專利名稱：便攜式電容器綜合測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電容器的綜合測(cè)試裝置，特別是一種適用于多個(gè)或多組高壓
電容器串并連接、單套管電容器等的綜合測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
目前，供電系統(tǒng)有關(guān)規(guī)程要求每1-5年須用電流電壓法或儀器測(cè)量法對(duì)高壓電容 器值進(jìn)行測(cè)試，考慮到牽引供電系統(tǒng)的特殊性，牽引變電所電容值的測(cè)試每年即須進(jìn)行一 次。第一種方式用電流電壓法對(duì)高壓電容器值進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先須將電容器從串并聯(lián)系統(tǒng) 中撤除，拆下其引線，而后按測(cè)量原理接好線，最后施加適當(dāng)?shù)碾妷骸橄饨绺蓴_保證 測(cè)量精度使測(cè)得的電流不小于1A，則施加的工頻電壓多在700V以上，如此高的電壓不僅對(duì) 表計(jì)的耐壓、電源容量和操作人員的素質(zhì)提出了較高的要求，測(cè)試完成后還須對(duì)電容器放 電，如若操作不當(dāng)極易誘發(fā)人身傷害和設(shè)備損壞的事故。因此，用此方法測(cè)試電容器直，程 序復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、存在不安全隱患。另外，用此方法測(cè)試電容器值還容易出現(xiàn)偏差，電容器 的故障檢出率低。第二種方式用儀器測(cè)量法對(duì)高壓電容器值進(jìn)行測(cè)試時(shí)，雖然有的儀表在 測(cè)量完成后省去了放電這一環(huán)節(jié)，但仍需將電容器撤除下來。另外，儀器測(cè)量法主要是針對(duì) 低電壓小容量的陶瓷、云母電容器，對(duì)于高電壓、大容量的電容器是不適用的，并且利用電 橋原理構(gòu)成的測(cè)試儀存在調(diào)試?yán)щy、成本高、易損壞等問題。此外，實(shí)際應(yīng)用中還有一種方 法是電容器的在線檢測(cè)，但該方法需要增加若干傳感器、導(dǎo)線等設(shè)備，很難在已運(yùn)營的牽引 供電系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種無須拆除電容器串并連接線即可模擬系統(tǒng)在線運(yùn) 行狀態(tài)，可快速對(duì)電容器本體及連接元器件進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)介損進(jìn)行測(cè)試的便攜式電容器綜 合測(cè)試裝置。 本實(shí)用新型的目的可以通過下述實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn) 本便攜式電容器綜合測(cè)試儀，包括輸入調(diào)理與相位檢測(cè)、主控CPU、通訊接口 、正弦
波產(chǎn)生與功率放大、電源轉(zhuǎn)換與看門狗、時(shí)鐘與接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換、觸摸屏與顯示和鉗形表傳 感器，其特征是輸入調(diào)理與相位檢測(cè)內(nèi)有運(yùn)算放大器、電壓比較器、增益控制繼電器JT1、
JT2和有源濾波CBB精密電容C6、C7、C14及C15，其運(yùn)算放大器和電壓比較器的型號(hào)分別是 LM158和LM393 ;主控CPU內(nèi)有單片機(jī)和12M晶體振蕩器，其單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51 ;通訊 接口內(nèi)有RS-232接口轉(zhuǎn)換芯片和多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，其型號(hào)分別是MAX232和CD4052 ;正 弦波產(chǎn)生與功率放大內(nèi)有上拉電阻Rl 、濾波回路、高速運(yùn)放、帶通濾波和功率輸出集成放大 器，其高速運(yùn)放和功率輸出集成放大器的型號(hào)分別是LF353和TDA2030 ;濾波回路包括R37、 C25、 R36和C24，帶通濾波包括C27和C26 ;電源轉(zhuǎn)換與看門狗內(nèi)有低壓差穩(wěn)壓電路、看門 狗電路和掉電保持存貯器，其型號(hào)分別是TPS7350、 X5045P和24C01 ;時(shí)鐘與接口內(nèi)有低功 耗時(shí)鐘電路、掉電供電電池、32. 768K晶體振蕩器和顯示及鍵盤接口，其低功耗時(shí)鐘電路的型號(hào)為M41T0 ;數(shù)模轉(zhuǎn)換內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換器和2. 5V精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其型號(hào)分別是TLC1542和 LM386 ;觸摸屏與顯示內(nèi)有自帶觸摸屏的270*430全彩顯示器。
其連接關(guān)系為輸入調(diào)理與相位檢測(cè)與主控cpu之間，相位比較輸入信號(hào)端子ra
