111电气设备绝缘试验方法研究111

从上式可以看出，只要知道膜对于不同气体的K值就可以把气室中各种气体的浓度转化到油中气体的浓度。

4.2 控制、处理、及诊断单元的原理

微机处理、控制及诊断单元主要由前置板、采样板、通讯板、工业计算机以及打印输出、显示等输出部分组成。采样板主要由信号初始化部分、模数转换部分、CPU中心处理系统组成。

4.2.1 分压、放大、滤波电路

一般变压器油中各组分气体浓度都很小(ppm级)，测量输出信号较小，再经过长信 号电缆的传输将引起衰减，所以需要经过前置放大。经传感器及前置放大电路输出的信

号大小为0~30V，经过电缆传输还不能直接进入微机系统，必须经过分压，再进行测量放大、滤波。原理图如图4.2所示:

图4.2 气体信号分压、放大、滤波电路原理图

电缆传输进来的电压信号经过R5、R6分压后，由IC1、IC2组成的高精度、高输入阻抗差分放大器，再经过双T滤波，输入微机系统。其中IC1、IC2组成的高精度放大器增益A1?1?R1R2，R2?R3，R1、R4的阻值固定，R2、R3为可调电阻，这样可根据不同的条件选择不同的增益。经IC1输出的电压信号幅值不超过?5V，这个电压范围是由接在采样保持器输入端的稳压管钳制的。

21????Ruc双T滤波器H?j???0?，当??1RC时，U0?0,若选截止频2u11??Rc?j4?Rc率为50HZ，则根据f?12?RC可得RC值，也就是说，选择不同的RC值，可选择不同的截止频率。

4.2.2 CPU硬件电路的设计

CPU硬件电路如图4.3所示：

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信号初始化模数转换 8031 显示 模数转换显示 显示 模数转换单元是采用逐渐逼近式转换原理，内部结构分内模拟量多路转换开关和A/D转换器，外部可直接与计算机的总线连接。

模拟量多路开关包括8路输入开关和3位地址锁存器译码器，8路输入开关可接入8路模拟量输入信号。3位地址ADDA、ADDB、ADDC由ALE信号输入锁存，经译码后，决定对哪一路输入的模拟量信号进行转换。START为启动转换信号，EOC为转换结束信号，OE为输出允许信号，转换一次需64个时钟周期。

除了A/D转换电路之外，一个完整的数据采集系统换需要有被测信号的采样与保持电路。在对外部信号进行采集与处理时需要一定的时间，在这一段时间内，要求外部信号保持不变，这样，如图4.4所示，就需要对外部信号进行采样与保持工作。

采样一保持可由专门的采样一保持电路来实现，根据采样定理，只要最低采样频率等于信号最高频率分量的2倍，即可收到不失真采样。由于ADC0809只能采集正电压信号，模拟输入通道电压，若电压小于0V或大于+5V，容易损坏芯片，而与之相连的LF398采保的输出电压为+5V~-5V，因此必须在LF398与ADC0809之间加设零点漂

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外部存储器 图4.3 CPU硬件电路原理框图

图4.4 采样与保持电路

移电路，如图4.5所示:

图4.5 零点漂移电路

当V1=+5V时，V2=0；

V1=0时，V2为0.5； V1=-5时，V2=5V。

这样，输入IN通讯的电压始终在任一巧之间。

信号初始单元主要对电缆传输过来的信号进行处理和交换，以适合模数转换器的要求，考虑到变压器在运行时，可能某些气体浓度较高，某些气体浓度较低，单一增益与手动调节的电路不能满足在线监测的要求，所以使用了增益自动控制电路。

图4.6 增益自动控制原理图

如图4.6所示，由R1、R2、?R6组成3组分压电路，X0、X1、?X4分别对应不同的分比，CPU通过接通控制A、B、C三端就能使X0、X1、?X1一中任一端与输出端X连通，这样就可根据输出信号的强弱自动选择合适的增益系数。CPU中心处理部分采用MCS—51系列单片机中的8031芯片，8031有4个并行口，其中P0为双向三态输入/输出接口，P1、P2、P3为准双向输入/输出口，在与外部贮器(包括IO 18

设备)联接时，P0一方面作为8们数据输入/输出通讯口，另一方面用输出外贮存器的低位地址: P2输出高8位地址。由于它具有字节寻址和位寻直功能，P1具有多种用途，

因此既可作为8个独立的位输入—输端，出可以作为位控制方式或布尔处理机的输入/输出端。P3口出是一个多功能接口，它一方面与P2一样，即可作为8位并行输入输出通讯，出可作为8个独立的位输入—输出端，加一方面，它的8条引出线可独立的作为串行输沁输出口和其它控制信号线。8031在结构上具有以下优点:8位CPU片内具有振荡器及时钟电路，32根IO线(P0、P4口)，64K外部存贮地址空间，2个16位定时计数器运行速度，当使作频率为12MHz时，大部分时间为一个微秒。8301时钟可由两种方式产生，一种为内部方式，利用芯片内部的振荡电路，一种为外部时钟振荡方式。本硬件电路中使用内部方式，采用晶体管和电并联谐振电路。

4.2.3 系统采用的防干扰措施

要实现现场对H2、CO、CH4、C2H2、C2H6六种气体的长期可靠监控，硬件的防干扰措施十分必要。图4.7是将气体分离和检测部分置于现场，微机系统置于控制室，这样就减轻了控制强电部分动作时电磁场的干扰，采用微机接地(GND)与强电与完全分开的方式，避免了控制系统动作时对地电位升高对微机系统的不良影响。现场试验时亦发现采用这种措施非常必要的。

强弱电之间的转换采用了光电隔离技术，如图4.7所示。采用了TL521礴成光电隔离电路块，该电路工作稳定可靠，由于光的隔离效应，实现微机系统与外部控制电路的可靠隔离，也因为这一隔离，使得GND1与GND2完全隔开，提高了微机系统的工作可靠性。

4.3 系统软件的设计

上述的硬件电路，为在线工作奠定了基础，而后执行、控制仍需有灵活多变的软件来实现，所以用灵活的、模块化的软件来完上述硬件功能十分必要。

以下是各模块和系统的软件流程图：

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