Радіовимірювальний пристрій моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок

Реферат: Винахід належить до контрольно-вимірювальної техніки. Радіовимірювальний пристрій моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок, що містить сенсор газу, який розміщений в вимірювальній камері, мікропроцесорний пристрій, введено n сенсорів газу, тиску, вологості та температури, що розміщені в вимірювальній камері, відділеній від масляного потоку мембраною, яка пропускає гази, виходи яких попарно з'єднані з входами n частотних перетворювачів, що являють собою генератори на основі транзисторних структур з від'ємним опором, виходи яких попарно з'єднані з входами n мікроконтролерів, які виходами, через шину даних підключені до входу мікропроцесорного пристрою, який оснащений виходами комунікації, виходами передачі відео і звуку, модулями безпровідної передачі даних, містить блок живлення, а також LCD пристрій відображення інформації, що з'єднаний з мікропроцесорним UA 114562 C2 (12) UA 114562 C2 пристроєм, причому мікропроцесорний пристрій оснащений спеціальною програмою, яка забезпечує вимірювання та графічне відображення значень концентрацій, тиску, вологості та температури газу в будь-який момент часу при надходженні у вимірювальну камеру газу, що аналізується. Технічним результатом, що досягається даним винаходом є підвищення точності та чутливості вимірювання концентрації, тиску, вологості та температури газів. UA 114562 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використаний для вимірювання концентрації, тиску, вологості та температури газів в системах контролю потужних маслонаповнених трансформаторів. Відомий пристрій для вимірювання концентрації газу складається з керамічної підкладки, яка витримує нагрівання до 500 °C. На керамічній підкладці створені два електроди, між якими міститься напівпровідниковий прошарок оксиду металу. При проходженні газу над поверхнею активованого прошарку оксиду металу змінюється його опір. За допомогою мостової схеми зміна опору перетворюється у змінну напругу (див. Г. Виглеб. Датчики - М. Мир, 1989, С99-111). Недоліком такого пристрою є низька чутливість, особливо в області температур 100-200 °C, тому що при цих температурах різко спадає хімічна швидкість реакцій, які відбуваються на поверхні газочутливого пристрою. Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого винаходу, що заявляється, є електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю, що містить електрохімічний сенсор амперометричного типу, в подальшому сенсор газу, який розміщений в проточній реакційній камері, в подальшому вимірювальна камера, з пневмоходом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, та пневмовиходом для скиду газу після аналізу, а також компресор, мікропроцесорний пристрій, пневмоелектричний клапан, фільтр "нульового газу" виконаний у вигляді термічного перетворювача оксиду вуглецю у діоксид вуглецю на паладієвому каталізаторі з вхідним отвором для надходження навколишнього повітря, який через розподільник газового потоку з'єднаний з пневмовиходом компресора та вихідним отвором, який через один газовий канал пневмоелектричного клапана з'єднаний з пневмоходом вимірювальної камери для надходження в камеру газу, очищеного від оксиду вуглецю, а через другий газовий канал пневмоелектричного клапана, розподільник газового потоку, компресор, фільтр пиловий реакційна камера з'єднана з пневмоходом газоаналізатора для надходження в камеру газу, що аналізується, при цьому для підтримання необхідних метрологічних характеристик при безперервній роботі мікропроцесорний пристрій оснащений спеціальною програмою, що забезпечує керування клапаном електромагнітним і необхідний алгоритм вимірів та їх обробку, який полягає в циклічному автоматичному коригуванні нульових показань при проходженні через реакційну камеру газу, очищеного від окису вуглецю, та вимірювання і розрахунок значень концентрацій при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується [див. пат. України №34285 МПК G01N27/26, Бюл. №15, 2008]. Недоліками пристрою є недостатньо висока точність вимірів і чутливість, що пояснюється неможливістю вимірювання оксиду вуглецю в моменти часу коли реакційна камера підключається до газового каналу, що містить газову суміш, очищену від оксиду вуглецю, а також складність в експлуатації. В основу винаходу поставлена задача створення радіовимірювального пристрою моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок, в якому за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними, відбувається перетворення концентрації, тиску, вологості та температури газу в електричний сигнал, в якому підраховується частота, що призводить до підвищення точності і чутливості вимірювання концентрації, тиску, вологості та температури газів. Крім того, спрощується експлуатація. Поставлена задача вирішується тим, що у радіовимірювальний пристрій моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок, що містить сенсор газу, який розміщений в вимірювальній камері, мікропроцесорний пристрій, введено n сенсорів концентрації, n сенсорів тиску, n сенсорів температури, n сенсорів вологості газу, які розміщені в вимірювальній камері з мембраною, що виконана з можливістю пропускання газів і запобігання потоку масла. Виходи n сенсорів концентрації, тиску температури та вологості газу, попарно з'єднані з входами n частотних перетворювачів, що являють собою генератори на основі транзисторних структур з від'ємним опором. Виходи n частотних перетворювачів попарно з'єднані з входами n мікроконтролерів, які входами через шину даних підключені до входу мікропроцесорного пристрою, оснащеного виходами комунікації Ethernet, USB, UART, виходами передачі відео і звуку HDMI, VGA, RCA та модулями