专利名称：在线阻容式六氟化硫微水检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种六氟化硫(SF6)气体中微水含量的测量仪，具体说是一种在线阻容式SF6微水检测仪。
背景技术：
六氟化硫(SF6)气体是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力。充装SF6的电气设备占地面积小，运行噪声小，无火灾危险，这极大地提高了电气设备运行的安全可靠性。近年来，SF6电气设备已在国内外得到了广泛的应用，并显示出无与伦比的优越性。
而气体绝缘高压断路器、高压互感器、高压变压器、金属封闭电器(GIS)在长期使用过程中，SF6气体中难免会渗入水气。当这些渗入绝缘气体中的水气含量超过一定值时，不仅会与电弧作用下的SF6气体分解物水解反应产生毒性物质，继而引起设备的化学腐蚀，而且会使固体绝缘水平下降，严重影响设备的的机械、电气性能。将使开关操作面临危险，严重时有可能烧坏开关，甚至引起开关爆炸，使供电系统瘫痪。
在线监测SF6气体微水含量以随时掌握气体含水量的变化，并适时报警和控制对SF6电器的安全运行十分重要。但目前为了监测SF6气体中的含水量，使用的方法电解法和冷镜法均属于离线预防性检测，只能进行定期巡检测量，其中电解法所使用的电解元件的电解效率会随着时间的增加而不断下降，冷镜法操作复杂、响应时间长、并且要消耗一定的SF6之类的绝缘气体；随着电力输送技术领域的不断发展、进步，现有SF6气体微水含水量的检测方法已无法适应发展的需要，为此本发明以提出一种可以实现实时监测的高压电气设备绝缘气体含水量监测方法为目的，进而提出一种实现该方法的监测装置，为计算机网络监控管理奠定基础。
SF6气体水分的测量在国外目前主要是利用冷镜原理的离线式测量露点仪，该领域的典型代表主要是瑞典MBW，是气体水分测量领域的专业厂商，侧重于各种场合下的便携式气体水分的测量，采用的是冷镜原理，没有可以应用在SF6气体微水在线测量的产品。
国内目前已经有水分测量的技术和产品，但由于工艺上还存在一定的问题，测量的精度和使用的范围还比较局限，目前一般只用于普通环境的水分测量，不能应用于SF6气体微水的在线测量。
发明内容
本实用新型就是针对上述现有技术的不足，尤其是提供一种SF6高压断路器中SF6气体微水监测仪，且具有很高的的检测精度，可在线长期稳定的测量SF6气体中微水的在线阻容式SF6气体微水监测仪。
本实用新型的目的是这样实现的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，包括SF6气体采样器、SF6气体微水传感器、高频振荡电路、频率/电压转换电路；温度补偿处理电路和电压值和水分含量成正比的信号，所述SF6气体微水传感器是包括高分子薄膜电容湿度敏感元件，用于气体微水测量；和用于温度补偿的温度传感器；高分子薄膜电容湿度敏感元件连接高频振荡电路的输入端、高频振荡电路的输出端连接频率/电压转换电路，转换电路的输出的电压值和水分含量成正比的电信号，并传输到f/v频率电压，转换电路进行转换，转换为0-1V电信号，再输出到自动温度补偿电路中，采用PT100的温度传感器输出一个随SF6气体温度变化的温度电压信号，连接该电压至温度补偿处理电路，经过烟温补偿后的电信号输出到零点/满度校准电路进行零点满度校准；校准后的电压信号直接输出或再通过电流电压转换电路生成相应的4-20mA电流信号，输出至监控数据处理单元并可连接现场显示装置。
温度补偿处理电路为VCA610可变增益放大电路，通过VCA610和P1对湿度信号进行温度自动补偿；经过补偿后的电信号输出到零点/满度校准电路LM385电路，并在输出端设有可调电阻P2进行湿度电信号的满度校准，输入端设有电阻P3进行湿度电信号的零点校准。当然，实现本实用新型的装置还包括具有滤波、变压、稳压功能的供电电源。
1)本实用新型中涉及的SF6气体采样器采用不锈钢材质的SF6气体专用采样装置采样装置上设有常规的进出气接头，均采用常规的自封式针形单向阀，采样装置与断路器处于联接状态时，接口部分可以强制开启使被测的SF6气体从密闭的断路器中流出，采样装置与断路器在非联接状态时，接口部分在弹簧的作用下将针型单向阀自动封闭，防止SF6气体的泄露，可以有效解决SF6气体微水在线测量过程中气体的采样和泄露问题。
本实用新型SF6气体微水传感器由高分子薄膜电容式湿度传感器(参见图一中的C0)和PT100铂电阻温度传感器(参见图一中的Rt)组合而成，两者同时直接裸露在SF6气体中，同时测得SF6气体微水和温度的电信号，经过温度自动补偿后精确测量SF6气体中的微水，并以4-20MA的电信号传输到相关的显示和监控装置；
