SF6气体的露点检测系统的设计

六氟化硫(SF6)气体由于具有良好的电气性能，在国内外的电气设备中逐步替代了常规绝缘油材料。六氟化硫气体中含有水分会降低了设备的绝缘特性、加剧低氟化物的水解和金属氟化物的水解，并且易在设备内结露，接影响电器设备的安全运行。因此，准确的检测SF6气体的纯度、湿度具有重要意义。

总体设计思路
　　
露点的测量方法有直接测量和间接测量两种方法，由于露点直接测量价格高，工业无法承受，现采用间接测量的方法，将露点的测量转化为温度和湿度的测量。本设计是利用高分子材料湿度传感器测量露点，将六氟化硫的露点测量的特点与湿度传感器的性质结合起来。
　　
在威廉希尔官方网站 设计方面，由湿敏电容与555定时器组成振荡威廉希尔官方网站 ，利用振荡威廉希尔官方网站 的输出频率电信号与电容容量的关系，实现湿度信号转化为频率。由智能温度传感器DSl8B20组成的威廉希尔官方网站 来测量温度。将得来的温湿度信号由单片机系统实现控制，最终实现六氟化硫气体的露点测量。设计的整体框图如图1所示。

　　　　
硬件设计
　　
温度测量
　　在设计过程中选用了美国Dallas公司最新推出的DS18B20数字式智能温度传感器，它是单线数字式测温芯片，它能在现场采集温度数据，并将温度数据直接转换成数字量输出。它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。而且采用了三线制与单片机相连，将测温部分与A／D转换于一体，减少了外部硬件威廉希尔官方网站 ，具有低成本和易使用的特点。
　　
单线式数字温度传感器DSl8B20测温范围为－55～125℃，精度为±2℃，而在－10～85℃范围内，精度为±O.5℃。
　　
DS18820可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式(电源电压范围为3.O～5.5V)，此时DSl8820的脚1接地，脚2作为信号线，脚3接电源。另一种是寄生电源供电方式，在本课题中采用电源供电的方式。
　　
DS18820温度传感器与单片机连接威廉希尔官方网站 如图2所示。

　　
湿度测量
　　
SF6高压电器要求SF6的湿度相当低。一般的传感器难于达到测量低湿的要求。对于低湿测量(在30％以下)使用电容式湿度传感器为宜。
　　
湿敏电容是由高分子材料作为基底，在其上下表面蒸镀一薄层微孔电极，构成一个平行板电容器；当气体的相对湿度发生变化时高分子材料的介电常数随着改变，导致湿敏电容的容量发生变化，从而实现相对湿度△x％RH。
　　
Humirel公司的电容式湿度传感器，工作范同宽(1％～99％RH)，线性度好，响应时间短(典型值10s)，可以工作于－40～100℃，具有较高的可靠性和长期的稳定性，其典型的标称电容值为180PF(55％RH)，推荐温度系数为0.04PF／℃。高分子薄膜电容式湿度传感器的敏感量为相对湿度。
　　
在设计中，为将湿敏电容容量的变化转化为电信号，采用了一片555定时器。555定时器威廉希尔官方网站 是一种双极型集成威廉希尔官方网站 ，由于它的结构独特，只要在外部引脚配上适当的阻容元件便可构成脉冲产生与变换威廉希尔官方网站 ，因此被应用广泛。
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55定时器构成的多谐振荡器与单片机的连接威廉希尔官方网站 如图3所示。

　　
由湿敏电容与555振荡器的连接威廉希尔官方网站 图，振荡器的频率输出与湿度的关系式，表1给出了二者之间的关系。

　　
控制和显示单元
　　
单片机系统中，使用的显示器主要有LED(发光二极管显示器)和LCD(液晶显示器)。LCD是一种被动式显示器，由于它的功耗极低、抗干扰能力强，因而在低功耗的单片机系统中大量使用。鉴于上述的原因，使用LCD显示。
　　
Motorola公司生产的MCl4543芯片是一种常用的LCD锁存／译码／驱动威廉希尔官方网站 。MCl4543使用十分的简单，只要在LE端加高电压，BI加低电平，Ph端输入方波，A、B、C、D输入BCD码，则在译码笔形输出端就会输出与Ph同相或反相的方波驱动对应的液晶笔画亮或暗，从而显示出数字。LCD与单片机接口如图4所示。

　　
方波发生器由集成威廉希尔官方网站 CD4060和谐振频率为30720Hz的晶振等元件组成。CD4060是14位二进制串行计数、分频器和振荡器。本威廉希尔官方网站 采用外接30720Hz的晶振来组成晶体振荡器，其振荡信号经CI)4060内部9次分频后，在Q9端输出准确的60Hz频率信号。方波发生器的构成威廉希尔官方网站 如图5所示。

软件设计
　　
硬件威廉希尔官方网站 完成以后，开始进行系统软件设计。进行软件的总对独立的模块。接着画出每一个专用程序模块的详细流程图，并选择合适的语言编写程序，最后按照软件总体设计时给出的结构框图，将各模块连接成一个完整的程序。
　　
按照系统控制功能要求，确定了系统软件的主要功能有：系统初始化、采集传感器输出的温度、湿度信号、对采集后的数据进行处理、计算露点等、显示数据等。按照软件功能要求，给出了程序总体结构框图，如图6所示。

　　
按照程序总体结构进行模块化设计，其中DSl8820温度传感器的程序设计流程如图7所示。

　　
结束语
　　
采用间接测量方法是工业露点控制的发展方向，但如何在低湿区提高露点的测量精度，还有待进一步研究。因为这样可以扩大露点控制器的使用范围，就可以改造一大批低露点的测试仪器，具有宽广的市场前景。