專利名稱：在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種六氟化硫(SF6)氣體中微水含量的測(cè)量?jī)x，具體說(shuō)是一種在線阻容式SF6微水檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
六氟化硫(SF6)氣體是一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)色、無(wú)嗅、非可燃的合成氣體，具有一般電介質(zhì)不可比擬的絕緣特性和滅弧能力。充裝SF6的電氣設(shè)備占地面積小，運(yùn)行噪聲小，無(wú)火災(zāi)危險(xiǎn)，這極大地提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。近年來(lái)，SF6電氣設(shè)備已在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，并顯示出無(wú)與倫比的優(yōu)越性。
而氣體絕緣高壓斷路器、高壓互感器、高壓變壓器、金屬封閉電器(GIS)在長(zhǎng)期使用過程中，SF6氣體中難免會(huì)滲入水氣。當(dāng)這些滲入絕緣氣體中的水氣含量超過一定值時(shí)，不僅會(huì)與電弧作用下的SF6氣體分解物水解反應(yīng)產(chǎn)生毒性物質(zhì)，繼而引起設(shè)備的化學(xué)腐蝕，而且會(huì)使固體絕緣水平下降，嚴(yán)重影響設(shè)備的的機(jī)械、電氣性能。將使開關(guān)操作面臨危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)有可能燒壞開關(guān)，甚至引起開關(guān)爆炸，使供電系統(tǒng)癱瘓。
在線監(jiān)測(cè)SF6氣體微水含量以隨時(shí)掌握氣體含水量的變化，并適時(shí)報(bào)警和控制對(duì)SF6電器的安全運(yùn)行十分重要。但目前為了監(jiān)測(cè)SF6氣體中的含水量，使用的方法電解法和冷鏡法均屬于離線預(yù)防性檢測(cè)，只能進(jìn)行定期巡檢測(cè)量，其中電解法所使用的電解元件的電解效率會(huì)隨著時(shí)間的增加而不斷下降，冷鏡法操作復(fù)雜、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、并且要消耗一定的SF6之類的絕緣氣體；隨著電力輸送技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展、進(jìn)步，現(xiàn)有SF6氣體微水含水量的檢測(cè)方法已無(wú)法適應(yīng)發(fā)展的需要，為此本發(fā)明以提出一種可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的高壓電氣設(shè)備絕緣氣體含水量監(jiān)測(cè)方法為目的，進(jìn)而提出一種實(shí)現(xiàn)該方法的監(jiān)測(cè)裝置，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理奠定基礎(chǔ)。
SF6氣體水分的測(cè)量在國(guó)外目前主要是利用冷鏡原理的離線式測(cè)量露點(diǎn)儀，該領(lǐng)域的典型代表主要是瑞典MBW，是氣體水分測(cè)量領(lǐng)域的專業(yè)廠商，側(cè)重于各種場(chǎng)合下的便攜式氣體水分的測(cè)量，采用的是冷鏡原理，沒有可以應(yīng)用在SF6氣體微水在線測(cè)量的產(chǎn)品。
國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)有水分測(cè)量的技術(shù)和產(chǎn)品，但由于工藝上還存在一定的問題，測(cè)量的精度和使用的范圍還比較局限，目前一般只用于普通環(huán)境的水分測(cè)量，不能應(yīng)用于SF6氣體微水的在線測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，尤其是提供一種SF6高壓斷路器中SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀，且具有很高的的檢測(cè)精度，可在線長(zhǎng)期穩(wěn)定的測(cè)量SF6氣體中微水的在線阻容式SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，包括SF6氣體采樣器、SF6氣體微水傳感器、高頻振蕩電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路；溫度補(bǔ)償處理電路和電壓值和水分含量成正比的信號(hào)，所述SF6氣體微水傳感器是包括高分子薄膜電容濕度敏感元件，用于氣體微水測(cè)量；和用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?