自源无线温度检测技术的研究与应用

　　在高压变电站中存在大量的接线排、刀触头、开关等,由于老化、松动,很容易发热,如果发热超过一定温度,轻则需停产整修,重则发生事故.因此,需要对这些发热敏感部位长期进行实时监控.但在高压变电站中置入传统监控装置时,需要布线以引入低压电源和导出信号,这就有可能导致高压线间击穿放电,传统的方法无法解决这一问题[1].基于温差模块、DS18B20和红外技术的自源无线温度检测技术利用故障发热部位温度与环境的温度差发电自给,不但可以解决高压现场内的低压电源问题,而且节能环保;利用红外线传输信号,不但可以避免在高压变电站中布线,而且信号不受高压现场的强电磁干扰.另外,以这种技术代替成本高昂的红外热像仪[2],既节约投资成本,还可以解决由于变电站内设备林立而产生的信号阻挡问题.

　　1　自源无线温度检测的原理

　　自源无线温度检测原理设计如图1所示,分为3个模块:温差发电模块,温度测量模块,信号发射模块.半导体温差模块SMT利用故障发热部位温度与环境之间的温度差发电,经DC/DC电路提升电压后为温度测量模块和信号发射模块供电.测温元件DS18B20测得温度后将其转化为数字信号并传送给与其直接相连的单片机AT89C51,由单片机驱动红外发射二极管LED发出特定频率的红外线将温度信号传出高压现场[3].可以在高压现场外布置接收装置,接收高压现场内传出的温度信号并进行处理.

　　1.1　温差发电模块

　　半导体温差模块SMT利用被监测发热敏感部位与环境之间的温度差发电,经DC/DC电路提升电压后,为温度测量模块和信号发射模块供电.半导体温差模块SMT发电的原理是赛贝克效应.由不同材料A、B组成的回路,当接点的温度不同时,回路中会产生电流,这就是所谓的赛贝克(Seebeck)效应.若将两接点维持在不同的温度T1和T2(T1>T2),则在开路位置会产生一个电位差,即赛贝克电压[4],其数值为

　　式中αAB为常数,定义为2种相异导体的相对赛贝克系数.

　　把P型半导体和N型半导体在热端连接,在冷端即可得到一个电压.一个PN结所能产生的电动势有限,但如果将很多个这样的PN结串联起来,就可得到足够的电压,成为一个半导体温差发电机.

　　1.2　温度测量模块

　　温度测量模块中,采用Dallas半导体公司生产的单线数字化测温元件DS18B20,其特点是:①支持“一线总线”接口,一线总线独特而经济的特点,可使用户轻松地组建传感器网络,且现场温度直接以数字方式传输,大大地提高了系统的抗干扰性能;②支持3. 0~5. 5 V的电压范围,使系统设计更加灵活、方便;③测量温度范围为-55~125℃,在-10~85℃范围内,精度为0. 5℃[5],精确度较高,满足设计要求.