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CN105247328B - 在高压电势下的温度测量 - Google Patents

在高压电势下的温度测量 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在高压电势下进行温度测量的装置。通过刚好一个光电二极管提供用于对光学电流互感器进行温度测量的能量。通过光源的光供应该光电二极管，其中所述光源的光经过光波导被传导到光电二极管。

Description

在高压电势下的温度测量
技术领域
本发明涉及一种利用电子温度传感器在高压电势下进行温度测量的装置，该电子温度传感器测量光学电流互感器的温度并且由光源提供电能。
背景技术
光学电流互感器自很长一段时间已公知。通常，电流互感器被理解为测量变换器，其具有用于无电势地测量交流电流的传感器探头。光学电流互感器被用于测量法拉第效应。法拉第效应描述了线性偏振的电磁波在穿过透明介质时的偏振旋转，其中在该透明介质上施加了平行于波的传播方向的时间上恒定的磁场。
光学电流互感器也越来越多地被应用于高压电势。这种光学电流互感器例如在DE198 02 191 B4中公开。
法拉第效应一般与温度相关，因为偏振波的旋转取决于透明介质的材料特性，并且随温度变化。如果在评估测量时不考虑温度相关性，则在确定交流电流测量值时会造成测量错误。为了消除这种测量错误，按照现有技术执行在高压电势下的附加温度测量。在此，该温度测量既可以是电子式地，也可以是光学式地进行。
光学温度传感器例如是基于纤维-布拉格-光栅(Faser-Bragg-Gitter)的传感器。还已知具有起温度相关的光学波带边缘滤波器作用的半导体元件的传感器或者利用温度相关的晶体荧光衰变时间的传感器。光学温度传感器的缺点在于相对于电子传感器更高的复杂度。
从DE112010003387T5公知一种光学电流互感器，其温度借助这样的光学温度传感器来测量。
按照现有技术，电子温度传感器是借助微处理器实施的数字传感器。这种基于数字信号处理的温度传感器需要高的运行电压，其处于几伏特的范围。另外，还必须持续提供足够的电能。
为了满足电能需要，在高压电势下数字地测量温度的情况下已知借助光波导供能以完成测量任务的传感器。在此，从地面站借助光波导向光学电流互感器传导高功率激光的光。典型地，使用功率处于100mW至500mW范围内的高功率激光，以便为数字温度测量提供充足的能量。在电流互感器或温度传感器内具有由多个光接收器组成的装置，这些光接收器将激光的光转换成用于运行数字温度传感器的电能。在完成测量任务之后，测量信号经另一光波导被传输回到地面站。由于所使用的激光需要高的光学功率，必须始终提供足够的运行安全性。
从DE03DE4443646C2公知具有用于电的高压开关设备的传感器的这样的布置，其中传感器是电的温度测量值记录器。对于传感器的运行需要的能量借助多个光导体和多个光电二极管来提供。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，实现一种用于在高压电势下利用电子的温度测量的、用于光学电流互感器的装置，其中温度传感器结构简单、工作可靠并且在电子温度测量中具有低能量需求。
该技术问题通过具有独立权利要求的特征的装置解决。在其从属权利要求中给出了本发明的有利构造和扩展。
根据本发明的用于在高压电势下测量温度的装置包括：在高压电势下的光学电流互感器；电子温度传感器，用于测量电流互感器的温度；刚好一个光电二极管；第一光波导，用于将光从第一光源传输到光电二极管；以及第二光波导，用于将测量信号传输到地面站。
按照本发明，通过一个光电二极管提供为运行电子温度传感器所需的能量。为提供能量，优选使用由第一光波导从第一光源向光电二极管传输的光。通过使用刚好一个光电二极管可使结构简化，因为减少了器件的数量。
按照本发明，电子温度传感器是具有温度感应电阻的振荡电路。振荡电路的固有频率/共振频率取决于其主要通过温度感应电阻决定的阻尼。振荡电路的固有频率一般随阻尼升高而降低。如果温度感应电阻由于电流互感器的温度而改变电阻值，则固有频率移动。因此，固有频率是温度的一个测度。
该提到的类似的实施方式特别有利于，为此需要相对于数字测量更少的能量需求。因此可以通过一个光电二极管满足对于电能的需求。
在一种特别有利的构造中，在振荡电路的电流回路中安装第二光源，特别是LED。由此，第二光源周期性地以与振荡电路的固有频率对应的频率发光。振荡电路的固有频率取决于温度，从而第二光源的频率表示所测量温度的一个模拟的测度。于是，可以将第二光源的光学模拟信号经第二光波导传输到地面站。
电子温度传感器优选具有用于存储电能的电容器和用于确定电能存储的时间段的控制单元。第一光源的光从光源被传导到光电二极管，该光电二极管利用这些光产生电能。由光电二极管产生的电能优选被存储在电容器中。由此可以将第一光源构造为低功率的光源。其优点特别在于，电容器使得可以按照时间间隔进行温度测量。由此降低电能消耗，因为对于温度测量，例如每分钟测量一次已足以。
在一种优选扩展中，第一光源的光功率小于或等于5mW。特别优选是小于或等于1mW的功率。由此可以通过低功率级别给温度传感器供能。如果低功率不能足够满足测量任务，则可以有利地使用在能量存储器中的存储直到提供足够的能量。适合使用处于400nm至700nm可见光范围内的激光作为第一光源。如果所使用的激光的功率低于1mW，则该激光属于第二激光保护种类。因此，不需要特别的预防措施。由此也可以显著简化处理。
在一种优选构造中，第一光源被构造为LED。特别有利的是，该LED价格便宜，然而却能够提供足够的能量给温度传感器供能或者填充能量存储器。
温度传感器可以被集成在光学电流互感器中。优选直接邻近电流互感器的传感器探头。由此可以明显更好地抵消法拉第效应的温度相关性。
在一种特别优选的扩展中，温度传感器使用光学电流互感器的已经存在的光波导。
温度传感器的第一和第二光波导可以是标准多模式光波导。特别是可以使用芯直径处于50μm至62μm范围的光波导。即使利用这种小的芯直径还是能够为运行根据本发明的温度传感器提供足够的能量。
附图说明
以下借助优选实施例结合附图描述本发明，其中：
图1示出了用于在高压电势下对光学电流互感器进行模拟的温度测量的装置。
具体实施方式
图1示出了用于在高压电势下进行温度测量的装置1，包括光学电流互感器2、电子温度传感器4、第一和第二光波导6、8和第一发光二极管10，该光电二极管位于地面站24内。另外，温度传感器4包括刚好一个光电二极管12、电容器14、控制单元16和振荡电路18。此外第二LED 20和温度感应电阻22位于振荡电路18的电流回路中。在此，温度感应电阻22例如可以是热敏电阻、PT100、热敏元件或半导体传感器。
第一发光二极管10的光经过第一光波导6被传导到电子温度传感器4内的光电二极管12。光波导6、8优选可以是标准多模式光波导或者200/220μm硬包层二氧化硅(Hard-Cladding-Silica)光波导。特别优选是具有50μm或62μm芯直径的标准多模式光波导。第一发光二极管10具有小于或等于5mW的低功率。特别优选是小于或等于1mW的功率。这种低功率典型地不够用于光学电流互感器2的温度测量，从而在光电二极管12中产生的电能对于由控制单元16确定的时间段被存储在电容器14中。在填充电容器14期间，第一发光二极管10持续运行。控制单元16决定何时所存储的电能足够完成测量任务并且然后将在电容器14中存储的电能提供给振荡电路18以进行温度测量。例如每分钟进行一次电容器14的放电足以。
按照本发明，借助振荡电路18模拟地、并由此节能地处理温度测量。振荡电路18的固有频率取决于温度感应电阻22。以振荡电路18的电压运行第二LED 20。由此，该第二LED周期性地随着振荡电路18的温度相关的固有频率发光。第二LED 20的频率因此是对于电流互感器2的温度的一种测度。然后，借助第二光波导8将第二LED 20的周期性的光传输到地面站24。
如果通过使用微处理器数字地实现温度测量，则光电二极管12的电压典型地不足以完成测量任务。因此，适合采用升压变换器来提高电压。
一般也可以借助第二光波导8将温度测量信号作为脉宽调制的光学信号传导到地面站24。