；高分子薄膜電容濕度敏感元件連接高頻振蕩電路的輸入端、高頻振蕩電路的輸出端連接頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路的輸出的電壓值和水分含量成正比的電信號(hào)，并傳輸?shù)絝/v頻率電壓，轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為0-1V電信號(hào)，再輸出到自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路中，采用PT100的溫度傳感器輸出一個(gè)隨SF6氣體溫度變化的溫度電壓信號(hào)，連接該電壓至溫度補(bǔ)償處理電路，經(jīng)過煙溫補(bǔ)償后的電信號(hào)輸出到零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路進(jìn)行零點(diǎn)滿度校準(zhǔn)；校準(zhǔn)后的電壓信號(hào)直接輸出或再通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路生成相應(yīng)的4-20mA電流信號(hào)，輸出至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理單元并可連接現(xiàn)場(chǎng)顯示裝置。
溫度補(bǔ)償處理電路為VCA610可變?cè)鲆娣糯箅娐?，通過VCA610和P1對(duì)濕度信號(hào)進(jìn)行溫度自動(dòng)補(bǔ)償；經(jīng)過補(bǔ)償后的電信號(hào)輸出到零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路LM385電路，并在輸出端設(shè)有可調(diào)電阻P2進(jìn)行濕度電信號(hào)的滿度校準(zhǔn)，輸入端設(shè)有電阻P3進(jìn)行濕度電信號(hào)的零點(diǎn)校準(zhǔn)。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的裝置還包括具有濾波、變壓、穩(wěn)壓功能的供電電源。
1)本實(shí)用新型中涉及的SF6氣體采樣器采用不銹鋼材質(zhì)的SF6氣體專用采樣裝置采樣裝置上設(shè)有常規(guī)的進(jìn)出氣接頭，均采用常規(guī)的自封式針形單向閥，采樣裝置與斷路器處于聯(lián)接狀態(tài)時(shí)，接口部分可以強(qiáng)制開啟使被測(cè)的SF6氣體從密閉的斷路器中流出，采樣裝置與斷路器在非聯(lián)接狀態(tài)時(shí)，接口部分在彈簧的作用下將針型單向閥自動(dòng)封閉，防止SF6氣體的泄露，可以有效解決SF6氣體微水在線測(cè)量過程中氣體的采樣和泄露問題。
本實(shí)用新型SF6氣體微水傳感器由高分子薄膜電容式濕度傳感器(參見圖一中的C0)和PT100鉑電阻溫度傳感器(參見圖一中的Rt)組合而成，兩者同時(shí)直接裸露在SF6氣體中，同時(shí)測(cè)得SF6氣體微水和溫度的電信號(hào)，經(jīng)過溫度自動(dòng)補(bǔ)償后精確測(cè)量SF6氣體中的微水，并以4-20MA的電信號(hào)傳輸?shù)较嚓P(guān)的顯示和監(jiān)控裝置；
2)本實(shí)用新型采用阻容式測(cè)量原理測(cè)量SF6氣體微水采用高分子薄膜電容和鉑電阻組合，微水穿過高分子薄膜電容的上部電極，到達(dá)活性聚合物薄膜，多少水分被薄膜吸收取決于被測(cè)的SF6氣體中的水分含量的高低，因?yàn)閭鞲衅鞒叽缧『途酆衔锉∧ず鼙?，所以傳感器可以?duì)SF6氣體的水分變化作出快速反應(yīng)。聚合物中吸收的水分改變了傳感器的電介質(zhì)特性即傳感器的電容值被改變，由于SF6中水分的含量變化與電容值的變化呈正相關(guān)線性關(guān)系，傳感器電容的改變可以通過測(cè)量電路來(lái)測(cè)量，從而可以有效解決SF6氣體微水含量的測(cè)量問題。
當(dāng)本實(shí)用新型的SF6氣體微水含量在線監(jiān)測(cè)裝置工作時(shí)，微水傳感器中的高分子薄膜電容值會(huì)隨著被測(cè)的SF6氣體微水含量的高低而變化，微水傳感器中的PT100鉑電阻會(huì)隨著被測(cè)SF6氣體溫度的高低而變化，將電容/頻率變化信號(hào)和溫度變化信號(hào)分別傳輸?shù)絝/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路和自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路中進(jìn)行溫度自動(dòng)補(bǔ)償處理，并通過零點(diǎn)和滿度校準(zhǔn)后，將微水電信號(hào)從0-1V發(fā)放大到0-10V并通過V/I轉(zhuǎn)換電路，從而輸出與被測(cè)氣體含水量成正比的4-20MA模擬電信號(hào)，將被測(cè)氣體含水量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪刂行膶?shí)時(shí)記錄，同時(shí)可通過顯示器顯示出來(lái)。
