一种六氟化硫水分仪标定系统的制作方法

本实用新型涉及六氟化硫技术领域，特别是一种六氟化硫水分仪标定系统。

背景技术：

随着城市电网的发展，六氟化硫气体绝缘断路器和六氟化硫气体绝缘变电站 (GIS)在电网的应用已经很普遍，因此保证六氟化硫设备的正常运行就非常重要。六氟化硫气体水分含量的大小是六氟化硫设备运行监督中一个很重要的项目。某电力公司电力试验规程规定每年都要测试六氟化硫设备中气体的水分含量，各分局都有不同类型的六氟化硫水分测定仪。

而现在市场上普遍都是露点式水分仪和阻容式水分仪。对于露点式水分仪，在测量中，当固体颗粒、污浊物、油污进入仪器时，镜面会受到污染，在低露点测量时，会引起测量的露点偏移。而对于阻容式的露点仪来说，以氧化铝敏感元件为例，这类仪器具有操作简单、使用方便、抗干扰、响应快等优点，但是由于传感器本身的自行衰变，以及在使用过程中，由于矿物油、氟化物及硫化物的腐蚀，传感器的工作性能会逐渐发生漂移变化。因此水分仪一般半年到一年要校正一次，以保证数据的可靠性。目前该电力公司各分局以及试验所的水分仪每年都要送往异地 (西安或北京)进行校验，需要很多时间而且增大了各局的开支。尤其是该类仪器的大量增加，建立自己的湿度标定系统，就显得迫切需要。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种六氟化硫水分仪标定系统，能够使水分仪就地检验，且在水分仪出现问题时还可以随时进行检验校正，为六氟化硫设备的水分监督提供可靠的保障。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种六氟化硫水分仪标定系统，它包括有：气瓶、减压器、干燥器、恒温槽、温度计、渗透管、搅拌器和盛液池；

所述气瓶用于盛装载气，所述气瓶还与所述减压器连接；

所述减压器的另一端与所述干燥器的底部连接；

所述干燥器的顶部还与所述恒温槽连接；所述恒温槽的内部设置有用于盛装纯水的盛液池；所述盛液池与所述恒温槽形成一个空腔；所述搅拌器的下端位于所述空腔内，且搅拌器的上端延伸至恒温槽外；

所述温度计的下端位于所述盛液池内部，且与盛液池内的纯水接触；

还包括有与恒温槽连接的用于对载气流量进行控制和测量的质量流量控制器；所述质量流量控制器通过渗透管与所述恒温槽连接；所述渗透管位于所述盛液池内部。

进一步，所述干燥器可盛装3A、4A或5A球型分子筛这些干燥剂。

进一步，所述质量流量控制器包括有：显示器、流量传感器、比较放大器、调节电位器和流量控制阀；

所述流量传感器与所述比较放大器连接，所述比较放大器还与所述显示器连接；所述流量传感器用于将非电量的流量信号转换为mv信号，并经放大器放大后输出给显示单元进行流量显示；

所述比较放大器还与所述调节电位器连接，所述调节电位器还与所述流量控制阀连接；所述调节电位器用于控制比较放大器的放大倍数，且调节电位器的输出用于控制流量电磁阀；

所述流量电磁阀用于控制载气的流量大小。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：

(1)能够使水分仪就地检验，为企业节约生产成本；

(2)在水分仪出现问题时还可以随时进行检验校正，为六氟化硫设备的水分监督提供可靠的保障。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为六氟化硫水分仪标定系统的连接示意图。

图中，1为气瓶、2为减压器、3为干燥器、4为恒温槽、5为温度计、6为渗透管、7为搅拌器、8为质量流量控制器、9为盛液池。

图2为六氟化硫水分仪标定系统的部分连接示意图。

图3为图2的局部放大示意图。

图4为恒温槽的工作曲线图。

图5为流量传感器的电路原理图。

图中，B为测量桥路、A为放大器、F为流量率；

T1为传感器上游测量线圈、T2为传感器下游测量线圈、T3为加热线圈。

图6为质量流量控制器的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例，如图1至图6所示；一种六氟化硫水分仪标定系统，它包括有：气瓶 1、减压器2、干燥器3、恒温槽4、温度计5、渗透管6、搅拌器7和盛液池 9；

气瓶1用于盛装载气，气瓶1还与减压器2连接；

减压器2的另一端与干燥器3的底部连接；

干燥器3的顶部还与恒温槽4连接；恒温槽4的内部设置有用于盛装纯水的盛液池9；盛液池9与恒温槽4形成一个空腔；搅拌器7的下端位于空腔内，且搅拌器7的上端延伸至恒温槽4外；