безпровідної передачі даних GSM, WLAN. Крім того, пристрій містить блок живлення, що з'єднаний з n сенсорами концентрації, тиску, температури та вологості газу, n частотними перетворювачами n мікроконтролерами, та мікропроцесорним пристроєм, який сполучений з LCD-пристроєм відображення інформації. Мікропроцесорний пристрій оснащений спеціальною програмою, яка при надходженні газу у вимірювальну камеру забезпечує вимірювання та графічне відображення інформації в будь-який момент часу. На кресленні наведено схему радіовимірювального пристрою моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок. 1 UA 114562 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Пристрій містить n сенсорів концентрації 11-1n, n сенсорів тиску 21-2n, n сенсорів температури 31-3n, n сенсорів вологості 41-4n газу, які розміщені в вимірювальній камері 5 з мембраною 6, що виконана з можливістю пропускання газів і запобігання потоку масла. Виходи n сенсорів концентрації, тиску температури та вологості газу, відповідно 11-1n, 21-2n, 31-3n, 41-4n попарно з'єднані з входами n частотних перетворювачів 71-7n, що являють собою генератори на основі транзисторних структур з від'ємним опором. Виходи n частотних перетворювачів 71-7n попарно з'єднані з входами n мікроконтролерів 81-8n, які входами через шину даних 9 підключені до входу мікропроцесорного пристрою 10, оснащеного виходами комунікації Ethernet, USB, UART 11, виходами передачі відео і звуку HDMI, VGA, RCA 12 та модулями безпровідної передачі даних GSM, WLAN 13. Крім того пристрій містить блок живлення 14, що з'єднаний з n сенсорами концентрації, тиску, температури та вологості газу, відповідно 1 1-1n, 21-2n, 31-3n, 41-4n, n частотними перетворювачами 71-7n n мікроконтролерами 81-8n, та мікропроцесорним пристроєм 1 0, який сполучений з LCD-пристроєм відображення інформації 15. Мікропроцесорний пристрій 10 оснащений спеціальною програмою, яка при надходженні газу у вимірювальну камеру забезпечує вимірювання та графічне відображення інформації в будьякий момент часу. Пристрій працює наступним чином. Газ, що аналізується, проникає через мембрану 6 у вимірювальну камеру 5. В залежності від концентрації, тиску, температури та вологості газу сенсори 11-1n, 21-2n, 31-3n, 41-4n виробляють електричний сигнал, що змінює частоту вихідного сигналу n частотних перетворювачів 71-7n, яку вимірюють за допомогою n мікроконтролерів 81-8n. Підраховані значення частоти через шину даних 9 передаються до мікропроцесорного пристрою 10, оснащеного виходами комунікації Ethernet, USB, UART 11, виходами передачі відео і звуку HDMI, VGA, RCA 12 та модулями безпровідної передачі даних GSM, WLAN 13. За допомогою розробленого спеціального програмного забезпечення і отриманих функцій перетворення мікропроцесорний пристрій 10 виконує вимірювання та забезпечує графічне відображення значень концентрації, тиску, вологості та температури газу на LCD-пристрої відображення інформації 15. Блок живлення 14 забезпечує безперебійне живлення радіовимірювального пристрою моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок. Отже, залежно від типу застосовуваних п сенсорів 1 можна виміряти концентрацію специфічного газу в газовій суміші. Експериментальні дослідження підтвердили роботоздатність і позитивні якості даного радіовимірювального пристрою моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок. Використання частотного методу для вимірювання концентрації, тиску, вологості та температури газу забезпечує можливість досягнення значно більших точностей вимірювання, ніж при використанні амплітудних сенсорів. Підвищення чутливості досягається шляхом перетворення інформативного сигналу (концентрації, тиску, вологості та температури газу) в частотний. Кількість вимірювальних каналів n може бути збільшена до сто дванадцяти. Час вимірювання по всіх каналах одночасно складає 1с. Запропонований прилад по вимірювальних каналах визначає концентрації газів, таких як Н2, CO, C2H2, С2Н4. Діапазон вимірювання температури трансформаторного масла складає від -10 °C до 125 °C, вологості від 0 ррm до 250 ррm, тиску від 1 атм до 8 атм. Діапазон вимірювання концентрації водню і окису вуглецю складає від 1 ррm до 6500 ррm, етилену і ацетилену від 1 ррm до 15000 ррm. Абсолютна похибка вимірювання концентрації в діапазоні вимірювання від 1 ррm до 500 ррm-0,5 ррт, а в діапазоні від 500 ррm до 6500 ррm-1 ррm. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 Радіовимірювальний пристрій моніторингу потужних маслонаповнених енергетичних установок, що містить сенсор газу, який розміщений в вимірювальній камері, мікропроцесорний пристрій, який відрізняється тим, що в нього введено n сенсорів концентрації, n сенсорів тиску, n сенсорів температури, n сенсорів вологості газу, які розміщені в вимірювальній камері з мембраною, що виконана з можливістю пропускання газів і запобігання потоку масла, виходи n сенсорів концентрації, тиску температури та вологості газу, попарно з'єднані з входами n частотних перетворювачів, що виконані у вигляді генераторів на основі транзисторних структур з від'ємним опором, виходи n частотних перетворювачів попарно з'єднані з відповідними входами n мікроконтролерів, які своїми виходами, через шину даних, підключені до входу мікропроцесорного пристрою, який оснащено виходами комунікації Ethernet, USB, UART, виходами передачі відео і звуку HDMI, VGA, RCA та модулями безпровідної передачі даних GSM, WLAN, причому пристрій містить блок живлення, що з'єднаний з n сенсорами 2 UA 114562 C2 концентрації, тиску, температури та вологості газу, n частотними перетворювачами, n мікроконтролерами та мікропроцесорним пристроєм, який сполучений з LCD-пристроєм відображення інформації. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3