电子传感器在电气设备监测中的应用

2021-02-18方玄，熊伟

通信电源技术 2021年16期

方玄，熊伟

（江苏法尔胜光电科技有限公司，江苏江阴 214400）

0 引言

在电气设备的设计中必须考虑到各种影响因素，包括温度、湿度以及振动等，使其能够满足电气设备的使用需求。目前，我国大部分的生产厂家采用的是传统机械式的检测方法，这种方式不仅效率低，而且容易造成故障，且不能及时发现，会导致出现很多电气设备问题，甚至发生危险。而电子传感器的应用可以有效地解决这些难题，通过将传感器与微控制器相结合实现了智能化的控制模式，大大降低了成本，也避免了由于人为操作的失误而产生的重大事故。

1 电气设备监测系统硬件设计

电气设备监测系统是一个复杂的系统工程，需要有多种传感器进行温度、压力以及电流等的检测与控制，其中压力传感器如图1所示。此外，还需考虑到其他的一些问题，比如说，对环境的要求也很高，因此在设计时必须要充分了解各种传感器的特性和功能，并根据不同的条件选择合适的器件进行安装。在设计时要注意到以下几个方面的内容。首先，应该从实际出发，以满足人们的生活需求为前提，方便用户的使用为目的，保证设备的安全可靠，同时也能提高经济效益[1]。其次是在设计的过程中应尽可能地使整个系统的性能达到最佳，从而减少成本，降低损耗，实现节能减耗。最后为了使电气设备的监测更加全面完善，还应将监测的数据信息及时地反馈到监控中心，以便于管理人员能够做出正确的判断和决策。

图1 电气设备中的压力传感器

1.1 硬件结构

传感器中功能传感器的主要作用是检测系统中的各种参数，并将其转换成可用输出信号的装置或部件，以满足不同的要求和目的。其基本组成包括测量的对象、敏感元件、变换器以及控制电路等，因为是将被测的信息通过处理后再传递给计算机，所以在实际应用中需要对这些环节进行优化，使之更加完善，从而达到所需的效果。同时也要考虑到传感器的成本问题，尽量降低其价格，设计时要充分利用现有的条件来实现对数据的收集与存储。由于环境的变化而引起的温度、湿度以及振动等因素的改变会直接影响到整个器件的正常运行，进而导致测试结果出现偏差。为了保证测试的准确性及稳定性，必须采用一定的措施来减小这种情况的发生概率，如为提高材料的抗腐蚀性可使用防腐剂，选用合适的元器件，加强对元器件的管理维护[2]。

1.2 数据采集器

数据采集器是一种将传感器的输出信号转换成数字信号的设备，它可以处理采集到的各种信息，然后通过计算机的计算和分析，最终得到所需要的数据结果。在电气设备监测系统中，数据采集器是非常重要的一个组成部分，它主要由传感器、控制器、接口电路等组成。在电气设备监测中使用的传感器有两种，一种是光电式的传感器，另一种是非光式的传感器。两种最大的不同是第二种非光式传感器包括压阻型和温度补偿型的电平测量法。当电压变化时，会引起电阻的改变从而导致电流的增大或者减小，这样就会使得检测的精度降低。温差的特性则是因为当温差的值发生变化时，会使传感器产生的热效应。这种类型的温差的大小与材料的性质以及温度有关。非光式温控仪表的优点为具有较高的精确度和稳定性，而且价格低廉，还可利用位移监测器，监测变量变化形式。电力设备中的位移监测器如图2所示。

图2 电力设备中的位移传感器

1.3 电力变压器的信号

由于变压器在运行过程中内部会产生大量的热量和油流，这些热量和油流的存在使得变压器的温度升高，从而导致绝缘性能下降，甚至有可能出现火灾事故。为了防止这种情况发生，必须对电力变压器进行定期检查和维护，确保其正常工作。在测试时需要注意以下几个方面：一是要保证电源的可靠性；二是要选择合适的开关方式，尽量避免使用高压的；三是要保持供电的安全性；四是在安装位置上不要将电线放在裸露的地方；五是如果电缆线的长度比较长，则最好采用短路点连接，这样可以减少导线的损耗，降低线路的负载率。总之，通过上述方法来提高电力设备的安全性能是非常重要的措施，在实际的应用中应根据具体的要求来确定[3]。

2 电子传感器的系统软件实现

系统的软件设计是整个系统的重点所在，它是一个完整的系统软件开发过程，主要包括以下几个方面的内容。一是初始化程序。在进行硬件电路的初始化时，首先要对所要采集的信号进行分析，之后再将处理过的数据发送给显示模块，最后再把所需的信息发送到单片机中。二是液晶屏的功能及工作原理。在实际的测试中会用到很多的液晶屏，可以将一些电压的值直接转换成数字的形式来表示。但是这些都需要通过单片机的内部控制，所以必须有相应的驱动函数才能完成。三是主控芯片的选择和使用。主控芯片的作用在于对各个部分操作和运行状态的监控与调节，因此它的性能是否符合要求也是决定电子传感器的重要的因素[4]。

