徐永杰 陸綺榮 李靜

     六氟化硫(sf6)氣體由于具有良好的電氣性能，在國內(nèi)外的電氣設備中逐步替代了常規(guī)絕緣油材料。六氟化硫氣體中含有水分會降低了設備的絕緣特性、加劇低氟化物的水解和金屬氟化物的水解，并且易在設備內(nèi)結(jié)露，接影響電器設備的安全運行。因此，準確的檢測sf6氣體的純度、濕度具有重要意義。

     總體設計思路

     露點的測量方法有直接測量和間接測量兩種方法，由于露點直接測量價格高，工業(yè)無法承受，現(xiàn)采用間接測量的方法，將露點的測量轉(zhuǎn)化為溫度和濕度的測量。本設計是利用高分子材料濕度傳感器測量露點，將六氟化硫的露點測量的特點與濕度傳感器的性質(zhì)結(jié)合起來。

     在電路設計方面，由濕敏電容與555定時器組成振蕩電路，利用振蕩電路的輸出頻率電信號與電容容量的關(guān)系，實現(xiàn)濕度信號轉(zhuǎn)化為頻率。由智能溫度傳感器dsl8b20組成的電路來測量溫度。將得來的溫濕度信號由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)控制，最終實現(xiàn)六氟化硫氣體的露點測量。設計的整體框圖如圖1示。

     硬件設計

     溫度測量

     在設計過程中選用了美國dallas公司最新推出的dsl8b20數(shù)字式智能溫度傳感器，它是單線數(shù)字式測溫芯片，它能在現(xiàn)場采集溫度數(shù)據(jù)，并將溫度數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。而且采用了三線制與單片機相連，將測溫部分與a／d轉(zhuǎn)換于一體，減少了外部硬件電路，具有低成本和易使用的特點。

     單線式數(shù)字溫度傳感器dsl8b20測溫范圍為－55～125℃，精度為±2℃，而在－10～85℃范圍內(nèi)，精度為±o.5℃。

     dsl8820可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式(電源電壓范圍為3.o～5.5v)，此時dsl8820的腳1接地，腳2作為信號線，腳3接電源。另一種是寄生電源供電方式，在本課題中采用電源供電的方式。

     dsl8820溫度傳感器與單片機連接電路如圖2所示。

     濕度測量

     sf6高壓電器要求sf6的濕度相當?shù)汀Ｒ话愕膫鞲衅麟y于達到測量低濕的要求。對于低濕測量(在30％以下)使用電容式濕度傳感器為宜。

     濕敏電容是由高分子材料作為基底，在其上下表面蒸鍍一薄層微孔電極，構(gòu)成一個平行板電容器；當氣體的相對濕度發(fā)生變化時高分子材料的介電常數(shù)隨著改變，導致濕敏電容的容量發(fā)生變化，從而實現(xiàn)相對濕度△x％rh。

     humirel公司的電容式濕度傳感器，工作范同寬(1％～99％rh)，線性度好，響應時間短(典型值10s)，可以工作于－40～100℃，具有較高的可靠性和長期的穩(wěn)定性，其典型的標稱電容值為180pf(55％rh)，推薦溫度系數(shù)為0.04pf／℃。高分子薄膜電容式濕度傳感器的敏感量為相對濕度。

     在設計中，為將濕敏電容容量的變化轉(zhuǎn)化為電信號，采用了一片555定時器。555定時器電路是一種雙極型集成電路，由于它的結(jié)構(gòu)獨特，只要在外部引腳配上適當?shù)淖枞菰憧蓸?gòu)成脈沖產(chǎn)生與變換電路，因此被應用廣泛。

     555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器與單片機的連接電路如圖3所示。

     由濕敏電容與555振蕩器的連接電路圖，振蕩器的頻率輸出與濕度的關(guān)系式，表1給出了二者之間的關(guān)系。

     控制和顯示單元

     單片機系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有l(wèi)ed(發(fā)光二極管顯示器)和lcd(液晶顯示器)。lcd是一種被動式顯示器，由于它的功耗極低、抗干擾能力強，因而在低功耗的單片機系統(tǒng)中大量使用。鑒于上述的原因，使用lcd顯示。

     motorola公司生產(chǎn)的mcl4543芯片是一種常用的lcd鎖存／譯碼／驅(qū)動電路。mcl4543使用十分的簡單，只要在le端加高電壓，bi加低電平，ph端輸入方波，a、b、c、d輸入bcd碼，則在譯碼筆形輸出端就會輸出與ph同相或反相的方波驅(qū)動對應的液晶筆畫亮或暗，從而顯示出數(shù)字。lcd與單片機接口如圖4所示。

     方波發(fā)生器由集成電路cd4060和諧振頻率為30720hz的晶振等元件組成。ci)4060是14位二進制串行計數(shù)、分頻器和振蕩器。本電路采用外接30720hz的晶振來組成晶體振蕩器，其振蕩信號經(jīng)ci)4060內(nèi)部9次分頻后，在q9端輸出準確的60hz頻率信號。