温度计5的下端位于盛液池9内部，且与盛液池9内的纯水接触；

还包括有与恒温槽4连接的用于对载气流量进行控制和测量的质量流量控制器8；所述质量流量控制器8通过渗透管6与所述恒温槽4连接；所述渗透管6位于所述盛液池9内部。

干燥器3可盛装3A、4A或5A球型分子筛这些干燥剂。本干燥器在设计时参考部分国外产品专利，具有减小沟留效应，增加氮气和干燥剂的接触时间，吸湿容量大，外观尺寸合理等优点。

分子筛装入干燥器前于500℃±20℃下在马弗炉中烘烤4小时，在马弗炉中恒温至200℃左右，趁热在干燥气体保护下快速装入干燥器内。干燥器能够多次间歇使用，累计使用时间可达200小时，所得干气中残余水蒸气含量不大于5ppmv(活化后可达0.6ppmv)。使用超过一定时间后(视使用时间长短定)按上述方法进行再生。

本系统的检定原理及方法，通过标准湿度发生器作为标准湿度源，提供一组标准的湿气，用以和被检定的水分仪所测该气体水分值进行比较。

本系统可以为水分仪提供一个简便、实用、准确度较高的校验标准。其主要技术指标如下：

温度范围：30℃～70℃；

流量：1.2L/min；

水蒸汽发生范围(Vr)：40ppmv～1000ppmv；

不确定度：±(3～4)％；

外渗式微量水标准发生系统是基于高聚物膜的渗透特性，当薄膜的一侧保持与纯水相接触，而另一侧连续掠过一股干燥气体时，则于一定条件下，渗透通过薄膜的水分子将被干燥气体载带出来，经充分混合均匀，便可得到含有一定量水蒸气的湿气。

如图2和图3所示，本系统利用“外渗式”水渗透管6呈盘管状，并浸在纯水中，管内通过干燥载气，本实施例选择高纯氮气，即纯度为99.99％以上的氮气。水分子从管外经管壁渗透到管内，被载气带出来，此时湿气中水蒸气含量，与纯水的温度、被载气流量、管子结构、材料，渗透特性，尺寸等因素有关。当选定某一高聚物材料及结构尺寸，且固定干燥气体流量时，则湿气中水蒸气含量取决于纯水的温度，且遵循以下通式：

Vr＝a·10^bt；

上式中，Vr为外渗式发生系统所发生的标准湿气中水蒸气含量，ppmv；

t为纯水的温度；a、b为常数。

本系统关于恒温槽选用试验设备厂生产地CS501-SP型超级恒温槽，其技术参数如下：

温度范围：室温～95℃；

温度波动：±0.05℃；

内槽中使用三次蒸馏水，用经检定合格地RCY-2A型自较式铂电阻数字测温仪测量温度。

本系统发生的标准湿气是使用湿度一级标准器－精密露点仪进行测量，工作曲线如下图4所示。

系统可发生标准湿气范围约40ppmv～1000ppmv，相当于露点温度范围为：-50℃～-20℃；经误差分析，在宽范围内其不确定度为：±3％～4％。

如图5所示，本系统中的质量流量控制器8包括有：显示器、流量传感器、比较放大器、调节电位器和流量控制阀；

流量传感器与比较放大器连接，比较放大器还与显示器连接；流量传感器用于将非电量的流量信号转换为mv信号，并经放大器放大后输出给显示单元进行流量显示；

比较放大器还与调节电位器连接，调节电位器还与流量控制阀连接；调节电位器用于控制比较放大器的放大倍数，且调节电位器的输出用于控制流量电磁阀；流量电磁阀用于控制载气的流量大小。

质量流量控制器8选用SY9302B型质量流量控制器，其准确度一般为1～ 2％，本系统用SF101型皂膜流量计对其进行多点校准，在系统定值和使用中选用1.20L/min，从而可提高流量控制器的精度，相应地提高了整套系统地准确度。

本系统中质量流量控制器主要技术指标

介质压力：0～10MP；

测量介质：单一组分得气体及固定比例得混合气体；

环境温度：0～80℃；

相对湿度：≦80％；

工作温度：5～65℃；

测量精度：±1.5％；

控制精度：±1.5％；

重复精度：±1％；

响应时间：在0～100％内得满量程得2％以内，响应时间＜20L/min，小于 3秒；响应时间＞20L/min，小于15秒；

电源：+15Vdc，100mA以及－15Vdc，100mA；

输出信号：0～5Vdc；

量程比：50：1；

阀前后压差：≦0.5MP；

显示：3 1/2位数字电压表直接显示质量流量。

流量传感器将非电量的流量转换成mv信号，经放大器放大后输出给显示单元做流量显示。如图6所示，加热线圈使测量管壁和气流得到加热。当无流量时，上游和下游的测量线圈的温度相同，此时电桥平衡而没有输出信号，显示仪显示为零。当有气流通过时，在传感器上游和下游的测量线圈之间产生温差。因而测量线圈的阻值不同，使桥路失去平衡而有一电压信号输出，该输出信号的大小与气体质量流量成正比。

