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谭跃凯1 李胜利2
1.广东省三水市电力工业局，三水528100；2.华中科技大学电力工程系，武汉430074
0 引言
隔离开关常发生触头过热的损坏事故，目前采用温度蜡或红外线测温仪检测触头温度可靠性及准确性较差，需要花费大量人力，也不适用无人值守变电站的发展要求。
本文采用温度传感器直接测量触头温度，并采用红外发射原理将信号传输到接受器，即实现了触头温度的直接测量，保证了测量精度。
1 基本原理
温度测量原理框图见图1。测温元件AD590集成温度传感器参数1 μA/K，由电阻取出信号，转换为10 mV/K，经差动放大器处理变为0.01 V/℃。温度—电压变换信号进入电压/频率变换器AD654，将0～100 ℃变换为0～fmax频率的信号，经红外发射回路调制后发射出去。红外接受回路将接受信号解调后再由频率/电压转换回路变为电压信号，并送入显示器。
2 参数选取
2.1 U/f最高频率与红外发射频率间的配合
设温度与频率的关系为f=at(周期T)，红外调制频率为f1(周期T1)，调制频率占空比为D。由于非同步调制引起f周期丢失最大为Δtmax=(1-D)T1(见图2)，由此引起的最大调制测量误差为：
为提高分辨率，希望测温范围对应的频率范围越大越好，频率越高，f/U转换时输出电压的纹波越小，响应时间也快。图3为f1=40 kHz时100 ℃对应频率fmax和占空比D与最大调制测量误差δmax的关系曲线。可见fmax与f1越接近δmax越大；D越小，δmax也越大。为提高红外发射距离，希望D小，因此须采取合理措施，减小上述矛盾带来的调制解调误差。
2.2 同步振荡技术
从调制解调误差分析可知，为减小δmax，希望fmax越低越好，但为了提高测量温度分辨率，减小f/U的纹波，又希望fmax高。为此，采用图4[1]同步振荡技术：以555振荡器为基本单元，4腿输入T/f回路的输出信号，其它部分为555可变占空比标准回路。3腿输出信号见图5。采用此回路后，经红外接受解调后的频率信号与原信号脉宽不同，但不影响周期，故f/U转换后无不同步引起的误差。
2.3 红外发射/接受回路设计
红外发射回路见图6。隔离开关距地面＞3 m，再考虑三相共用接受盒，则发射/接受距离至少＞3.5 m。红外光有效传送距离与驱动峰值电流成正比[2]；为减小电源又希望所设计电路的能耗越小越好，为此，采用小占空比的设计模式。
红外发射二极管峰值工作电流 ，式中，IF为直流工作电流；T/T0=1/D，T0为发射波脉宽；T为发射波周期。可见，D越小，在满足IP的条件下，IF越小。同时，在一定的峰值电流下，减小D还可延长红外发射二极管的使用寿命。发射波形最小脉宽T0受发光二极管响应时间的限制，通常取T0≥1 μs，若取T0=2 μs，则发射频率为30、40、50 kHz时D分别为0.07、0.08、0.1。从前一段的分析知：采用同步振荡技术后，可不考虑D引起的调制解调误差，因此，尽量采用小D值，以达到提高发射距离、减小能耗的目的。
为了实现三相共用接受盒，避免相互间的干扰，三相红外发射频率分别取30、40、50 kHz。
红外接受电路采用日本索尼公司的CX20106，见图7[2]。通过调整R1可获得中心频率分别为30、40、50 kHz的接受解调回路。
3 实验结果
图8为测温回路实验结果。实验时温度传感器置于可控恒温箱中，恒温精度±0.5 ℃，每天测量一次，连续20天，将每一温度点结果平均。从图中可看出，非同步调制发射条件下测温误差较大，总趋势为：温度越高误差越大，120 ℃时误差为37%；而采用同步调制发射技术后测量误差明显减小 ，最大误差～5%。测温发射回路消耗电流为5 mA。
4 结论
a.采用直接测温红外线传输数据的测温系统能较为准确地在线检测隔离开关的触头温度，并且没有增加绝缘故障点。
b.红外调制发射和同步振荡技术较好地解决了发射距离与调制解调误差间的矛盾。
c.异频调制发射能解决三相间的相互干扰。
参考文献
1 《实用电子文摘》编辑部.555时基集成块应用223例.实用电子文摘：1998(4)：63
2 苏长赞.红外线与超声遥控.北京：人民邮电出版社，1993
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