進行程序查詢。每次轉換結束時，IC9就將轉換結果送至其片內RAM中。
單片機IC9采用新型片內帶4K字節PEROM(快速電擦寫只讀存貯器)的89C51。輸入/輸出口扣展器IC10(81C55)的作用有三①作為液晶顯示器LCD(ED-S803)的接口驅動器；②作為單片機的片外RAM(數據存貯器)；③其定時器與IC11、IC12共同組成單片機程序運行監視器13。IC9與IC10各引腳之間的連接如下表述IC9P2.7ALE P2.0WR RD P0.0～P0.7RSTIC10CE ALE I0/M WR RD AD0～AD7RSTIC10與LCD各引腳之間的連接如下表述IC10PC0PCIPC2PC3PC4PC5PB0～PB6PA0～PA6段 G a b e f DP a～g a～gLCD位符 號 + 個IC9的P2.1口接LCD各位的COM腳。時基器IC12(接成多諧振蕩器)的輸出為IC10定時器的外部時鐘輸入。IC10定時器的時值稍大于單片機主程序程序循環時間。此處IC12的振蕩周期為30ms，IC10定時器(減法計數器)計數長度初值為0002H。單片機IC9主程序每循環一次，對IC10定時器計數長度初值進行刷新。這樣，只要程序正常運行，IC10定時器就不會產生溢出信號。而當由于受干擾致使程序失常，不能刷新IC10定時器的計數長度初值而導致它溢出時，再通過IC11加寬脈沖(大于10ms)，使單片機復位。
壓力報警器的電路連接如圖8所示，它是由R29、T1、LED1、R31、TR1、R30、J1、D4，+6V電源組成，+6V電源經R30、TR1的發光二極管、R31、LED1接T1的集電極；此外，+6V電源經J1、D4(兩者并聯)接TR1的光敏三極管之集電極。壓力報警器15由R32、T2、LED2、R33、TR2、R34、J2、D5，+6V電源組成，+6V電源經R34、TR2的發光二極管、R33、LED2接T2的集電極；此外，+6V電源經J2、D5(兩者并聯)接TR2的光敏三極管之集電極。TR1、TR2、J1、J2皆放在中央控制室(各罐離中央控制室可長達1公里)，為提高抗干擾能力，單片機給出的報警信號采用電流輸出(10～～mA)方式。當需要報警時，ICP的P2.5或P2.6口輸出高電平，致使T1或T2導通，從而使J1或J2吸合。R30與R34的值根據傳輸線電阻由實驗確定，R31、R33為阻尼電阻。光電隔離器TR1、TR2光敏三極管端的電源和地不能與發光二極管端的電源和地相通(兩組獨立電源)。
本實施例液晶顯示器采用交流驅動，顯示段與COM極間電壓是交流方波，非顯示字段與COM極間電壓始終為零。用單片機軟件實現交流驅動，由單片機定時器T1定時中斷，使其P2.1口定時輸出高、低電平，加在LCD各位的COM極，此處交流方波頻率取50HZ。LCD須顯示字符的段由IC10的PA、PB、PC口驅動。由單片機軟件實現譯碼(符號、數字轉換為七段顯示代碼)。顯示壓力值時，符號位為“P”。顯示溫度值時，如穩度為正，符號位不顯示；如溫度為負，符號位顯示“-”。這樣就可區分顯示的數字壓力還是溫度。
ED-S803型液晶顯示器為靜態驅動方式，為延長LCD壽命，驅動電壓應為交流。交流驅動要求，顯示字段與COM(公共)極間電壓是交流方波，非顯示字段與COM極間電壓始終為零。今用軟件實現交流驅動，由單片機定時器T1定時中斷，使其P2.1口定時輸出高、低電平，加在LCD各位的COM端，定時中斷時間間隔取決于交流脈沖頻率，此處取50HZ。每次中斷首先是改變單片機IC9(89C51)之P2.1口的狀態，然后在IC10(89C55)的A、B、C口順序輸出，且C口(最高位)輸出于P2.1的變化不同步時間最長。這種由于單片機分時執行指令而產生的時差，對顯示字段幾乎沒有影響，因時差遠小于驅動脈沖寬度，人眼不能分辯這種微小的變化。而對非顯示字段，不顯示時間內，時差的存在使字段于COM極間產生交流毛刺電壓，非顯示字段對比度減弱，出現陰影，造成顯示數字模糊不清。只有使驅動電壓頻率小于10HZ時，即毛刺電壓的頻率也減小時，字跡才能看清，但此時顯示字段閃爍，實際無法應用，為此，我們采用對稱的雙極性歸零脈沖，在正、負電平之間有一個零電平，正、負、零電平的寬度相等，皆為C。由于歸零間隔的存在，毛刺頻率較不歸零小了一半，能量也小得多了，此時毛刺對字段的影響減小。如一單片機的時鐘頻率為6MHZ，選擇的交流脈沖頻率在10～15HZ時，非顯示段不出現陰影，數字顯示清晰。對顯示位數不同，選擇不同的支流頻率，可得到較好的顯示效果。