3)本實(shí)用新型采用溫度補(bǔ)償由于SF6氣體中的水分會(huì)隨氣體溫度的變化而變化，需要測(cè)量SF6氣體的實(shí)際溫度，并通過自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償以減少水分測(cè)量的誤差，滿足測(cè)量的精度要求。
這樣，便實(shí)現(xiàn)了斷路器中SF6氣體含水量的在線監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)完成有關(guān)SF6氣體微水含量的在線監(jiān)測(cè)、采集、傳輸、記錄、報(bào)警、顯示和控制等。
本實(shí)用新型特點(diǎn)是1)采用以上所述的3種綜合技術(shù)措施，較好地解決了SF6氣體微水含量測(cè)量過程中所面臨的采樣、密封和泄露等技術(shù)難題；2)利用溫度補(bǔ)償技術(shù)保證了SF6氣體水分測(cè)量的精度和可靠性，實(shí)際的使用效果可以完全滿足以下設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)SF6氣體測(cè)量溫度 -40-+80℃±1℃；SF6微水測(cè)量范圍 露點(diǎn)-60℃-+20℃±2℃；或 10-2,000ppmv±5％；SF6氣體測(cè)量密度 0.1-1.0Mpa±1％；測(cè)量輸出信號(hào)4-20mA。


圖1為本實(shí)用新型在線阻容式SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀的阻容式濕度傳感器示意圖圖2為本實(shí)用新型在線阻容式SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀工作框圖圖3為本實(shí)用新型在線阻容式SF6氣體微水檢測(cè)儀電路圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)在線阻容式SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行具體的說(shuō)明。
1)SF6氣體微水傳感器由高分子薄膜電容式濕度傳感器C0(參見圖1)和PT100鉑電阻溫度傳感器Rt(參見圖一)組合而成。高分子薄膜電容用來(lái)測(cè)量SF6氣體中的微水，而PT100鉑電阻用來(lái)測(cè)量SF6的氣體溫度以用于溫度補(bǔ)償，以保證測(cè)量精度，以上兩者共同組成了在線阻容式SF6氣體微水監(jiān)測(cè)儀的阻容式濕度傳感器。
2)阻容式濕度傳感器C0直接裸露在SF6氣體中(參見圖1)，SF6氣體中的水分子可以穿透濕度傳感器的表面而滲透到高分子薄膜中，高分子薄膜的電容值會(huì)隨著氣體中水分的進(jìn)入多少而改變，電容值與高分子薄膜吸收的水分子數(shù)量成線性關(guān)系。
3)PT100鉑電阻溫度傳感器Rt直接裸露在SF6氣體中(參見圖1)，電阻值與SF6氣體溫度高低成線性關(guān)系，測(cè)得的溫度主要用于溫度補(bǔ)償，以保證氣體微水的測(cè)量精度。
本實(shí)用新型是一種專門用于SF6氣體微水在線測(cè)量的裝置，根據(jù)工作原理框圖(圖2)具體說(shuō)明工作方法和步驟如下1)將阻容式濕度傳感器(參見圖2中的2.0)直接裸露置于SF6氣體中；2)將高頻振蕩器(參見圖2中的2.3)產(chǎn)生的高頻信號(hào)輸出到高分子薄膜電容濕度傳感器C0上；3)高分子薄膜電容濕度傳感器C0測(cè)量的SF6氣體水分含量引起高頻震蕩器(參見圖2中的2.3)的頻率fc發(fā)生變化，其變化的值輸出到f/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(參見圖2中的2.4)；4)經(jīng)過f/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(參見圖二中的2.4)信號(hào)變換處理后得到一個(gè)與頻率變化，也即是與SF6含水量成正比的電壓信號(hào)。該信號(hào)輸出到自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路(參見圖2中的2.5)進(jìn)行溫度補(bǔ)償處理以提高測(cè)量精度；5)經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的電信號(hào)輸出到零點(diǎn)滿度校準(zhǔn)電路(參見圖2中的2.6)進(jìn)行電信號(hào)的零點(diǎn)滿度校準(zhǔn)；6)校準(zhǔn)后的電信號(hào)輸出到電壓電流轉(zhuǎn)換電路(參見圖2中的2.7)進(jìn)行處理，將電壓信號(hào)生成相應(yīng)的4-20mA電流信號(hào)，再輸出到相關(guān)的監(jiān)測(cè)、顯示裝置；7)與此同步的是將溫度傳感器(參見圖2中的Rt)測(cè)量的SF6氣體溫度變化的電阻信號(hào)輸出到溫度轉(zhuǎn)換電路(參見圖2中的2.2)進(jìn)行處理；