連接到主控CPU內(nèi)單片機(jī)AT89C51的INT1和TO端；輸入調(diào)理與相位檢測(cè)與數(shù)模轉(zhuǎn)換之間， 輸入調(diào)理與相位檢測(cè)內(nèi)的模擬電壓輸入端子ADI和ADV連接到A/D轉(zhuǎn)換器TLC1542的輸入 端第1和第2引腳；數(shù)模轉(zhuǎn)換與主控CPU之間，A/D轉(zhuǎn)換器的18、17、16、15引腳分別連接至 主控CPU的P1.0、P1. 1、P1. 2和P1. 3端；正弦波產(chǎn)生與功率放大與主控CPU之間，主控CPU 的頻率信號(hào)通過引腳T1引線SIN輸入正弦波產(chǎn)生與功率放大；電源轉(zhuǎn)換與看門狗與主控 CPU之間，看門狗X5045P具有fC總線接口，其1、2、3、5、6、7引腳分別與主控CPU內(nèi)的P1. 5、 PI. 6、P1. 7、WR、RD以及RESET端相連接；電源轉(zhuǎn)換與看門狗內(nèi)的掉電保持存貯器24C01的 第5和第6引腳分別與主控CPU中的P2. 5和P2. 3相連接；通訊接口與主控CPU之間，主控 CPU的串口線RXD和TXD分別連接到通訊接口內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的X端和Y端， 同時(shí)主控CPU的控制信號(hào)RS232CS由P2. 4送到通訊接口內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的A 端；通訊接口與觸摸屏與顯示之間，通訊接口的一路信號(hào)由接口 J4連接到觸摸屏與顯示； 正弦波產(chǎn)生與功率放大的輸出信號(hào)由接口 J2送給被測(cè)電容；時(shí)鐘與接口與主控CPU之間， 時(shí)鐘芯片M41T0具有I2C總線接口 ，主控CPU的P2. 5和P2. 2分別連接到時(shí)鐘與接口內(nèi)時(shí) 鐘芯片M41T0的第5和第6引腳；鉗形表傳感器與輸入調(diào)理與相位檢測(cè)之間，鉗形表傳感器 的輸出信號(hào)通過輸入調(diào)理與相位檢測(cè)內(nèi)接口 J8的第1和第2端子分別連接到輸入調(diào)理與 相位檢測(cè)內(nèi)的運(yùn)算放大器LM158第2和第3引腳。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為1、采用"變頻原理+鉗形表"的方案，可模擬電容器的在線 運(yùn)行狀態(tài)，在不拆除連接線、保險(xiǎn)和連接件的情況下，也能方便地測(cè)量電容器帶電運(yùn)行時(shí)所 表現(xiàn)的容量和介損，可方便地適用于多個(gè)電容器并聯(lián)的系統(tǒng)中，降低了檢修試驗(yàn)的勞動(dòng)強(qiáng) 度、節(jié)約了大量的人力、物力。2、采用變頻電流電壓法提取特征量，消除了現(xiàn)場(chǎng)(特別是牽 引供電系統(tǒng))各種形式干擾信號(hào)的影響，能夠有效檢測(cè)出電容表檢測(cè)不到的劣化電容器； 測(cè)量時(shí)電容器不儲(chǔ)能，保障了檢修試驗(yàn)人員的人身安全。3、本裝置采用四線制萬式，從電容 的根部取得電壓，有效防止了中、大值電容測(cè)試時(shí)的功率影響；利用虛短和虛斷特性，構(gòu)成 輸入阻抗極低的電流放大器，提高了電流的采集精度。4、提供了相位差的精確測(cè)量、計(jì)算介 質(zhì)損耗因數(shù)的方式，解決了單套管電容器只能進(jìn)行電容值測(cè)試的問題，為運(yùn)行分析提供了 可靠的定量輔助手段。

圖1是裝置總體框架圖； 圖2是輸入調(diào)理與相位檢測(cè)部分原理圖； 圖3是主控CPU部分原理圖； 圖4是通訊接口原理圖； 圖5是正弦波產(chǎn)生與功率放大部分原理圖； 圖6是電源轉(zhuǎn)換與看門狗原理圖； 圖7是時(shí)鐘與接口原理圖； 圖8是數(shù)模轉(zhuǎn)換原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1——8所示，本便攜式電容器綜合測(cè)試儀，包括輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1、主控 CPU2、通訊接口 3、正弦波產(chǎn)生與功率放大4、電源轉(zhuǎn)換與看門狗5、時(shí)鐘與接口 6、數(shù)模轉(zhuǎn)換 7、觸摸屏與顯示8和鉗形表傳感器9，其特征是輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1內(nèi)有運(yùn)算放大器、 電壓比較器、增益控制繼電器JT1、 JT2和有源濾波CBB精密電容C6、 C7、 C14及C15，其運(yùn) 算放大器和電壓比較器的型號(hào)分別是LM158和LM393 ;主控CPU2內(nèi)有單片機(jī)和12M晶體振 蕩器，其單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51 ;通訊接口 3內(nèi)有RS-232接口轉(zhuǎn)換芯片和多路模擬轉(zhuǎn)換 開關(guān)，其型號(hào)分別是MAX232和CD4052 ;正弦波產(chǎn)生與功率放大4內(nèi)有上拉電阻Rl、濾波回 路、高速運(yùn)放、帶通濾波和功率輸出集成放大器，其高速運(yùn)放和功率輸出集成放大器的型號(hào) 分別是LF353和TDA2030 ;濾波回路包括R37、 C25、 R36和C24，帶通濾波包括C27和C26 ; 電源轉(zhuǎn)換與看門狗5內(nèi)有低壓差穩(wěn)壓電路、看門狗電路和掉電保持存貯器，其型號(hào)分別是 TPS7350、 X5045P和24C01 ;時(shí)鐘與接口 6內(nèi)有低功耗時(shí)鐘電路、掉電供電電池、32. 