專利名稱：一種高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在 線監(jiān)測的方法和裝置。
技術(shù)背景按照超導(dǎo)電纜導(dǎo)體正常工作溫度的不同，超導(dǎo)電纜可分為高溫超導(dǎo)電纜和低溫超導(dǎo)電纜。 低溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體采用NbTi、 Nb3Sn等低溫超導(dǎo)帶材繞制加工而成，其導(dǎo)體工作在液氦溫區(qū) (4.2K)附近；高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體采用Bi系、Y系等高溫超導(dǎo)帶材繞制加工而成，其導(dǎo)體則工 作在77K左右的液氮溫區(qū)。按照高溫超導(dǎo)電纜電壓等級的不同，高溫超導(dǎo)電纜可按常規(guī)電纜分 為高壓輸電電纜和低壓輸電電纜。高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體對其本身的工作溫度有相當(dāng)嚴(yán)格的要求。高溫超導(dǎo)電纜本體安裝于低溫 容器內(nèi)，在本體導(dǎo)熱良好的情況下高溫超導(dǎo)電纜本體上的溫度和低溫容器內(nèi)部的液氮溫度是一 致的，監(jiān)測電纜本體的溫度就可以知道低溫容器內(nèi)的液氮溫度。當(dāng)高溫超導(dǎo)電纜正常運(yùn)行時， 低溫容器內(nèi)的液氮溫度應(yīng)該介于液氮進(jìn)、出口處的溫度之間；如果高溫超導(dǎo)電纜本體出現(xiàn)異常 情況，導(dǎo)致發(fā)熱量突然增加，電纜本體上產(chǎn)生的熱量不能夠被冷卻液氮及時帶走時，就會使高 溫超導(dǎo)電纜本體的溫度上升并且高于低溫系統(tǒng)產(chǎn)生的液氮溫度和低溫容器內(nèi)的液氮溫度，這將 可能導(dǎo)致高溫超導(dǎo)電纜的迅速失超，使電網(wǎng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的后果。因此對于高溫超導(dǎo)電纜本體 溫度的監(jiān)測非常重要。在監(jiān)測裝置中，需要在高溫超導(dǎo)電纜的整個運(yùn)行過程中對低溫容器內(nèi)超 導(dǎo)本體上的溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以確保高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的安全。鑒于上述情況，實(shí)踐中對高 溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體本身進(jìn)行在線溫度監(jiān)控就具有極為重要的意義。《高溫超導(dǎo)電纜低溫系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控》(范宇峰、徐向東、龔領(lǐng)會、李來風(fēng)、張亮，低溫 工程，2004年第5期，No.141， R26-30)提出一種數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置的溫度測量 部分的硬件由鉑電阻溫度計、恒流源、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)組成，鉑電阻溫度計采用四引線法 測量，首先由恒流源給鉑電阻溫度計供應(yīng)lmA的電流，測得鉑電阻溫度計的電壓是mV級的小 信號，需要經(jīng)過一個放大器放大后，被采集卡采集，然后輸入計算機(jī)進(jìn)行信號處理、顯示、存 儲。在上述技術(shù)方案中，上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)沒有高電壓隔離功能，不能用于高電壓狀態(tài)下高溫超導(dǎo)電纜溫度信號監(jiān)測；并且由于其抗干擾性能差，難以保證精確的溫度監(jiān)測；還有上述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 不能夠進(jìn)行長距離信號通訊，難以實(shí)現(xiàn)較長距離的高溫超導(dǎo)電纜溫度監(jiān)測。綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于較長距離高溫超導(dǎo)高電壓輸電電纜的電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān) 測裝置和方法，還存在以下三個技術(shù)問題，它們分別是1. 現(xiàn)有的監(jiān)測裝置在低溫下一般都難以實(shí)現(xiàn)精確地溫度監(jiān)測，它們在對電纜狀態(tài)的監(jiān)測過 程中所獲得的數(shù)據(jù)一般都有較大誤差；2. 現(xiàn)有的監(jiān)測裝置一般難以在進(jìn)行監(jiān)測的同時實(shí)現(xiàn)高電壓隔離，而對于傳輸大電流的高溫 超導(dǎo)電纜而言，實(shí)現(xiàn)高電壓隔離則是確保安全監(jiān)測的重要保證；3. 現(xiàn)有的監(jiān)測裝置可以在較短距離上傳輸溫度測量信號，但是，如果通過較長距離傳輸溫 度測量信號，則很容易出現(xiàn)信號失真，難以在接收端接收到穩(wěn)定而真實(shí)的信號。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在液 氮溫區(qū)對高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體進(jìn)行精確的溫度監(jiān)測，并且同時能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓隔離監(jiān)測。 