一種有關(guān)ndir紅外sf6傳感器裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】一種有關(guān)NDIR紅外SF6傳感器裝置
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001] 本實(shí)用新型涉及紅外傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種利用紅外光譜吸收原理的有關(guān) NDIR紅外SF6傳感器裝置。
[【背景技術(shù)】]
[0002] 隨著當(dāng)今科技的發(fā)展，SF6氣體的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，如：電力、環(huán)保、冶金和微電 子等眾多領(lǐng)域。在電力行業(yè)，SF 6主要用作電氣絕緣介質(zhì)和滅弧劑。SF6作為絕緣介質(zhì)，在保證 電氣設(shè)備運(yùn)行安全可靠的同時(shí)，可使設(shè)備小型化，降低了設(shè)備成本。目前大多數(shù)大功率變壓 器、高壓斷路器、氣體絕緣組合開(kāi)關(guān)電器、互感器等都使用SF 6做絕緣介質(zhì)，極大地降低了火 花放電和電弧對(duì)設(shè)備造成的危害。另外，sf6還用于各種加速器、超高壓蓄電器、同軸充氣電 纜和微波傳輸?shù)慕^緣介質(zhì)。
[0003] 全球每生產(chǎn)大約8500噸SF6氣體中，約有一半以上用于電力行業(yè)，其中，80%用于 中高壓電力設(shè)備中。sf 6用于電氣設(shè)備中，一方面可使設(shè)備小型化，另一方面增強(qiáng)了絕緣設(shè) 備的可靠性。但是，由于電力設(shè)備的制造工藝、安裝方法和設(shè)備老化等因素，高壓設(shè)備中的 SF6氣體也會(huì)存在泄漏現(xiàn)象。SF6氣體一旦發(fā)生泄漏，對(duì)電力設(shè)備、人身安全和環(huán)境的危害表 現(xiàn)在四個(gè)方面:第一，SF 6氣體的絕緣強(qiáng)度和滅弧能力取決于SF6氣體的密度。當(dāng)SF6氣體泄漏 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的絕緣強(qiáng)度降低，以及斷路器等氣室的開(kāi)斷容量降低，影響電力設(shè)備的可靠 運(yùn)行。第二，由于水分等雜質(zhì)的影響，電弧放電會(huì)導(dǎo)致sf 6產(chǎn)生分解，而這些分解物會(huì)對(duì)人的 皮膚、黏膜等產(chǎn)生刺激作用，如果大量吸入，會(huì)引起肺水腫和頭暈，甚至有致人死亡的可 能。第三，SF 6是人造溫室效應(yīng)氣體之一，并具有嚴(yán)重的危害，因?yàn)镾F6氣體比⑶2對(duì)溫室效應(yīng) 的影響大得多。此外，sf 6氣體性質(zhì)穩(wěn)定，難以分解，當(dāng)在環(huán)境中達(dá)到一定量時(shí)，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn) 生嚴(yán)重影響。
[0004] 針對(duì)這一問(wèn)題，《電業(yè)安全工作規(guī)程》(發(fā)電廠和變電站部分)規(guī)定，裝有SF6設(shè)備的 配電室必須保證SF6濃度小于lOOOppm，除須裝設(shè)強(qiáng)力通風(fēng)裝置外，還必須安裝能報(bào)警的氧 含量和SF 6氣體濃度檢測(cè)裝置?？梢?jiàn)，為保障人員安全和設(shè)備正常工作，對(duì)高壓設(shè)備附近SF6 含量的檢測(cè)具有十分重要的意義，而且，越早發(fā)現(xiàn)泄漏也就越能降低危險(xiǎn)的可能性。
[0005] 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)SF6傳感器模組，市場(chǎng)占有量最大的是德國(guó)smartgas的SF6模組。從2008年 至今，該模組一直是國(guó)內(nèi)電力行業(yè)內(nèi)最大的供應(yīng)商。這個(gè)模組的不足之處是零點(diǎn)漂移頻繁， 用戶需要定期校準(zhǔn)零點(diǎn)；光學(xué)核心部分是塑料鍍金，材質(zhì)脆，容易破碎;默認(rèn)工作溫度范圍 是0到50度，不適合寬的溫度范圍，比如從-20到60°C，國(guó)內(nèi)一些電力高壓設(shè)備安裝位置有的 在野外，環(huán)境溫度超過(guò)50度也是常有的；采用海面做透氣膜，透氣性好，但是抵抗?jié)駳獾哪?力差;接口單一，只有UART輸出，把基本的電源+、電源地-、RX、TX四線制硬件上做成三線制， 即把RX和TX復(fù)用，增加客戶硬件上復(fù)雜度和軟件上的解碼難度。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006] 本實(shí)用新型針對(duì)以上SF6傳感器模組存在的工作溫度范圍小、抵抗?jié)駳饽芰Σ?、?點(diǎn)漂移和客戶接口單一等問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)上做了對(duì)應(yīng)性的改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種使 用溫度范圍寬泛、減少濕氣干擾、氣體擴(kuò)散速度快、性能穩(wěn)定并可提供多種客戶接口的有關(guān) NDIR紅外SF6傳感器裝置。