由测量电桥不平衡而产生电压差值作为放大器的输入，经运算放大器放大后作为输出电压，该电压与质量流量成正比。调节电位器即可调节放大器的放大倍数，放大器的输出直接外接显示质量流量，另一路与给定电压值比较，输入积分调节器，其输出用于控制电磁阀，以起到调节控制流量的作用。

电磁阀由阀盖、线圈、阀杆、阀头、大小簧片和喷嘴组成。电磁阀可连续调节，装在传感器的下游一侧，调节器根据给定值与实际流量偏差的大小、正负而产生相应的偏差信号使电磁阀动作，改变阀的开度使流量增大或减小，直到被测量值与给定值相等，保持阀杆的位置平衡在某一值为止。

本系统操作步骤：

1.准备阶段

(1)在恒温槽外槽中加入足够量的离子交换水，内槽中加入足够量的离子交换水或内槽中加入足够量的三次蒸馏水(满过渗透管)。

(2)在实验前按要求活化分子筛。

(3)接好系统的电源和气路。

(4)在内槽中插入温度计。

2.实验阶段

(1)外槽温度趋于恒定时，打开质量流量控制器的电源开关，选择“控制”“流量”位置；打开高纯氮气瓶阀，调节出口阀的低压表至2.0kg/cm2；设定流量值(60.0，一般而言，在系统校准时质量流量控制器的流量已设定好，最好不要重新调节)

(2)用皂液检查各气路接口的气密性。此时质量流量控制器的流量示值为 1.2L/min。

(3)打开恒温槽“电源”开关，调节恒温槽的温度设定钮，设定至所需温度。

(4)当内槽温度稳定约30min后，即可进行实验，系统出口处流即为恒湿气流，出口气流的水蒸气含量按所提供的公式或曲线得出。

(5)通过改变恒温槽的温度，即可得到不同水蒸气含量的标准湿气。

3.关机阶段

关闭恒温槽的“电源”开关；关闭高纯氮气源。当流量计示值低于 0.2L/min时，关闭质量流量控制器的电源。

本系统关于盛液池的检定结果如表1所示：检测盛液池中的温度，用国家湿度一级标准器－M4/1311DR精密露点仪给出发生系统产生的湿气露点标准值。 M4/1311DR精密露点仪的露点测量范围：－70℃～+25℃,不确定度：0.15℃(－ 20～+20℃)。

表1盛液池中的温度

微量水标准发生系统的计算公式：C＝a×10^bt；

式中，C为湿气中水蒸气含量(V/V×10^-6)；

a和b为常数；t为内槽温度(℃)。

当内槽温度低于50℃时：

a＝2.3494；b＝0.03784(相关系数r＝0.99999)。

当内槽温度高于50℃时(一般不超过80℃)：

a＝3.4422；b＝0.03458(相关系数r＝0.99998)。

本实用新型对一部分试研所及部分分局的水分仪进行了校验。根据国家计量检定系统湿度计量器具规定，作为工作计量器具的水分仪误差范围应该在±2℃。详细数据如下表2所示：

表2部分水分仪的检定结果

通过上表数据可以看出在我们校验的七台水分仪中，只有三台仪器是合格的，其它四台都有比较大的漂移。而且可以看出露点式的水分仪是比较准确的，两台 DP-19都完全合格。而其它阻容式的水分仪容易产生漂移，这样就直接影响到现场测试数据的准确性，不能满足规程的要求，对六氟化硫设备安全运行造成潜在的威胁。

本系统的使用注意事项：

1.水渗透管在一般情况下可使用4～5年，由于其本身为塑料管材，易损坏因此使用时就特别小心，不可挤压，折裂。

2.内槽中使用三次蒸馏水，当不具备条件时可使用离子交换水。切不可使用自来水，否则会影响系统的准确度，也影响水渗透管的寿命。

3.实验时按低温向高温方向进行。

4.本系统采用的气体流量固定为1.2L/min，在一般情况下不可变动。最小流量不应低于0.8L/min。

5.气路应无漏气现象。

本实用新型能够使水分仪就地检验，为企业节约生产成本；在水分仪出现问题时还可以随时进行检验校正，为六氟化硫设备的水分监督提供可靠的保障。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。