Claims (9)

1.一种用于在高压电势下测量温度的装置(1)，包括：
-在高压电势下的光学的电流互感器(2)，
-电子的温度传感器(4)，用于测量所述电流互感器(2)的温度，
-第一光波导(6)，用于给所述电子的温度传感器(4)提供能量，
-第二光波导(8)，用于所述电子的温度传感器(4)的测量信号到地面站(24)的数据传输，
-和第一光源(10)，
其中，
所述电子的温度传感器(4)包括刚好一个光电二极管(12)，并且所述第一光波导(6)被构造用于将光源(10)的光输送到光电二极管(12)，其中，所述温度传感器(4)被构造为电学的振荡电路(18)，其中所述振荡电路(18)包括温度感应电阻(22)。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述振荡电路(18)包括第二光源(20)。
3.按照权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述第二光源(20)是LED。
4.按照权利要求2所述的装置(1)，其特征在于，所述电子的温度传感器(4)包括用于存储电能的至少一个电容器(14)和用于确定电能存储的时间段的控制单元(16)。
5.按照上述权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一光源(10)的光功率小于等于5mW。
6.按照上述权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一光源(10)的光功率小于等于1mW。
7.按照上述权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一光源(10)是LED。
8.按照上述权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述温度传感器(4)集成在所述电流互感器(2)的传感器探头内。
9.按照上述权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述第一和第二光波导(6，8)被构造为标准多模式光纤。
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