[0007 ] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種有關(guān)NDIR紅外SF6傳感器裝置，包括光學(xué)腔體、光源、 紅外探測(cè)器、探測(cè)器電路板和主電路板，所述的光學(xué)腔體包括內(nèi)光管10、透氣膜1和外套殼 體2,所述的內(nèi)光管10與外套殼體2為緊配合結(jié)構(gòu)，兩端間隙部分灌滿環(huán)氧樹(shù)脂，外套殼體2 和主電路板9之間通過(guò)螺釘8固定，外套殼體2右部探測(cè)器電路板上的6芯排針13與主電路板 9焊接在一起，外套殼體2頂部和底部均設(shè)有透氣槽;所述的光源5設(shè)在外套殼體左內(nèi)腔的光 源側(cè)板7上，探測(cè)器11焊接在探測(cè)器側(cè)板12上;所述的光學(xué)腔體采用對(duì)流式擴(kuò)散結(jié)構(gòu)和雙層 透氣膜結(jié)構(gòu);所述的主電路板上的電路包括電源管理電路及傳感器紅外光源驅(qū)動(dòng)電路，所 述的傳感器紅外光源驅(qū)動(dòng)電路為恒功率驅(qū)動(dòng)；所述的主電路板上設(shè)有輸出接口 UART、RS-485串行通信電路、4-20mA變送器電路以及單總線的三線制UART接口電路。
[0008] 所述的對(duì)流式擴(kuò)散結(jié)構(gòu)為:外套殼體2是一種長(zhǎng)方體外形，頂端開(kāi)透氣槽，貼有透 氣膜1，底部開(kāi)放，側(cè)板上設(shè)有較長(zhǎng)透氣槽，并罩有透氣罩6，所述的外套殼體2和主電路板利 用螺釘8和排線13連接。
[0009] 內(nèi)光管10圓周上設(shè)有透氣孔，圓周包裹透氣罩6,光源5和探測(cè)器11分別安裝在內(nèi) 光管10的左右兩端，光源5的電源引線順著外套殼體2內(nèi)側(cè)引到對(duì)面探測(cè)器側(cè)板12上。
[0010] 所述的電源管理電路由MCU控制電路、信號(hào)采集與調(diào)理電路、溫度補(bǔ)償電路、光源 驅(qū)動(dòng)電路、接口 /通訊電路組成，所述的電源管理電路的信號(hào)端連接MCU控制電路的信號(hào)端， 在MCU控制電路的三個(gè)數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換端分別設(shè)有信號(hào)采集與調(diào)理電路及溫度補(bǔ)償電路，在 MCU控制電路的兩個(gè)輸出信號(hào)端分別連接光源驅(qū)動(dòng)電路及接口 /通訊電路。
[0011] 所述的傳感器紅外光源驅(qū)動(dòng)電路由芯片U9的1號(hào)管腳連接電阻R11、R12及三極管 Q6的集電極，三極管Q6的發(fā)射極連接LAMP+端，并抽頭一端串聯(lián)電阻R14及電阻R28后接地， 電阻R14及電阻R28之間引出一端作為輸出端Vout，芯片U9的2號(hào)管腳連接至VIN7V輸入端， 芯片U9的3號(hào)管腳連接高電平電壓VCC5V，并抽頭一端連接電容C7后接地，芯片U9的5號(hào)、7 號(hào)、9號(hào)管腳接地，芯片U9的15號(hào)管腳接U10的2號(hào)管腳，3號(hào)管腳接電阻R61后接地，并抽頭一 端連接電阻R60后接高電平電壓VCC5V，電阻R61兩端并聯(lián)電容C33，U10的8號(hào)管腳接VIN7V， 并抽頭一端接極性電容C52后接地，極性電容C52兩端并聯(lián)電容C32，U10的1號(hào)管腳連接電阻 R24后接至三極管Q6的基極，U10的1號(hào)管腳抽頭兩端，一端連接二極管D2后接至三極管Q7的 集電極，三極管Q7的發(fā)射極接地，三極管Q7的基極連接電阻R27后接至DRIVER端，U10的1號(hào) 管腳另一端連接極性電容C6,所述的芯片U9采用功率監(jiān)視芯片MAX4211EEUE。
[0012]所述的RS-485串行通信電路的運(yùn)算放大器模塊U4A的4號(hào)管腳連接TXD端，運(yùn)算放 大器模塊U4A的2號(hào)、3號(hào)管腳相接后接至EN_SP端，并抽頭一端連接電阻R77后接地，U4A的1 號(hào)腳接電阻R76后接至VCC3.3V，U4A的6號(hào)管腳接有電阻R71后接至VCC5V，并抽頭一端依次 連接電阻R74、保險(xiǎn)絲F1后作為485A輸出端，運(yùn)算放大器模塊U4A的7號(hào)管腳依次連接電阻 R75、保險(xiǎn)絲F2后接至485B輸出端，運(yùn)算放大器模塊U4A的6號(hào)、7號(hào)管腳之間并聯(lián)電阻R73,電 阻R73兩端并聯(lián)穩(wěn)壓管D5及D6,穩(wěn)壓管D5及D6的負(fù)極接地，運(yùn)算放大器模塊U4B的一端接 VCC5V，另一端接地，運(yùn)算放大器模塊U4B的兩端并聯(lián)電容C48。
[0013] 所述的4_20mA變送器電路由芯片U16控制，芯片U16的1號(hào)管腳接高電平電壓 VCC8V，并抽頭一端連接電容C61后接地，芯片U16的2號(hào)管腳接至三極管Q11的發(fā)射極，并抽 頭一端連接電阻R83后接至MOS管Q12的源極，芯片U16的3號(hào)管腳接三極管Q11的集電極后接 至MOS管Q12的門極，三極管Q11的基極連接至MOS管Q12的源極，