專利名稱：一種潛水電機智能監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
潛水電機智能監(jiān)控裝置，用于潛水電機運行狀態(tài)的智能化監(jiān)測和保護，屬于測控技術領域。
背景技術：
隨著潛水電機的監(jiān)控逐步向智能方向發(fā)展，出現了一些對潛水電機進行監(jiān)控保護的智能監(jiān)控儀，這些監(jiān)控儀一般要對潛水電機的電壓、電流、電機腔溫度和電機腔內液位進行監(jiān)測；在以電壓電流為監(jiān)測對象時，由于電網電壓的波動，容易導致潛水電機的頻繁啟停；在對電機腔溫度進行監(jiān)測時，在工業(yè)現場一般采用鉑溫度傳感器，為了補償鉑電阻長線傳輸時長引線電阻造成的影響，智能監(jiān)控儀中溫度信號的提取一般采用三線制或四線制的信號傳輸方式，接口電路一般由電橋、濾波電路、恒流源或恒壓源、運放、A/D轉換器等組成。其缺點是(1)普通的恒流源和運算放大器都是存在溫漂的元器件，為了解決溫漂問題，還必須加入新的器件來抑制溫漂，新的器件的加入會增加電路復雜程度和產品的成本；(2)由于鉑電阻的測溫環(huán)境比較惡劣，電機的運行會給溫度信號的采集帶來很大的干擾，測溫接口電路組成環(huán)節(jié)的過多會降低系統的抗干擾能力。(3)為了解決信號放大，運放電平遷移，和電橋零點調整問題，需要加入眾多的可調電阻，各參數都要經過反復的調整，這些可調電阻的加入給產品的批量化生產帶來很大的困難。
圖6給出了一種傳統的多路鉑電阻測溫電路。該電路由多路開關U1，U2，U3，運算放大器U4，U5，恒流源Is和模數轉換器ADC0804等組成，該電路的原理為鉑電阻Rt0兩端流過固定的電流，其兩端電壓的變化反映其阻值的變化，鉑電阻Rt0兩端的電壓經多通道開關差分輸入到運算放大器U4的同相輸入端和反相輸入端，U4的輸出電壓V1為同相端和反相端電壓輸入之差，并作為運放U5的同相端輸入電壓。在以運放U5為核心的放大單元中，由5V參考電壓Uref、可調電阻Rw和電阻R7構成分壓電路給U5的反相端提供輸入電壓V2，通過調節(jié)此輸入電壓可使U5的輸出電壓在ADC0804的電壓輸入范圍之內，即可達到電平遷移的目的，該電路組成環(huán)節(jié)較多，引入的干擾因素較多，該電路的關鍵是要有一個精密的恒流源電路和穩(wěn)定的放大電路和電平遷移電路，對電源和各器件的精度要求都相當高，一個地方出問題都將導致測溫不準，并且在實際的開發(fā)生產過程中需要反復的調試并通過可調電阻校正；在實際測量電路中，為克服工頻干擾，必須加濾波環(huán)節(jié)，這就進一步增加了電路的復雜度。
目前國外也有許多潛水電機的智能電子保護裝置，如丹麥格蘭富公司的潛水電機集成電子保護裝置CU3等，這些裝置一般價格都比較昂貴，而且大多為自己公司電泵產品的專有配套裝置，不具備通用性，從而限制了其在國內普通潛水電機上的推廣使用。

發(fā)明內容
本實用新型旨在克服前述潛水電機監(jiān)控保護裝置之不足，設計一種簡單、可靠、抗干擾能力強且適合產品批量化生產的潛水電機智能監(jiān)控保護裝置。
本實用新型的技術方案見圖1，包括有微處理器、電機控制接口、顯示接口、溫度采樣模塊、液位接口電路、溫度傳感器、滲漏傳感器；所述溫度傳感器獲取的溫度信號經多通道開關進入A/D轉換器，經A/D轉換器轉換成數字信號輸送給微處理器，所述滲漏傳感器獲取的液位信號通過液位接口電路傳輸給微處理器；微處理器根據接收到的溫度信號和滲漏信號通過電機控制接口控制電機的運轉，同時通過顯示接口將溫度和滲漏信號傳輸給顯示器；所述的溫度傳感器采用PT100鉑電阻Rt，在潛水電機三相定子線圈的每相線圈中埋設一個鉑電阻Rt溫度傳感器，所述的溫度采樣模塊包括有A/D轉換器、電源極性變換芯片、限流電阻R1、參考電阻R2，其中R2為精密金屬膜電阻。限流電阻R1、參考電阻R2、鉑電阻Rt依次串連，R1另一端接+5V電源VCC，Rt的另一端接地，Rt兩端的另一對引線分別接A/D轉換器的差分輸入端的正端和負端，R2兩端另一對引線分別接A/D轉換器的差分參考輸入端的正端和負端；所述的滲漏傳感器為一柱狀體，分上下A、B兩個電極，A、B兩個電極之間為絕緣塑料層C，滲漏傳感器按常規(guī)方式固定在電機腔內；其中PT100鉑電阻用不銹鋼管鎧裝，其固定方式為在電機定子線圈下線時，用定子線將鎧裝后的鉑電阻層層纏緊埋設在定子線圈中；所述的滲漏傳感器為一頂部帶有螺紋連接部分的圓柱體，其A、B電極的外表面鍍鉑或其他金屬材料。
