電子傳感器在電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

方 玄，熊 偉

（江蘇法爾勝光電科技有限公司，江蘇 江陰 214400）

0 引 言

在電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)中必須考慮到各種影響因素，包括溫度、濕度以及振動(dòng)等，使其能夠滿足電氣設(shè)備的使用需求。目前，我國(guó)大部分的生產(chǎn)廠家采用的是傳統(tǒng)機(jī)械式的檢測(cè)方法，這種方式不僅效率低，而且容易造成故障，且不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)很多電氣設(shè)備問題，甚至發(fā)生危險(xiǎn)。而電子傳感器的應(yīng)用可以有效地解決這些難題，通過將傳感器與微控制器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了智能化的控制模式，大大降低了成本，也避免了由于人為操作的失誤而產(chǎn)生的重大事故。

1 電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要有多種傳感器進(jìn)行溫度、壓力以及電流等的檢測(cè)與控制，其中壓力傳感器如圖1所示。此外，還需考慮到其他的一些問題，比如說，對(duì)環(huán)境的要求也很高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須要充分了解各種傳感器的特性和功能，并根據(jù)不同的條件選擇合適的器件進(jìn)行安裝。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意到以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。首先，應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，以滿足人們的生活需求為前提，方便用戶的使用為目的，保證設(shè)備的安全可靠，同時(shí)也能提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。其次是在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡可能地使整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳，從而減少成本，降低損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗。最后為了使電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)更加全面完善，還應(yīng)將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息及時(shí)地反饋到監(jiān)控中心，以便于管理人員能夠做出正確的判斷和決策。

圖1 電氣設(shè)備中的壓力傳感器

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

傳感器中功能傳感器的主要作用是檢測(cè)系統(tǒng)中的各種參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的裝置或部件，以滿足不同的要求和目的。其基本組成包括測(cè)量的對(duì)象、敏感元件、變換器以及控制電路等，因?yàn)槭菍⒈粶y(cè)的信息通過處理后再傳遞給計(jì)算機(jī)，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)這些環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，使之更加完善，從而達(dá)到所需的效果。同時(shí)也要考慮到傳感器的成本問題，盡量降低其價(jià)格，設(shè)計(jì)時(shí)要充分利用現(xiàn)有的條件來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的收集與存儲(chǔ)。由于環(huán)境的變化而引起的溫度、濕度以及振動(dòng)等因素的改變會(huì)直接影響到整個(gè)器件的正常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏差。為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，必須采用一定的措施來減小這種情況的發(fā)生概率，如為提高材料的抗腐蝕性可使用防腐劑，選用合適的元器件，加強(qiáng)對(duì)元器件的管理維護(hù)[2]。

1.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是一種將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，它可以處理采集到的各種信息，然后通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算和分析，最終得到所需要的數(shù)據(jù)結(jié)果。在電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器是非常重要的一個(gè)組成部分，它主要由傳感器、控制器、接口電路等組成。在電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)中使用的傳感器有兩種，一種是光電式的傳感器，另一種是非光式的傳感器。兩種最大的不同是第二種非光式傳感器包括壓阻型和溫度補(bǔ)償型的電平測(cè)量法。當(dāng)電壓變化時(shí)，會(huì)引起電阻的改變從而導(dǎo)致電流的增大或者減小，這樣就會(huì)使得檢測(cè)的精度降低。溫差的特性則是因?yàn)楫?dāng)溫差的值發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使傳感器產(chǎn)生的熱效應(yīng)。這種類型的溫差的大小與材料的性質(zhì)以及溫度有關(guān)。非光式溫控儀表的優(yōu)點(diǎn)為具有較高的精確度和穩(wěn)定性，而且價(jià)格低廉，還可利用位移監(jiān)測(cè)器，監(jiān)測(cè)變量變化形式。電力設(shè)備中的位移監(jiān)測(cè)器如圖2所示。