2)本实用新型采用阻容式测量原理测量SF6气体微水采用高分子薄膜电容和铂电阻组合，微水穿过高分子薄膜电容的上部电极，到达活性聚合物薄膜，多少水分被薄膜吸收取决于被测的SF6气体中的水分含量的高低，因为传感器尺寸小和聚合物薄膜很薄，所以传感器可以对SF6气体的水分变化作出快速反应。聚合物中吸收的水分改变了传感器的电介质特性即传感器的电容值被改变，由于SF6中水分的含量变化与电容值的变化呈正相关线性关系，传感器电容的改变可以通过测量电路来测量，从而可以有效解决SF6气体微水含量的测量问题。
当本实用新型的SF6气体微水含量在线监测装置工作时，微水传感器中的高分子薄膜电容值会随着被测的SF6气体微水含量的高低而变化，微水传感器中的PT100铂电阻会随着被测SF6气体温度的高低而变化，将电容/频率变化信号和温度变化信号分别传输到f/v频率电压转换电路和自动温度补偿电路中进行温度自动补偿处理，并通过零点和满度校准后，将微水电信号从0-1V发放大到0-10V并通过V/I转换电路，从而输出与被测气体含水量成正比的4-20MA模拟电信号，将被测气体含水量数据传输到总控中心实时记录，同时可通过显示器显示出来。
3)本实用新型采用温度补偿由于SF6气体中的水分会随气体温度的变化而变化，需要测量SF6气体的实际温度，并通过自动温度补偿电路进行温度补偿以减少水分测量的误差，满足测量的精度要求。
这样，便实现了断路器中SF6气体含水量的在线监测，可以及时完成有关SF6气体微水含量的在线监测、采集、传输、记录、报警、显示和控制等。
本实用新型特点是1)采用以上所述的3种综合技术措施，较好地解决了SF6气体微水含量测量过程中所面临的采样、密封和泄露等技术难题；2)利用温度补偿技术保证了SF6气体水分测量的精度和可靠性，实际的使用效果可以完全满足以下设计技术指标SF6气体测量温度 -40-+80℃±1℃；SF6微水测量范围 露点-60℃-+20℃±2℃；或 10-2,000ppmv±5％；SF6气体测量密度 0.1-1.0Mpa±1％；测量输出信号4-20mA。
图1为本实用新型在线阻容式SF6气体微水监测仪的阻容式湿度传感器示意图图2为本实用新型在线阻容式SF6气体微水监测仪工作框图图3为本实用新型在线阻容式SF6气体微水检测仪电路图具体实施方式
以下结合附图对在线阻容式SF6气体微水监测仪的工作原理及实现方法进行具体的说明。
1)SF6气体微水传感器由高分子薄膜电容式湿度传感器C0(参见图1)和PT100铂电阻温度传感器Rt(参见图一)组合而成。高分子薄膜电容用来测量SF6气体中的微水，而PT100铂电阻用来测量SF6的气体温度以用于温度补偿，以保证测量精度，以上两者共同组成了在线阻容式SF6气体微水监测仪的阻容式湿度传感器。
2)阻容式湿度传感器C0直接裸露在SF6气体中(参见图1)，SF6气体中的水分子可以穿透湿度传感器的表面而渗透到高分子薄膜中，高分子薄膜的电容值会随着气体中水分的进入多少而改变，电容值与高分子薄膜吸收的水分子数量成线性关系。
3)PT100铂电阻温度传感器Rt直接裸露在SF6气体中(参见图1)，电阻值与SF6气体温度高低成线性关系，测得的温度主要用于温度补偿，以保证气体微水的测量精度。
本实用新型是一种专门用于SF6气体微水在线测量的装置，根据工作原理框图(图2)具体说明工作方法和步骤如下1)将阻容式湿度传感器(参见图2中的2.0)直接裸露置于SF6气体中；2)将高频振荡器(参见图2中的2.3)产生的高频信号输出到高分子薄膜电容湿度传感器C0上；3)高分子薄膜电容湿度传感器C0测量的SF6气体水分含量引起高频震荡器(参见图2中的2.3)的频率fc发生变化，其变化的值输出到f/v频率电压转换电路(参见图2中的2.4)；4)经过f/v频率电压转换电路(参见图二中的2.4)信号变换处理后得到一个与频率变化，也即是与SF6含水量成正比的电压信号。该信号输出到自动温度补偿电路(参见图2中的2.5)进行温度补偿处理以提高测量精度；5)经过温度补偿后的电信号输出到零点满度校准电路(参见图2中的2.6)进行电信号的零点满度校准；6)校准后的电信号输出到电压电流转换电路(参见图2中的2.7)进行处理，将电压信号生成相应的4-20mA电流信号，再输出到相关的监测、显示装置；7)与此同步的是将温度传感器(参见图2中的Rt)测量的SF6气体温度变化的电阻信号输出到温度转换电路(参见图2中的2.2)进行处理；
8)处理后的温度补偿信号再输出到自动温度补偿电路(参见图2中2.5)进行温度补偿。
9)整个装置通过24VDC供电电源供电(参见图2中的2.1)。
根据电路原理图(图3)说明工作方法和步骤如下1)将的阻容式湿度传感器(参见图3中的3.0)置于被测的SF6气体中；2)将高频振荡器(参见图3中的3.2)产生的高频信号输出到高分子薄膜电容湿度传感器C0上；即将高分子薄膜电容湿度传感器C0测得的电容值作为高频振荡器输入端的参数电容。