本實用新型測溫原理如圖2所示，因為本實用新型所選用的A/D轉換器具有差分輸入端和差分參考電壓輸入端，并具有高輸入阻抗，所以其差分參考輸入端REFIN+、REFIN-和差分輸入端INHI，INLO的輸入阻抗都很高，流入這幾個引腳的電流可以看作為零，這樣流過電阻R2的電流和流過鉑電阻Rt的電流相等，所以有下式成立VREFVRt=R2Rt]]>其中VREF差分參考輸入電壓，亦即A/D轉換器的參考輸入端REFIN+和REFIN-之間的電壓，VRt為鉑電阻Rt兩端的電壓。
又由A/D轉換器的輸入與輸出之間的線性轉換關系有下式成立VREFVRt=Nn]]>其中N為與A/D轉換器型號和位數相關的固有常數，n為鉑電阻傳感信號采樣值。
所以有R2Rt=Nn]]>當由采集程序得出采樣值n后由上式就可得出在某一溫度時鉑電阻Rt的阻值，由PT100型鉑電阻分度表可以最終得出溫度值。
本實用新型的三根鉑電阻溫度傳感器的形狀見圖3，該鉑電阻用小直徑的不銹鋼管鎧裝，在安裝鉑電阻時無須專用固定裝置，其固定方式為在電機定子線圈下線時，用定子線將鉑電阻層層圍緊，分布于三相定子線圈中，每一相一個鉑電阻。
本實用新型的滲漏傳感器形狀見圖4所示，該滲漏傳感器為一體化電極式液位開關，分上下A、B兩極，中間通過采用特種塑料制作的絕緣介質隔開，頂部有螺紋，可以方便的將其固定在電機腔的上端。從滲漏傳感器螺紋頂部引出兩根信號線，通過滲漏傳感器內部分別與A，B兩個電極連接.該滲漏傳感器的特征在于，當上下A、B兩極因脫水而斷開時，因表面有液體殘留，斷開時間有一定的滯后。滲漏傳感器按通用方式垂直安裝在電機腔頂蓋上，液位接口電路將滲漏傳感器輸出的表征液位狀態(tài)的開關量信號提供給微處理器判斷，當微處理器檢測到液位異常時，將通過電機控制接口電路使電機停止運轉以達到及時保護電機的目的。


圖1本實用新型總體裝置示意圖；圖2本實用新型溫度采樣模塊原理圖；圖3本實用新型鉑電阻鎧裝示意圖；圖4本實用新型滲漏傳感器示意圖；圖5本實用新型溫度采樣模塊及監(jiān)控系統電路圖；圖6現有技術鉑電阻測溫電路。
具體實施方式
本實用新型的溫度傳感器采用直徑4mm的鉑電阻，首先在潛水電機定子線圈下線時，用定子線將鉑電阻層層圍緊的方式，將三根PT100型鉑電阻Rt1，Rt2，Rt3繞緊固定于電機腔定子線圈中，不需要額外的固定件，滿足了在狹小的空間安裝傳感器的要求。將滲漏傳感器用螺紋豎直固定于潛水電機頂蓋，其引線由電機頂蓋孔穿出接入液位接口電路。
如圖5所示，本實用新型對三路鉑電阻傳感信號采用多通道循環(huán)采集的方式，其中Y1、Y2、Y3是三片多通道開關CD4051，用微處理器AT89C51的P1.0，P1.1兩個引腳來對通道進行選擇。從電源VCC出發(fā)的電流流經R1、R2后經Y1的OUT/IN端流入，由鉑電阻Rt流入模擬地，其中R2為精密金屬膜電阻。電源極性變換芯片ICL7660通過第5腳輸出端給A/D轉換器ICL7109提供負電源，將A/D轉換器ICL7109的RUN/HOLD引腳接高電平從而使ICL7109工作在連續(xù)自動轉換的方式；當電機過載或低壓運行，或因其他種種原因而導致電機定子線圈的電流過大時，定子線圈溫度將超過正常工作溫度而上升，當溫度超過定子線圈絕緣層所能承受的溫度75℃時，若不及時停機電機將燒毀。在潛水電機監(jiān)控裝置的監(jiān)控下，監(jiān)控裝置微處理器AT89C51通過管腳P1.0，P1.1切換多路開關CD4051，循環(huán)采集與定子線圈接觸的鉑傳感器模擬溫度信號，并通過ICL7109，用比率法的原理將模擬溫度信號轉為數字溫度信號，當檢測到任何一路溫度信號超過預定的報警極限60℃時，監(jiān)控裝置溫度報警指示燈亮，當檢測到任何一路溫度信號超過停機極限75℃時，微處理器發(fā)出停機電平信號至管腳P1.3，通過電機控制接口電路使電機停機。
本實用新型的滲漏傳感器裝到潛水電機后，正常工作時，液位開關全部浸于水中，當有滲漏發(fā)生時，電機腔水位逐漸下降，當水位下降到C面以下時(見圖4)，A，B兩極之間絕緣部分的表面殘留有一層水膜，因此延遲約7秒后A、B兩極徹底斷開，從而引起液位檢測電路輸出開關量信號的改變，微處理器檢測到脫水信號后將發(fā)出指令停機并置滲漏指示燈亮。