768K晶 體振蕩器和顯示及鍵盤接口，其低功耗時(shí)鐘電路的型號(hào)為M41T0 ;數(shù)模轉(zhuǎn)換7內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換 器和2. 5V精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其型號(hào)分別是TLC1542和LM386 ;觸摸屏與顯示8內(nèi)有自帶觸摸 屏的270*430全彩顯示器。 其連接關(guān)系為輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1與主控CPU2之間，相位比較輸入信號(hào)端 子ra連接到主控CPU2內(nèi)單片機(jī)AT89C51的INT1和TO端；輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1與數(shù)模 轉(zhuǎn)換7之間，輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1內(nèi)的模擬電壓輸入端子ADI和ADV連接到A/D轉(zhuǎn)換器 TLC1542的輸入端第1和第2引腳；數(shù)模轉(zhuǎn)換7與主控CPU2之間，A/D轉(zhuǎn)換器的18、 17、 16、 15引腳分別連接至主控CPU2的Pl. 0、 Pl. 1、 Pl. 2和Pl. 3端；正弦波產(chǎn)生與功率放大4與 主控CPU2之間，主控CPU2的頻率信號(hào)通過引腳T1引線SIN輸入正弦波產(chǎn)生與功率放大4 ; 電源轉(zhuǎn)換與看門狗5與主控CPU2之間，看門狗X5045P具有I2C總線接口 ，其1、2、3、5、6、7 引腳分別與主控CPU2內(nèi)的P1.5、P1.6、P1.7、WR、RD以及RESET端相連接；電源轉(zhuǎn)換與看門 狗5內(nèi)的掉電保持存貯器24C01的第5和第6引腳分別與主控CPU2中的P2. 5和P2. 3相 連接；通訊接口 3與主控CPU2之間，主控CPU2的串口線RXD和TXD分別連接到通訊接口 3 內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的X端和Y端，同時(shí)主控CPU2的控制信號(hào)RS232CS由P2. 4送 到通訊接口 3內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的A端；通訊接口 3與觸摸屏與顯示8之間，通 訊接口 3的一路信號(hào)由接口 J4連接到觸摸屏與顯示8 ;正弦波產(chǎn)生與功率放大4的輸出信 號(hào)由接口 J2送給被測(cè)電容；時(shí)鐘與接口 6與主控CPU2之間，時(shí)鐘芯片M41T0具有I2C總線 接口，主控CPU2的P2. 5和P2. 2分別連接到時(shí)鐘與接口 6內(nèi)時(shí)鐘芯片M41T0的第5和第6 引腳；鉗形表傳感器9與輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1之間，鉗形表傳感器9的輸出信號(hào)通過輸入 調(diào)理與相位檢測(cè)1內(nèi)接口 J8的第1和第2端子分別連接到輸入調(diào)理與相位檢測(cè)1內(nèi)的運(yùn) 算放大器LM158第2和第3引腳。
權(quán)利要求一種便攜式電容器綜合測(cè)試儀，包括輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)、主控CPU(2)、通訊接口(3)、正弦波產(chǎn)生與功率放大(4)、電源轉(zhuǎn)換與看門狗(5)、時(shí)鐘與接口(6)、數(shù)模轉(zhuǎn)換(7)、觸摸屏與顯示(8)和鉗形表傳感器(9)，其特征是輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)內(nèi)有運(yùn)算放大器、電壓比較器、增益控制繼電器JT1、JT2和有源濾波CBB精密電容C6、C7、C14及C15，其運(yùn)算放大器和電壓比較器的型號(hào)分別是LM158和LM393；主控CPU(2)內(nèi)有單片機(jī)和12M晶體振蕩器，其單片機(jī)的型號(hào)為AT89C51；通訊接口(3)內(nèi)有RS-232接口轉(zhuǎn)換芯片和多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，其型號(hào)分別是MAX232和CD4052；正弦波產(chǎn)生與功率放大(4)內(nèi)有上拉電阻R1、濾波回路、高速運(yùn)放、帶通濾波和功率輸出集成放大器