本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案得到實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法，包括如下步驟a) 把低溫溫度傳感器貼在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體上，采用四引線法接出該低溫溫度傳感器的測 試引線；b) 將所述低溫溫度傳感器的測試引線接入相應(yīng)的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊，以使所述低溫溫度傳 感器的輸出信號輸入到所述的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊；c) 將所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊與模塊化分布式I/0系統(tǒng)相連，以使所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊的 輸出信號能輸入到所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)中；d) 將所述模塊化分布式I/0系統(tǒng)連接到計算機(jī)，以將所述模塊化分布式I/0系統(tǒng)的輸出信 號輸入到所述計算機(jī)；e) 利用所述計算機(jī)對輸入信號進(jìn)行處理，并顯示和存儲所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體的溫度。 本發(fā)明通過以上步驟完成了高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度的在線監(jiān)測，克服了低溫下溫度監(jiān)測的難點(diǎn)。通過采用模塊化分布式I/0系統(tǒng)，能夠簡單、便捷地實(shí)現(xiàn)可靠測量。本發(fā)明方法通過溫度 光纖轉(zhuǎn)換模塊的光信號隔離電壓的作用，解決了高電壓隔離的技術(shù)問題。也就是說，通過溫度 光纖轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部的光信號作為傳輸介質(zhì)，以此達(dá)到隔離高電壓的目的，傳輸在高電壓狀態(tài)下 所述低溫溫度傳感器輸出的數(shù)值給低壓測試設(shè)備，有效地保護(hù)了低壓測試設(shè)備及測試人員的安 全。另外，為了能夠在一臺計算機(jī)上同時顯示較長距離(例如，超過20m長)高溫超導(dǎo)輸電電纜兩端的溫度數(shù)值，對它們進(jìn)行比較分析，需要解決較長距離數(shù)據(jù)的傳輸問題，可以將模塊化 分布式I/O系統(tǒng)的輸出接入到RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，然后將RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 的輸出接入到計算機(jī)。其中所述"較長距離"指20m以上，這是因?yàn)楸炯夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的是RS232 協(xié)議最大通信距離為20m。例如，《RS-232-C接口》(白泓韌、白恩杰，光電與控制，1995年第 2期，No.58， P.51-55)描述了 RS232串行通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA 制定的參考標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)的同步或異步串行通訊，其中還描述了 RS232通訊速度在20kbps以 下，最大傳輸距離為20m。因此，RS232串行通訊協(xié)議不能單獨(dú)應(yīng)用于超過20m的高溫超導(dǎo)電 纜的溫度在線監(jiān)測。所以，本發(fā)明通過設(shè)置了 RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，不但解決了較長距 離信號傳輸?shù)膯栴}，而且由于RS232與RS485協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，還使整套測試裝置具有防止過 電壓對計算機(jī)及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行襲擊的功效，它有效的保護(hù)了計算機(jī)及其對應(yīng)的數(shù) 據(jù)采集設(shè)備。并且，因?yàn)镽S485的最高通訊速度為10Mbps ，所以RS485協(xié)議的引入還能有效 的提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。最后，在把低溫溫度傳感器貼在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體上的步驟中，在高溫超導(dǎo)電纜的兩端分 別貼上低溫溫度傳感器，這樣可以實(shí)現(xiàn)對超導(dǎo)電纜的兩端的溫度進(jìn)行同時在線監(jiān)測。而且，如 果將低溫溫度傳感器貼在高溫超導(dǎo)電纜的多個位置點(diǎn)，則還可以實(shí)現(xiàn)對高溫超導(dǎo)電纜的多個位 置點(diǎn)的同時在線監(jiān)測。應(yīng)用本發(fā)明高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測方法的裝置包括a) 待監(jiān)測的高溫超導(dǎo)電纜，該高溫超導(dǎo)電纜具有電纜導(dǎo)體；b) 低溫溫度傳感器，所述低溫溫度傳感器貼在所述高溫超導(dǎo)電纜的電纜導(dǎo)體上，并采用四 弓i線法接出該低溫溫度傳感器的測試引線；c) 計算機(jī)；d) 溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊，所述低溫溫度傳感器的測試引線接入所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊，以使 所述低溫溫度傳感器的輸出信號輸入到所述的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊；e) 模塊化分布式I/0系統(tǒng)，所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊與所述模塊化分布式I/0系統(tǒng)相連，以 使所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊的輸出信號能輸入到所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)中;而且所述模塊化分 布式I/0系統(tǒng)連接到所述計算機(jī)，以將模塊化分布式I/0系統(tǒng)的輸出信號輸入到所述計算機(jī)，利 用所述計算機(jī)對輸入信號進(jìn)行處理，并顯示和存儲所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體的溫度。