徐永杰 陆绮荣 李静

     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。

     在电路设计方面，由湿敏电容与555定时器组成振荡电路，利用振荡电路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组成的电路来测量温度。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dsl8b20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，减少了外部硬件电路，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℃。

     dsl8820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。

     dsl8820温度传感器与单片机连接电路如图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定时器电路是一种双极型集成电路，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电路，因此被应用广泛。

     555定时器构成的多谐振荡器与单片机的连接电路如图3所示。

     由湿敏电容与555振荡器的连接电路图，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／驱动电路。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。

     方波发生器由集成电路cd4060和谐振频率为30720hz的晶振等元件组成。ci)4060是14位二进制串行计数、分频器和振荡器。本电路采用外接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。