2.1 系统程序流程

电子传感器的应用领域非常广泛，在工业、农业以及医药等方面都有涉及。智能化控制在电气设备监测中可以利用传感器对电气设备进行实时监测，并根据检测结果来判断是否需要更换新的元件或调整相关的参数。同时还能通过分析采集到的数据信息来预测未来的发展方向，从而为生产提供更多的经济效益。可视化监控是指将传感器与计算机结合，实现了人机交互，使其能够更加方便地完成工作。例如，在一些特殊的环境下，人们都会面临着各种不同的问题和危险，为了避免出现这种情况，就必须要采用先进的科学技术手段，从而保证电气设备的安全运行[5]。

2.2 电子传感器故障诊断算法

通过对传感器的检测可以看出，传感器在电气设备中的应用主要是对其内部的电路进行监测，然后再将采集到的信息与相应的算法结合，从而得出故障的类型和位置。目前，电子元件的故障诊断方法有很多种，但是大多数的故障诊断都是基于经验的判断和主观的分析结果。这种方式的缺陷就是由于经验性的影响会使错误率大大提高，并且无法准确反映出实际的情况。另外，随着计算机技术的发展和进步，各种新的硬件、软件、材料不断出现，导致了故障的种类也越来越多，而且这些新的问题也会逐渐地增加。最后，在一些复杂的系统中，如高压开关的控制过程中，如果不采取有效的措施来解决，就可能造成严重的后果甚至是灾难性的事故发生。所以说，对于电气设备的安全监控，必须要建立起一个完整的控制系统来保证整个系统的正常运行。

2.3 分析总结

在实际的应用中，需要对传感器的性能进行不断改善和优化，从而使传感器的工作效率得到提高，并且能够满足人们的需求和要求。设计的过程中，首先要了解传感器的基本原理，根据具体情况来选择合适的材料与结构，然后再确定器件的参数及相关技术指标。对于传感器的选型，要考虑到其成本，同时还要注意到稳定性，因为可靠性非常重要。其次，它的体积较小，在安装时要保证它的质量。再次，为了使传感器的使用寿命更长，必须尽量考虑传感器的质量，减少更换次数，这样才能达到经济性的目的，最后，还应该注重传感器的灵敏度，只有灵敏度高的仪器才有可能被广泛地应用与生活[6]。

3 电子传感器实验

在进行实验时，首先要对所设计电路板中的各个元器件参数和工作原理有一定的了解并掌握，然后再根据自己的理解和试验选择合适的元器件，并在实际的操作过程中不断地改进和完善，这样才能使整个装置的性能得到提高。在实验之前，先用万用表来检查所选元器件的正负极是否与所选的元件相匹配，如果不相符就需要重新试装，直到满足要求为止。当所有的部件都准备完成后，就可以开始测试系统的整体功能。通过万用表的检测结果，发现存在的问题已及时解决，从而使整个系统的运行更加稳定，并且能够正常地运转下去。

3.1 电气设备监测系统电路调试

电路的调试主要是为了保证其正常运行，在测试过程中要注意以下几个方面。一是检查元器件的焊接是否正确，有没有出现漏焊和短路等情况，并做好相应的处理措施。二是在进行元器件的安装时，要严格按照设计的要求，以免造成不必要的麻烦。三是在使用前需要对元器件的型号和规格等做一个详细的了解和校准，避免因为错误的操作而导致元件损坏[7]。

3.2 电子传感器的性能指标

传感器的性能指标主要包括灵敏度和可靠性。灵敏度是指传感器的输出信号与输入量的比值；可靠程度则是指传感器的工作能力和使用寿命。在实际的检测中，由于测试环境的变化以及测量对象的不同等原因，传感器在应用过程中的稳定性和准确性都会受到影响，因此需要进行定期的维护和保养，以保证稳定运行。

3.3 实验的注意事项

在测试的过程中要保证传感器的稳定性和可靠性，使用前应先进行试验，并对所测的对象进行测量，以确保传感器的准确性和完整性。为了使所测的对象具有较好的灵敏度，需要对其进行适当调整。检测时要保持仪器的温度、湿度等条件，以避免由于外界因素影响而造成的误差。当被测的对象是一些小物体时，应尽量减少被测的范围。如果有地方比较差的情况下，应该将被测定的值与标准值做比较，看它们是否一致，这样就能得到正确的结果。对于不同的环境来说，传感器也会有不同的反应方式，所以要选择合适的材料来制作[8-10]。