通過本發(fā)明的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法和裝置，能夠真實(shí)地、有效地、快速 地監(jiān)測高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體的溫度，并且能夠安全地應(yīng)用于高電壓輸電電纜，而且能夠保證較長 距離信號的傳輸不失真，最終能夠保證裝置在線的實(shí)時監(jiān)測。本發(fā)明的測試裝置具有絕緣、抗 干擾性好，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，耗電低，使用壽命長以及成本低簾的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 圖l是高溫超導(dǎo)電纜剖視圖，圖中11電絕緣；12低溫容器；13低溫容器；14液氮通道；15滑道線；16電纜導(dǎo)體；17 電纜骨架；18液氮通道；圖2是本發(fā)明的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置的示意圖，圖中l(wèi)高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體2低溫溫度傳感器；3溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊；4模塊化分布式I/O系統(tǒng)；5 RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊；6計算機(jī)；圖3是利用本發(fā)明高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測所得到的一個溫度曲 線圖，圖中31高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；32高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度 曲線；33高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；34高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線； 35高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線；36高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線；圖4是利用本發(fā)明高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測所得到的溫度曲線圖，圖中41高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；42高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度 曲線；43高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；44高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線； 45高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線；46高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線；圖5是利用本發(fā)明高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測所得到的一個溫度曲線圖，圖中51高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；52高溫超導(dǎo)C相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度 曲線；53高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線；54高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮出口溫度曲線； 55高溫超導(dǎo)B相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線；56高溫超導(dǎo)A相電纜內(nèi)液氮進(jìn)口溫度曲線。
具體實(shí)施方式
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圖1是高溫超導(dǎo)電纜剖視圖。高溫超導(dǎo)電纜是由電纜芯、液氮通道14、 18、低溫容器12、 13以及電絕緣11等部分構(gòu)成。高溫超導(dǎo)電纜的電纜芯由電纜骨架17、電纜導(dǎo)體16和滑道線15 組成。電纜骨架17采用柔性的不銹鋼波紋管，兩端分別焊上終端銅接頭，便于導(dǎo)體層的高溫超 導(dǎo)帶材的焊接和終端電流引線的連接。電纜的電纜導(dǎo)體層16采用一定數(shù)量的Bi-2223/Ag帶材在 骨架上繞制而成，導(dǎo)體層間具有低溫電絕緣。電纜芯裝在維持液氮溫度的低溫容器13中，低溫 容器兩端與終端相連。低溫容器12外側(cè)為常溫電絕緣11和電纜外保護(hù)層。下面參照圖2來詳細(xì)說明本發(fā)明的一個實(shí)施方案。圖2所示為75米高溫超導(dǎo)電纜的溫度在線監(jiān)測實(shí)例示意圖。如廚2所示，三根高溫超導(dǎo)電纜分別是A相電纜、B相電纜和C相電纜，各個電纜的兩端與各自的電纜終端相連，電纜終端 中留有液氮通道，液氮通過低溫冷卻系統(tǒng)的作用，在電纜內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)冷卻，75米高溫超導(dǎo)電 纜液氮的循環(huán)方向如圖2所示，是在超導(dǎo)電纜內(nèi)沿A/B相進(jìn)、C相出的方向循環(huán)，將各種損耗 熱量帶出超導(dǎo)電纜，為超導(dǎo)電纜提供運(yùn)行的低溫環(huán)境。