8)處理后的溫度補(bǔ)償信號(hào)再輸出到自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路(參見圖2中2.5)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
9)整個(gè)裝置通過24VDC供電電源供電(參見圖2中的2.1)。
根據(jù)電路原理圖(圖3)說(shuō)明工作方法和步驟如下1)將的阻容式濕度傳感器(參見圖3中的3.0)置于被測(cè)的SF6氣體中；2)將高頻振蕩器(參見圖3中的3.2)產(chǎn)生的高頻信號(hào)輸出到高分子薄膜電容濕度傳感器C0上；即將高分子薄膜電容濕度傳感器C0測(cè)得的電容值作為高頻振蕩器輸入端的參數(shù)電容。
3)高分子薄膜電容濕度敏感元件C0因SF6中水分含量(濕度)的變化使得電容量發(fā)生變化，從而使高頻振蕩器fc的頻率發(fā)生變化(參見圖3中的3.2)，經(jīng)過直流阻隔電容C5輸出到f/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(參見圖3中的3.4)LF412的輸入端；4)經(jīng)過f/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(參見圖3中的3.4)信號(hào)變換處理后，將濕度/頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的0-1V電壓信號(hào)，從f/v頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(參見圖3中的3.4)的輸出端輸出，經(jīng)過C6平滑濾波后輸入到SF6的自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路(參見圖3中的3.5)的輸入端R11、R13，相應(yīng)的SF6的溫度電信號(hào)同時(shí)也輸入到VCA610可變?cè)鲆娣糯箅娐?，通過VCA610和P1對(duì)濕度信號(hào)進(jìn)行溫度自動(dòng)補(bǔ)償；5)經(jīng)過自動(dòng)溫度補(bǔ)償后的電信號(hào)0-1V輸出到零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路(參見圖3中的3.6)LM385的輸入端，通過P2進(jìn)行濕度電信號(hào)的滿度校準(zhǔn)，通過P3進(jìn)行濕度電信號(hào)的零點(diǎn)校準(zhǔn)；6)校準(zhǔn)后的電信號(hào)通過LM385進(jìn)行電壓放大到0-10V，輸出到電壓電流轉(zhuǎn)換電路(參見圖3中的3.7)AD694進(jìn)行處理，將0-10V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的4-20mA電流信號(hào)，再輸出到相關(guān)的監(jiān)測(cè)、顯示裝置；7)與此同步的是將溫度傳感器Rt(參見圖3中的Rt)測(cè)量的溫度變化的電阻信號(hào)輸出到溫控表中的溫度轉(zhuǎn)換電路(參見圖3中的3.2)進(jìn)行處理，將溫度的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20MA的電流信號(hào)，再將4-20MA的溫度電流信號(hào)經(jīng)過RCV420轉(zhuǎn)換為0-10V溫度電信號(hào)；8)處理后的溫度電信號(hào)再輸出到自動(dòng)溫度補(bǔ)償電路(參見圖3中3.5)的RCA610，進(jìn)行SF6的自動(dòng)溫度補(bǔ)償(參見本節(jié)第5點(diǎn))。
9)所需的電源通過24VDC電源模塊DC/DC轉(zhuǎn)換輸出±12VDC(參見圖3中的3.1)，并通過三端穩(wěn)壓電路7805和C7、C8、C9的處理后輸出5VDC；