圖2 電力設(shè)備中的位移傳感器

1.3 電力變壓器的信號(hào)

由于變壓器在運(yùn)行過程中內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和油流，這些熱量和油流的存在使得變壓器的溫度升高，從而導(dǎo)致絕緣性能下降，甚至有可能出現(xiàn)火災(zāi)事故。為了防止這種情況發(fā)生，必須對(duì)電力變壓器進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保其正常工作。在測(cè)試時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：一是要保證電源的可靠性；二是要選擇合適的開關(guān)方式，盡量避免使用高壓的；三是要保持供電的安全性；四是在安裝位置上不要將電線放在裸露的地方；五是如果電纜線的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，則最好采用短路點(diǎn)連接，這樣可以減少導(dǎo)線的損耗，降低線路的負(fù)載率。總之，通過上述方法來提高電力設(shè)備的安全性能是非常重要的措施，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的要求來確定[3]。

2 電子傳感器的系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)所在，它是一個(gè)完整的系統(tǒng)軟件開發(fā)過程，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。一是初始化程序。在進(jìn)行硬件電路的初始化時(shí)，首先要對(duì)所要采集的信號(hào)進(jìn)行分析，之后再將處理過的數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊，最后再把所需的信息發(fā)送到單片機(jī)中。二是液晶屏的功能及工作原理。在實(shí)際的測(cè)試中會(huì)用到很多的液晶屏，可以將一些電壓的值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字的形式來表示。但是這些都需要通過單片機(jī)的內(nèi)部控制，所以必須有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)才能完成。三是主控芯片的選擇和使用。主控芯片的作用在于對(duì)各個(gè)部分操作和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控與調(diào)節(jié)，因此它的性能是否符合要求也是決定電子傳感器的重要的因素[4]。

2.1 系統(tǒng)程序流程

電子傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及醫(yī)藥等方面都有涉及。智能化控制在電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)中可以利用傳感器對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來判斷是否需要更換新的元件或調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。同時(shí)還能通過分析采集到的數(shù)據(jù)信息來預(yù)測(cè)未來的發(fā)展方向，從而為生產(chǎn)提供更多的經(jīng)濟(jì)效益?？梢暬O(jiān)控是指將傳感器與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，使其能夠更加方便地完成工作。例如，在一些特殊的環(huán)境下，人們都會(huì)面臨著各種不同的問題和危險(xiǎn)，為了避免出現(xiàn)這種情況，就必須要采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，從而保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行[5]。

2.2 電子傳感器故障診斷算法

通過對(duì)傳感器的檢測(cè)可以看出，傳感器在電氣設(shè)備中的應(yīng)用主要是對(duì)其內(nèi)部的電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后再將采集到的信息與相應(yīng)的算法結(jié)合，從而得出故障的類型和位置。目前，電子元件的故障診斷方法有很多種，但是大多數(shù)的故障診斷都是基于經(jīng)驗(yàn)的判斷和主觀的分析結(jié)果。這種方式的缺陷就是由于經(jīng)驗(yàn)性的影響會(huì)使錯(cuò)誤率大大提高，并且無法準(zhǔn)確反映出實(shí)際的情況。另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，各種新的硬件、軟件、材料不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致了故障的種類也越來越多，而且這些新的問題也會(huì)逐漸地增加。最后，在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，如高壓開關(guān)的控制過程中，如果不采取有效的措施來解決，就可能造成嚴(yán)重的后果甚至是災(zāi)難性的事故發(fā)生。所以說，對(duì)于電氣設(shè)備的安全監(jiān)控，必須要建立起一個(gè)完整的控制系統(tǒng)來保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 分析總結(jié)