圖2中，高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體1的兩端分 別貼有低溫溫度傳感器2，以便實(shí)時監(jiān)測電纜導(dǎo)體兩端的溫度；低溫溫度傳感器2的測試引線采 用四引線法接出，接入相應(yīng)的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3;將溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3與模塊化分布式I/0 系統(tǒng)4相連；將模塊化分布式I/O系統(tǒng)4連接到RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5; RS232/RS485 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5最終與計算機(jī)6相連，利用計算機(jī)6對輸入信號進(jìn)行處理，并顯示和存儲高溫 超導(dǎo)電纜導(dǎo)體l的溫度。采用本發(fā)明裝置在線監(jiān)測高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度的具體實(shí)施步驟如下所述 第一步，在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體1上布置若干低溫溫度傳感器2， 一般是將低溫溫度傳感器2 貼在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體1的兩端上。圖2顯示出的低溫溫度傳感器2的個數(shù)是每根導(dǎo)體的兩端 各一個，但是在本發(fā)明中低溫溫度傳感器2的個數(shù)不限于每根導(dǎo)體兩個，可以是一個或更多個。 采用多個低溫溫度傳感器2能夠?qū)崿F(xiàn)對超導(dǎo)電纜的多個位置點(diǎn)的溫度進(jìn)行同時在線監(jiān)測。這里， 低溫溫度傳感器2優(yōu)選采用Pt100鉑電阻溫度傳感器。由于Pt100鉑電阻溫度傳感器測量精度高、 測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好并且熱響應(yīng)時間短，所以它適合于在液氮溫區(qū)下進(jìn)行工作，因 而適合用于高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體的溫度在線監(jiān)測。根據(jù)需要，該P(yáng)tlOO鉑電阻溫度傳感器可以僅對 50 300K溫區(qū)內(nèi)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)定。然后，把標(biāo)定好了的鉑電阻溫度傳感器貼在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體 的表面，采用四引線法接出測試引線。第二步，把布置在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體1的兩端上的低溫溫度傳感器2的測試引線分別接入 若干溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3。溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3由光纖調(diào)制器、光纖、光纖溫度變換器三部分組 成。低溫溫度傳感器2用于測量溫度，并將所測信號傳到光纖調(diào)制器，光纖調(diào)制器將所得到的 信號調(diào)制成光信號，并將光信號通過光纖傳導(dǎo)到光纖溫度變換器。所述光纖溫度變換器具有工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流輸出，該輸出可提供給數(shù)據(jù)采集器或計算機(jī)處理，直接實(shí)現(xiàn)光纖式溫度測 量功能。通過上述設(shè)置，能夠達(dá)到高電壓隔離的目的，從而確保成本低廉、安全的監(jiān)測。上述 光線溫度變換器可以是北京安伏電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的FTM3501光纖溫度變換器。第三步，將高溫超導(dǎo)電纜1的兩端的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3連接到各端的模塊化分布式I/O 系統(tǒng)4中，以將高溫超導(dǎo)電纜1的兩端的多個溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊3的輸出分別輸入到各端的模 塊化分布式I/0系統(tǒng)4中。模塊化分布式I/0系統(tǒng)4由I/0模塊、接線座和網(wǎng)絡(luò)模塊所組成，所 述I/O模塊能夠高速同時采集多路數(shù)值信號，通過接線座引入測控信號，就地實(shí)現(xiàn)信號調(diào)理、 A/D轉(zhuǎn)換，然后通過選定的網(wǎng)絡(luò)模塊自身攜帶的RS232串口與其它RS232串口設(shè)備進(jìn)行通訊，把數(shù)據(jù)傳輸出去。在75米高溫超導(dǎo)電纜的溫度在線監(jiān)測實(shí)例中，模塊化分布式I/0系統(tǒng)4的網(wǎng) 絡(luò)模塊與RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5進(jìn)行通訊，傳輸數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有技術(shù)的高溫超導(dǎo)輸電電纜 的電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置中，都還沒有采用過模塊化分布式I/0系統(tǒng)。而本發(fā)明則采用了模 塊化分布式I/0系統(tǒng)，該模塊化分布式I/0系統(tǒng)具有工業(yè)級性能和出色的軟件集成性，實(shí)現(xiàn)了通 訊和信號終端的模塊化結(jié)構(gòu)，并具有出色的分布性、靈活多變的配置、數(shù)據(jù)通訊的抗干擾性的優(yōu)點(diǎn)，因而能夠簡單、便捷地實(shí)現(xiàn)可靠測量。上述模塊化分布式i/o系統(tǒng)可以使用美國國家儀器 (NI)有限公司生產(chǎn)的模塊化分布式I/0系統(tǒng)，其中所述I/0模塊可以是美國國家儀器(NI)有 限公司的FP-AI-100型，網(wǎng)絡(luò)模塊可以是美國國家儀器(NI)有限公司的FP-1000型。