權(quán)利要求1.在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是包括SF6氣體采樣器、SF6氣體微水傳感器、高頻振蕩電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路；自動(dòng)溫度補(bǔ)償處理電路，所述SF6氣體微水傳感器是包括用于SF6氣體微水測(cè)量的高分子薄膜電容濕度敏感元件，由Pt鉑電阻用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?；高分子薄膜電容濕度敏感元件連接高頻振蕩電路的輸入端、高頻振蕩電路的輸出端連接頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路將頻率電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并通過輸出端輸出和水分含量成正比的電壓信號(hào)，且與氣體溫度傳感器電路輸出的氣體溫度變化的電阻信號(hào)一道連接自動(dòng)溫度補(bǔ)償處理電路，經(jīng)過自動(dòng)溫度補(bǔ)償后的電信號(hào)輸出到零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路進(jìn)行零點(diǎn)滿度校準(zhǔn)；校準(zhǔn)后的電壓信號(hào)直接輸出或再通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路生成相應(yīng)的4-20mA電流信號(hào)，輸出至顯示或監(jiān)控裝置。
2.由權(quán)利要求1所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是溫度補(bǔ)償處理電路為VCA610芯片構(gòu)成的可變?cè)鲆娣糯箅娐贰?br> 3.由權(quán)利要求1或2所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是后經(jīng)過補(bǔ)償后的電信號(hào)輸出端到運(yùn)算放大器LM385電路構(gòu)成的零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路，并在LM385的輸出端設(shè)有可調(diào)電位器(P2)進(jìn)行濕度電信號(hào)的滿度校準(zhǔn)。
4.由權(quán)利要求1或2所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是采用PT100鉑電阻溫度傳感器Rt。
5.由權(quán)利要求3所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是運(yùn)算放大器LM385電路構(gòu)成的零點(diǎn)/滿度校準(zhǔn)電路后的輸出端電信號(hào)連接運(yùn)算放大器(LM385)進(jìn)行電壓放大到0-10V，輸出到電壓/電流轉(zhuǎn)換電路。
6.由權(quán)利要求1所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是在SF6氣體采樣器采用不銹鋼材質(zhì)的SF6氣體專用采樣裝置采樣裝置上設(shè)有進(jìn)出氣接頭，進(jìn)出氣接頭均采用自封式針形單向閥。
7.由權(quán)利要求3所述的在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，其特征是設(shè)有濕度電信號(hào)的零點(diǎn)校準(zhǔn)電位器(P3)。
專利摘要在線阻容式六氟化硫微水檢測(cè)儀，包括SF6氣體采樣器、SF6氣體微水傳感器、高頻振蕩電路、頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路；自動(dòng)溫度補(bǔ)償處理電路，所述SF6氣體微水傳感器是包括高分子薄膜電容濕度敏感元件用于SF6氣體微水測(cè)量，和Pt鉑電阻測(cè)量SF6氣體的溫度用于溫度補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲衅?；高分子薄膜電容濕度敏感元件連接高頻振蕩電路的輸入端、高頻振蕩電路的輸出端連接頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路將頻率電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并通過輸出端輸出和水分含量成正比的電壓信號(hào)，采用以上所述的3種綜合技術(shù)措施，較好地解決了SF6氣體微水含量測(cè)量過程中所面臨的采樣、密封和泄露等技術(shù)難題；利用溫度補(bǔ)償技術(shù)保證了SF6氣體水分測(cè)量的精度和可靠性。
文檔編號(hào)G01N27/14GK2840031SQ20052007514
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者劉德允, 章曙 申請(qǐng)人:南京埃森環(huán)境技術(shù)有限公司