現對用軟件產生這種對稱的雙極性歸零脈的程序設計方法作進一步說明。在程序中設置了標志，用以判斷LCD極間電壓是否全為零。若極間電壓已全為零，標志為1，則中段后，將各顯示緩沖單元內容取反后輸出，使驅動LCD顯示段的脈沖為雙極性。否則(標志為0)，則根據單片機P2.1口的狀態，決定輸出給81C55的A、B、C口是全1或全0，使驅動脈沖歸零。需顯示的符號和數字，轉換為七段顯示代碼后，存入顯示代碼單元。當需要顯示時，顯示單元內容送入顯示緩沖單元，顯示數據刷新，程序重新進行。顯示壓力值時，符號位為“P.”；顯示溫度值時，如溫度為正，符號位不顯示；如溫度為負，符號位為“-”。這樣就可區分顯示的數字是壓力還是溫度。單片機復位時，顯示“P.”。
本實用新型實施例所采用的電器元件型號、參數如下集成電路IC1-三端正穩壓器，LM317。IC2、IC3-運算放大器，OP-07。IC4-六反相器，CD4069。IC5-電源監視器，TL7705。IC6-精密低壓參考電源MC1403。IC7-8選1模擬開關，CD4051。IC8-模/數轉換器，MC14433。IC9-單片微計算機，89C51。IC10-可編程并行輸入/輸出擴展接口81C55。IC11-單穩態多諧振蕩器，74HC121。IC12-通用定時器ICM7555。
晶體三極管T1、T2-8050；光電耦合器TR1、TR2-4N32；電磁繼電器J1、J2-超小型4098(6V)；二極管D1、D4、D5-1N4148，D2、D3-1N5817(或2DG539)；液晶顯示器LCD-ED-S803(31/2位)；晶體諧振器CR-6MHZ；電阻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；電位器R2、R15-100Ω，R6、R9、R13-10KΩ，R17、R24 -20KΩ，R20-4KΩ，R22-1.2KΩ，R30、R34-200Ω；電容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；壓力傳感器PT-半導體固態壓阻式壓力傳感器，CYG01-(400～1000)B(括弧內數值根據量程確定)；溫度傳感器TT-半導體溫度傳感器，AD590J。
權利要求1.一種智能SF6氣體密度監測器，其特征在于它是將壓力傳感器和溫度傳感器連接到單片控制機上，再在該單片機上連接電源監視器、程序運行監視器，壓力報警器和液晶顯示器，壓力傳感器采用半導體固態壓阻式CYG01，它的輸入端連接穩壓器IC1，輸出端連接運算放大器IC2，IC2的輸出端連接至單片控制機IC9的輸入端，溫度傳感器采用AD590J，它的輸出端連接運算放大器IC3，IC3的輸出端連接至IC9的輸入端，電源監視器IC5采用TL77 05，它連有反相器IC4-CD4069，IC5的輸出端連接至IC9的外部中斷輸入端INT0，IC4的輸出端連接至IC9的復位輸入端RST，程序運行監測器由IC11單穩態多諧振蕩器74HC121，和IC12通用定時器ICM755組成，IC11的輸入腳接至IC9的T0輸出端，IC11的輸出腳接至IC9的RST輸入端，IC12的3腳接至IC9的輸入端T1，IC12的輸出3腳接至IC10的定時器輸入端T1，單片控制機是由IC8精密參考電源MC1403，IC7模擬開關CD405，IC8模/數轉換器MC14433，IC9單片微計算機89C51，和IC10可編程并行輸入/輸出擴展接口81C55組成，IC6經R24接至IC8的VR、VACT兩個輸入端，IC7的兩個輸入端接IC2的輸出端，IC7的輸出端經R27、C13接IC8的輸入端VxIC9和IC10各對應引腳之間相連接，IC9的P2.1口接液晶顯示器各位的COM腳，壓力報警器由光電耦合器TR1、TR2和電磁繼電器J1、J2構成，分別連至2C9的P2.5和P2.6接口。
專利摘要本實用新型屬于一種用電腦控制監測SF6氣體是否泄漏的報警儀表，它是將壓力傳感器和溫度傳感器連接到單片控制機上，再在該單片機上連接電源監視器、程序運行監視器，壓力報警器和液晶顯示器，專用于監視高壓電器絕緣用的SF6惰性氣體是否發生泄漏現象，可以長期在惡劣環境下連續可靠、穩定地運行，真實反映了高壓電器運行情況，為自動集中監控系統，提供了一種配套的新型自動檢測報警儀表，有效地防止事故發生。
文檔編號G01M3/26GK2237238SQ9520805
公開日1996年10月9日 申請日期1995年4月8日 優先權日1995年4月8日
發明者南征 申請人:南征