第四步，將高溫超導(dǎo)電纜1的兩端的模塊化分布式I/O系統(tǒng)4分別連接到RS232/RS485協(xié) 議轉(zhuǎn)換模塊5，以將模塊化分布式I/O系統(tǒng)4的輸出分別輸入RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5。所 述RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5由成對的RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器組成，它前端的RS232/RS485 協(xié)議轉(zhuǎn)換器把模塊化分布式I/O系統(tǒng)4網(wǎng)絡(luò)模塊所傳輸?shù)男盘栍蒖S232協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS485協(xié)議， 中間通過RS485協(xié)議進(jìn)行傳輸，然后接入后端的RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器，通過該后端的 RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器把所傳輸?shù)男盘枏腞S485協(xié)議重新轉(zhuǎn)換為RS232協(xié)議，以便通過計算 機(jī)6的RS232協(xié)議端口 (串口 )將信號直接輸入到計算機(jī)6中。通過上述設(shè)置，能夠確保在較 長距離進(jìn)行高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度的在線監(jiān)測。所述"較長距離"指20m以上，這是因?yàn)楸炯夹g(shù) 領(lǐng)域內(nèi)公知的是RS232協(xié)議最大通信距離為20m。具體而言，本發(fā)明的監(jiān)測裝置可以應(yīng)用于監(jiān) 測超過20m的高溫超導(dǎo)電纜的溫度狀態(tài)。亦即，本發(fā)明可以將低溫溫度傳感器設(shè)置在長度超過 20m的高溫超導(dǎo)電纜的兩端上，并通過同時接收和處理來自這兩端上的低溫溫度傳感器的信號， 而對高溫超導(dǎo)電纜的兩端的溫度狀態(tài)進(jìn)行分析對比和實(shí)時監(jiān)控。RS485協(xié)議具有抑制共模干擾 的能力，并且具有高靈敏度，所以本發(fā)明具有能夠保證較長距離信號的傳輸不失真，抗干擾性 好，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)。第五步，最后用計算機(jī)6編寫的LabVIEW程序?qū)斎氲接嬎銠C(jī)6中的信號進(jìn)行實(shí)時分析處 理，并顯示和存儲高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體的溫度。最終實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度的在線監(jiān)測。本發(fā)明己經(jīng)試用于75m高溫超導(dǎo)電纜的溫度在線監(jiān)測，圖3、圖4、圖5分別為75m高溫 超導(dǎo)電纜并網(wǎng)運(yùn)行時，三個不同的時間段高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置監(jiān)測并存儲的電 纜導(dǎo)體溫度曲線。由圖3、 4、 5可見，高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置運(yùn)行穩(wěn)定、精確， 能夠真實(shí)的實(shí)時采集、顯示、存儲電纜導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線 監(jiān)測裝置隨75米超導(dǎo)電纜于甘肅省白銀市甘肅長通電纜科技股份有限公司并網(wǎng)試驗(yàn)運(yùn)行超過9 個月，工作電壓6kV、工作電流0-100A，并經(jīng)過10.5kV下133小時、380V/0-1600A下440小 時考驗(yàn)，沒有出現(xiàn)任何自身故障。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置可以適用于高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度的精確在線監(jiān)測。在本發(fā)明中，根據(jù)高溫超導(dǎo)電纜的實(shí)際運(yùn)行情況，可適當(dāng)?shù)氖÷云渲斜景l(fā)明的上述某些步 驟。比如，如果高溫超導(dǎo)電纜在低壓狀態(tài)下運(yùn)行，可省略上述第二步，直接把低溫溫度傳感器2 的輸出引線接入模塊化分布式I/0系統(tǒng)4中，通過在不同的測控區(qū)域配置不同的I/0模塊，例如 選擇熱電偶模塊，可以直接測量低溫溫度傳感器2的阻值信號，在數(shù)字化處理后，通過網(wǎng)絡(luò)模 塊的RS232串口直接與RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊5相連；如果測量數(shù)據(jù)不需要較長距離的傳 輸，則可以省略第四步驟，把模塊化分布式I/0系統(tǒng)4中的網(wǎng)絡(luò)模塊上的RS232串口直接與計 算機(jī)6上的RS232串口進(jìn)行通訊，把數(shù)據(jù)直接傳輸給計算機(jī)6，經(jīng)過計算機(jī)6的信號實(shí)時分析 處理，即可實(shí)時監(jiān)測高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體1的溫度。另外，RS485協(xié)議的引入有助于防止過電壓 對計算機(jī)及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通訊端口進(jìn)行襲擊，以達(dá)到保護(hù)計算機(jī)及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)采 集設(shè)備的目的。并且，因?yàn)镽S485的最高通訊速度為10Mbps ，所以RS485協(xié)議的引入還能有 效的提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。所以優(yōu)選使用RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將 會明白，可以在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思內(nèi)對上述多個步驟進(jìn)行任意組合。