，其高速運(yùn)放和功率輸出集成放大器的型號(hào)分別是LF353和TDA2030；濾波回路包括R37、C25、R36和C24，帶通濾波包括C27和C26；電源轉(zhuǎn)換與看門狗(5)內(nèi)有低壓差穩(wěn)壓電路、看門狗電路和掉電保持存貯器，其型號(hào)分別是TPS7350、X5045P和24C01；時(shí)鐘與接口(6)內(nèi)有低功耗時(shí)鐘電路、掉電供電電池、32.768K晶體振蕩器和顯示及鍵盤接口，其低功耗時(shí)鐘電路的型號(hào)為M41T0；數(shù)模轉(zhuǎn)換(7)內(nèi)有A/D轉(zhuǎn)換器和2.5V精密穩(wěn)壓基準(zhǔn)，其型號(hào)分別是TLC1542和LM386；觸摸屏與顯示(8)內(nèi)有自帶觸摸屏的270*430全彩顯示器，其連接關(guān)系為輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)與主控CPU(2)之間，相位比較輸入信號(hào)端子PH連接到主控CPU(2)內(nèi)單片機(jī)AT89C51的INT1和T0端；輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)與數(shù)模轉(zhuǎn)換(7)之間，輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)內(nèi)的模擬電壓輸入端子ADI和ADV連接到A/D轉(zhuǎn)換器TLC1542的輸入端第1和第2引腳；數(shù)模轉(zhuǎn)換(7)與主控CPU(2)之間，A/D轉(zhuǎn)換器的18、17、16、15引腳分別連接至主控CPU(2)的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3端；正弦波產(chǎn)生與功率放大(4)與主控CPU(2)之間，主控CPU(2)的頻率信號(hào)通過引腳T1引線SIN輸入正弦波產(chǎn)生與功率放大(4)；電源轉(zhuǎn)換與看門狗(5)與主控CPU(2)之間，看門狗X5045P具有I2C總線接口，其1、2、3、5、6、7引腳分別與主控CPU(2)內(nèi)的P1.5、P1.6、P1.7、WR、RD以及RESET端相連接；電源轉(zhuǎn)換與看門狗(5)內(nèi)的掉電保持存貯器24C01的第5和第6引腳分別與主控CPU(2)中的P2.5和P2.3相連接；通訊接口(3)與主控CPU(2)之間，主控CPU(2)的串口線RXD和TXD分別連接到通訊接口(3)內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的X端和Y端，同時(shí)主控CPU(2)的控制信號(hào)RS232CS由P2.4送到通訊接口(3)內(nèi)多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)CD4052的A端；通訊接口(3)與觸摸屏與顯示(8)之間，通訊接口(3)的一路信號(hào)由接口J4連接到觸摸屏與顯示(8)；正弦波產(chǎn)生與功率放大(4)的輸出信號(hào)由接口J2送給被測(cè)電容；時(shí)鐘與接口(6)與主控CPU(2)之間，時(shí)鐘芯片M41T0具有I2C總線接口，主控CPU(2)的P2.5和P2.2分別連接到時(shí)鐘與接口(6)內(nèi)時(shí)鐘芯片M41T0的第5和第6引腳；鉗形表傳感器(9)與輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)之間，鉗形表傳感器(9)的輸出信號(hào)通過輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)內(nèi)接口J8的第1和第2端子分別連接到輸入調(diào)理與相位檢測(cè)(1)內(nèi)的運(yùn)算放大器LM158第2和第3引腳。
專利摘要一種便攜式電容器綜合測(cè)試儀，包括輸入調(diào)理與相位檢測(cè)、主控CPU、通訊接口、正弦波產(chǎn)生與功率放大、電源轉(zhuǎn)換與看門狗、時(shí)鐘與接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換、觸摸屏與顯示和鉗形表傳感器，其特點(diǎn)是利用變頻原理和鉗形表，實(shí)現(xiàn)了不拆線模擬系統(tǒng)在線運(yùn)行狀態(tài)的測(cè)試電容值問題，并且同步測(cè)試顯示介質(zhì)損失角，便于對(duì)電容器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析。其優(yōu)點(diǎn)為，測(cè)試簡便省時(shí)省力、保障了檢修人員的人身安全，能夠解決電橋法測(cè)試故障檢出率低的問題，尤其適合于單套管、多組或多個(gè)電容器串并聯(lián)時(shí)的電容值測(cè)試，是一種理想的便攜式電容器綜合測(cè)試儀。
文檔編號(hào)G01R25/00GK201464575SQ20092010381
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月19日
發(fā)明者李臨生, 李彥吉, 黃威斌 申請(qǐng)人:北京浩天中勝科技有限公司