3)高分子薄膜电容湿度敏感元件C0因SF6中水分含量(湿度)的变化使得电容量发生变化，从而使高频振荡器fc的频率发生变化(参见图3中的3.2)，经过直流阻隔电容C5输出到f/v频率电压转换电路(参见图3中的3.4)LF412的输入端；4)经过f/v频率电压转换电路(参见图3中的3.4)信号变换处理后，将湿度/频率信号转换为对应的0-1V电压信号，从f/v频率电压转换电路(参见图3中的3.4)的输出端输出，经过C6平滑滤波后输入到SF6的自动温度补偿电路(参见图3中的3.5)的输入端R11、R13，相应的SF6的温度电信号同时也输入到VCA610可变增益放大电路，通过VCA610和P1对湿度信号进行温度自动补偿；5)经过自动温度补偿后的电信号0-1V输出到零点/满度校准电路(参见图3中的3.6)LM385的输入端，通过P2进行湿度电信号的满度校准，通过P3进行湿度电信号的零点校准；6)校准后的电信号通过LM385进行电压放大到0-10V，输出到电压电流转换电路(参见图3中的3.7)AD694进行处理，将0-10V的电压信号转变成相应的4-20mA电流信号，再输出到相关的监测、显示装置；7)与此同步的是将温度传感器Rt(参见图3中的Rt)测量的温度变化的电阻信号输出到温控表中的温度转换电路(参见图3中的3.2)进行处理，将温度的电阻信号转换为4-20MA的电流信号，再将4-20MA的温度电流信号经过RCV420转换为0-10V温度电信号；8)处理后的温度电信号再输出到自动温度补偿电路(参见图3中3.5)的RCA610，进行SF6的自动温度补偿(参见本节第5点)。
9)所需的电源通过24VDC电源模块DC/DC转换输出±12VDC(参见图3中的3.1)，并通过三端稳压电路7805和C7、C8、C9的处理后输出5VDC；
权利要求1.在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是包括SF6气体采样器、SF6气体微水传感器、高频振荡电路、频率/电压转换电路；自动温度补偿处理电路，所述SF6气体微水传感器是包括用于SF6气体微水测量的高分子薄膜电容湿度敏感元件，由Pt铂电阻用于温度补偿的温度传感器；高分子薄膜电容湿度敏感元件连接高频振荡电路的输入端、高频振荡电路的输出端连接频率/电压转换电路，频率/电压转换电路将频率电信号转换为电压信号，并通过输出端输出和水分含量成正比的电压信号，且与气体温度传感器电路输出的气体温度变化的电阻信号一道连接自动温度补偿处理电路，经过自动温度补偿后的电信号输出到零点/满度校准电路进行零点满度校准；校准后的电压信号直接输出或再通过电流电压转换电路生成相应的4-20mA电流信号，输出至显示或监控装置。
2.由权利要求1所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是温度补偿处理电路为VCA610芯片构成的可变增益放大电路。
3.由权利要求1或2所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是后经过补偿后的电信号输出端到运算放大器LM385电路构成的零点/满度校准电路，并在LM385的输出端设有可调电位器(P2)进行湿度电信号的满度校准。
4.由权利要求1或2所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是采用PT100铂电阻温度传感器Rt。
5.由权利要求3所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是运算放大器LM385电路构成的零点/满度校准电路后的输出端电信号连接运算放大器(LM385)进行电压放大到0-10V，输出到电压/电流转换电路。
6.由权利要求1所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是在SF6气体采样器采用不锈钢材质的SF6气体专用采样装置采样装置上设有进出气接头，进出气接头均采用自封式针形单向阀。
7.由权利要求3所述的在线阻容式六氟化硫微水检测仪，其特征是设有湿度电信号的零点校准电位器(P3)。
专利摘要在线阻容式六氟化硫微水检测仪，包括SF6气体采样器、SF6气体微水传感器、高频振荡电路、频率/电压转换电路；自动温度补偿处理电路，所述SF6气体微水传感器是包括高分子薄膜电容湿度敏感元件用于SF6气体微水测量，和Pt铂电阻测量SF6气体的温度用于温度补偿的温度传感器；高分子薄膜电容湿度敏感元件连接高频振荡电路的输入端、高频振荡电路的输出端连接频率/电压转换电路，频率/电压转换电路将频率电信号转换为电压信号，并通过输出端输出和水分含量成正比的电压信号，采用以上所述的3种综合技术措施，较好地解决了SF6气体微水含量测量过程中所面临的采样、密封和泄露等技术难题；利用温度补偿技术保证了SF6气体水分测量的精度和可靠性。
文档编号G01N27/14GK2840031SQ20052007514
公开日2006年11月22日 申请日期2005年9月5日 优先权日2005年9月5日
发明者刘德允, 章曙 申请人:南京埃森环境技术有限公司