權(quán)利要求
1、一種高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法，包括如下步驟a)把低溫溫度傳感器(2)貼在高溫超導(dǎo)電纜(1)的電纜導(dǎo)體上，采用四引線法接出該低溫溫度傳感器(2)的測試引線；b)將所述低溫溫度傳感器(2)的測試引線接入相應(yīng)的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)，以使所述低溫溫度傳感器(2)的輸出信號輸入到所述的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)；c)將所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)與模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)相連，以使所述溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)的輸出信號輸入到所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)中；d)將所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)連接到計算機(jī)(6)，以將所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)的輸出信號輸入到所述計算機(jī)(6)；e)利用所述計算機(jī)(6)對輸入信號進(jìn)行處理，并顯示和存儲所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體(1)的溫度。
2 、應(yīng)用權(quán)利要求l所述的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測方法的裝置，其特征在于，該 裝置包括待監(jiān)測的有電纜導(dǎo)體的高溫超導(dǎo)電纜(1)、低溫溫度傳感器(2)、溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊 (3)、模塊化分布式I/0系統(tǒng)(4)和計算機(jī)(6);低溫溫度傳感器(2)貼在高溫超導(dǎo)電纜(1) 的電纜導(dǎo)體上，并采用四引線法接出低溫溫度傳感器(2)的測試引線；低溫溫度傳感器(2) 的測試引線接入溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)，溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)與模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4) 相連；模塊化分布式I/0系統(tǒng)(4)與計算機(jī)(6)相連。
3、 如權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述溫度光纖轉(zhuǎn) 換模塊(3)由光纖調(diào)制器、光纖、光纖溫度變換器三部分組成。
4、 如權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述模塊化分布 式I/0系統(tǒng)(4)由I/0模塊、接線座和網(wǎng)絡(luò)模塊所組成。
5、 如權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于所述低溫溫度傳 感器(2)是PtlOO鈾電阻溫度傳感器。
6、 如權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于長距離信號傳輸 時，將所述模塊化分布式I/O系統(tǒng)與RS232/RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊(5)相連，RS232/RS485協(xié)議 轉(zhuǎn)換模塊(5)再與計算機(jī)相連。
全文摘要
一種高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體溫度在線監(jiān)測的方法和裝置。本發(fā)明的方法包括如下步驟把低溫溫度傳感器(2)貼在高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體(1)上，采用四引線法接出該低溫溫度傳感器(2)的測試引線；將低溫溫度傳感器(2)的測試引線接入相應(yīng)的溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)。溫度光纖轉(zhuǎn)換模塊(3)與模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)相連；將模塊化分布式I/O系統(tǒng)(4)連接到計算機(jī)(6)；利用計算機(jī)(6)對輸入信號進(jìn)行處理，并顯示和存儲所述高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體(1)的溫度。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在液氮溫區(qū)對高溫超導(dǎo)電纜導(dǎo)體進(jìn)行精確的溫度監(jiān)測，并且同時實(shí)現(xiàn)高電壓隔離監(jiān)測，具有絕緣、抗干擾性好，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，耗電低，使用壽命長以及成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01K7/16GK101251425SQ20081010275
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者政 寧, 張豐元, 戴少濤, 林玉寶, 林良真, 肖立業(yè), 熙 許, 高智遠(yuǎn) 申請人:中國科學(xué)院電工研究所