本實用新型的滲漏傳感器，與傳統的由兩極分開形式的液位開關相比，安裝空間小并節(jié)省了一個安裝孔，保證了電機的機械強度，由于采取了一體化上下A、B兩個電極的形式，A、B兩極在脫水后需要一定的延時才能斷開，因此在電機腔水位頻繁振蕩時不需要反復判斷，同時又不至于因延時過長使判斷失效，因此其靈敏度比較適中，此外，該滲漏傳感器還有耐高溫，抗氧化，可靠性高等優(yōu)點。
本實用新型由于采用了比率法測溫的原理，正負10％的電壓波動對采樣數據沒有影響，抗電壓波動的能力較強，更重要的是比率法的比值關系將電機運行過程中由鉑電阻帶來的干擾也抵消了；ICL7109轉換器采用6MHZ的晶振，能抗50HZ的工頻干擾，對工業(yè)環(huán)境非常適用實驗證實，本實用新型的監(jiān)控裝置所測溫度與理論計算溫度一致，由于測溫時無電橋電路和易產生溫漂的元器件，如恒流源和運算放大器，因而不需要反復調整電路參數，有利于產品的批量化生產，并且由于ICL7109輸入阻抗很高，能自動補償由于長線電阻造成的誤差，而且各鉑電阻引線的長短是否一致也不會造成影響，由于采用了數量少且廉價的測溫元器件，大大降低了產品的生產成本。
權利要求1.一種潛水電機智能監(jiān)控裝置，包括有微處理器、電機控制接口、顯示接口、溫度采樣模塊、液位接口電路、溫度傳感器、滲漏傳感器，所述溫度傳感器獲取的溫度信號經多通道開關進入A/D轉換器，經A/D轉換器轉換成數字信號輸送給微處理器，所述滲漏傳感器獲取的液位信號通過液位接口電路傳輸給微處理器；微處理器根據接收到的溫度信號和滲漏信號通過電機控制接口控制電機的運轉，同時通過顯示接口將溫度和滲漏信號傳輸給顯示器；其特征在于，所述的溫度傳感器采用PT100鉑電阻Rt，在潛水電機三相定子線圈的每相線圈中埋設一個鉑電阻Rt，所述的溫度采樣模塊包括有A/D轉換器、電源極性變換芯片、限流電阻R1、參考電阻R2，其中限流電阻R1、參考電阻R2、鉑電阻Rt依次串連，R1另一端接+5V電源VCC，Rt的另一端接地，Rt兩端的另一對引線分別接A/D轉換器的差分輸入端的正端和負端，R2兩端另一對引線分別接A/D轉換器的差分參考輸入端的正端和負端；所述的滲漏傳感器為一柱狀體，分上下A、B兩個電極，A、B兩個電極之間為絕緣塑料層，滲漏傳感器按常規(guī)方式固定在電機腔內。
2.根據權利要求1所述的一種潛水電機智能監(jiān)控裝置，其特征在于，所述參考電阻R2為精密金屬膜電阻，所述A/D轉換器為具有差分輸入端和差分參考電壓輸入端的高輸入阻抗A/D轉換器。
3.根據權利要求1所述的一種潛水電機智能監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的Pt100鉑電阻采用不銹鋼管鎧裝，其固定方式為在電機定子線圈下線時，用定子線將鎧裝后的鉑電阻層層纏緊埋設在定子線圈中。
4.根據權利要求1所述的一種潛水電機智能監(jiān)控裝置，其特征在于，所述的滲漏傳感器為一頂部帶有螺紋連接部分的柱體，其A、B電極的外表面鍍鉑或其他金屬材料。
專利摘要一種潛水電機智能監(jiān)控裝置，用于潛水電機運行狀態(tài)的智能化監(jiān)測和保護，它由溫度傳感器，滲漏傳感器和采樣監(jiān)控電路組成；其特征在于，用三個鉑電阻溫度傳感器分別監(jiān)測電機三相定子線圈溫度，一個滲漏傳感器監(jiān)測電機腔水位的信號；鉑電阻的安裝采用在下線時用定子線層層繞緊鉑電阻的方式，滲漏傳感器選用一體化電極式表面鍍膜液位開關，在脫水斷開時有一定的時間延時；鉑電阻溫度傳感器溫度信號的傳輸采用四線制方式，通過多通道開關選擇鉑電阻測溫通道；監(jiān)控電路的測溫采用比率法測溫的原理，將鉑電阻和參考電阻串聯在一個回路中。本實用新型具有結構簡單，抗干擾能力強的特點。
文檔編號G01R31/34GK2716847SQ20042000111
公開日2005年8月10日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權日2004年1月16日
發(fā)明者張慧慧, 李紅云, 劉洪濤, 崔凱, 孫樹文, 楊建武 申請人:北京工業(yè)大學