在實(shí)際的應(yīng)用中，需要對(duì)傳感器的性能進(jìn)行不斷改善和優(yōu)化，從而使傳感器的工作效率得到提高，并且能夠滿足人們的需求和要求。設(shè)計(jì)的過程中，首先要了解傳感器的基本原理，根據(jù)具體情況來選擇合適的材料與結(jié)構(gòu)，然后再確定器件的參數(shù)及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。對(duì)于傳感器的選型，要考慮到其成本，同時(shí)還要注意到穩(wěn)定性，因?yàn)榭煽啃苑浅Ｖ匾Ｆ浯?，它的體積較小，在安裝時(shí)要保證它的質(zhì)量。再次，為了使傳感器的使用壽命更長(zhǎng)，必須盡量考慮傳感器的質(zhì)量，減少更換次數(shù)，這樣才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)性的目的，最后，還應(yīng)該注重傳感器的靈敏度，只有靈敏度高的儀器才有可能被廣泛地應(yīng)用與生活[6]。

3 電子傳感器實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要對(duì)所設(shè)計(jì)電路板中的各個(gè)元器件參數(shù)和工作原理有一定的了解并掌握，然后再根據(jù)自己的理解和試驗(yàn)選擇合適的元器件，并在實(shí)際的操作過程中不斷地改進(jìn)和完善，這樣才能使整個(gè)裝置的性能得到提高。在實(shí)驗(yàn)之前，先用萬用表來檢查所選元器件的正負(fù)極是否與所選的元件相匹配，如果不相符就需要重新試裝，直到滿足要求為止。當(dāng)所有的部件都準(zhǔn)備完成后，就可以開始測(cè)試系統(tǒng)的整體功能。通過萬用表的檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)存在的問題已及時(shí)解決，從而使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，并且能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)下去。

3.1 電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路調(diào)試

電路的調(diào)試主要是為了保證其正常運(yùn)行，在測(cè)試過程中要注意以下幾個(gè)方面。一是檢查元器件的焊接是否正確，有沒有出現(xiàn)漏焊和短路等情況，并做好相應(yīng)的處理措施。二是在進(jìn)行元器件的安裝時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的要求，以免造成不必要的麻煩。三是在使用前需要對(duì)元器件的型號(hào)和規(guī)格等做一個(gè)詳細(xì)的了解和校準(zhǔn)，避免因?yàn)殄e(cuò)誤的操作而導(dǎo)致元件損壞[7]。

3.2 電子傳感器的性能指標(biāo)

傳感器的性能指標(biāo)主要包括靈敏度和可靠性。靈敏度是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)與輸入量的比值；可靠程度則是指?jìng)鞲衅鞯墓ぷ髂芰褪褂脡勖Ｔ趯?shí)際的檢測(cè)中，由于測(cè)試環(huán)境的變化以及測(cè)量對(duì)象的不同等原因，傳感器在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都會(huì)受到影響，因此需要進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，以保證穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

在測(cè)試的過程中要保證傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，使用前應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)所測(cè)的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，以確保傳感器的準(zhǔn)確性和完整性。為了使所測(cè)的對(duì)象具有較好的靈敏度，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。檢測(cè)時(shí)要保持儀器的溫度、濕度等條件，以避免由于外界因素影響而造成的誤差。當(dāng)被測(cè)的對(duì)象是一些小物體時(shí)，應(yīng)盡量減少被測(cè)的范圍。如果有地方比較差的情況下，應(yīng)該將被測(cè)定的值與標(biāo)準(zhǔn)值做比較，看它們是否一致，這樣就能得到正確的結(jié)果。對(duì)于不同的環(huán)境來說，傳感器也會(huì)有不同的反應(yīng)方式，所以要選擇合適的材料來制作[8-10]。

4 結(jié) 論

本文研究的電子傳感器在電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用是基于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，而現(xiàn)在的傳感器不僅僅局限于單一的功能而是具有多種的智能化應(yīng)用，包括對(duì)溫度和壓力等的測(cè)量與控制，還可以對(duì)環(huán)境溫濕度等參數(shù)的變化做出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與反映。對(duì)此需要引進(jìn)先進(jìn)的傳感器來提高我國(guó)的科技水平，從而促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的快速發(fā)展。