基于混合气体热导率的气体组分检测方法、装置和设备与流程

本技术涉及混合气体检测，尤其涉及一种基于混合气体热导率的气体组分检测方法、装置和设备。

背景技术：

1、现有sf6混合绝缘气体电气设备检测技术大多采用纯sf6气体检测技术，纯sf6气体检测技术主要应用于泄漏和微水检测。在用sf6混合绝缘气体替代纯sf6气体的过程中也存在一些检测、回收、回充、净化等问题。sf6气体作为电气设备状态评价的一个重要指标，sf6混合绝缘气体的混气比直接影响设备的绝缘灭弧性能；电气设备需要补气时，补气量是否达到电气设备额定值也需要验证手段。随着社会的发展，新型环保sf6替代现有气体，由于电力设备的液化温度较高，电力设备内的气体需要与缓冲气体如co2、n2等混合使用，这也使得对电力设备的气体混合比例检测有了一定的需求。

2、目前测量sf6及其混合气体燃弧性能的方法主要有气象质谱色谱法、红外吸收光谱法、光声光谱法、气体传感器法和催化燃烧法。

3、气相色谱法是目前国内外用于sf6分解气体组分检测的最常用方法，也是iec6048-2004和gbt1886-2002共同推荐的方法，具有检测组分多、灵敏度高的优点。气相色谱检测法中色谱进样的特性决定了检测时间较长，不可能做到连续在线监测；温度对色谱柱分离效果的影响以及色谱柱使用一段时间后需要清洗等固有特性决定了色谱技术对环境要求高，不适于现场在线监测应用。

4、红外光谱法是利用一束红外光穿过样品气体时，由于样品气体对红外光的吸收，红外光的吸收量与该气体浓度之间呈线性关系。透过的光与发射的光的比值对波长的函数就构成了样品物质的红外吸收光谱。特定气体的红外吸收光谱将在该气体的吸收波长处表现出尖峰。红外光谱的特征性和化学键的振动是密切相关的。由于在中红外光谱范围内，几乎自然界的所有气体都有吸收效应(包括sf6及其分解产物)，故采用红外宽谱光源的吸收光谱技术可以有效的测量sf6多组分混合气体的浓度。但红外光谱法主要针对固体或液体。气体的主要吸收峰集中在范围较宽的中红外波段，且气体实验控制难度大。

5、光声光谱法是基于光声效应的光谱技术，光声效应是由气体分子吸收电磁辐射而产生，气体分子吸收特定波长(如红外线)后温度升高，随即以释放热能的方式退激，释放出的热能使气体产生压力波，压力波的强度与气体分子的浓度成比例关系，不同气体分子浓度压力波不同，通过检测不同压力波的强度可得到不同气体组分。但光声光谱法整体装置复杂，光学表面污染会引入误差，导致检测气体结果误差大。

6、气体传感器法利用化学气敏器件检测气体组分，化学气敏传感器是利用对被测气体的形状或分子结构具有选择性俘获的功能(接收器功能)和将俘获的化学量有效转换为电信号的功能(转换器功能)来工作的。当被测气体被吸附到气敏半导体表面时，其电阻值会发生变化。但气体传感器法的线性测量范围窄、测量目标气体的可选择性差(通过添加某些材料或改变反应温度可以适当提高其选择性，但作用有限)，而且易受环境气体干扰引发错误检测。

7、催化燃烧法主要是针对可燃气体的探测，尤其是检测煤矿气体。所谓催化燃烧就是可燃气体在某些化学介质存在的情况下，在低温环境下即开始燃烧。气体在传感器的表面被催化氧化，同时伴有温度的升高。对于一个具有良好温阻效应的材料来说，比如金属铂，其电导率会随温度的升高发生较大变化。在温度不太高时，金属铂的电阻值与温度的关系具有良好的线性关系。因此，可以基于温阻效应建立电信号与被测气体浓度的对应关系。但催化传感器法只能对可燃气体进行检测，且硅化物等化学制剂能够使传感器“中毒”，即失去灵敏性的缺点。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种基于混合气体热导率的气体组分检测方法、装置和设备，用于解决现有测量sf6及其混合气体燃弧性能的方法存在成本高、结构复杂、测量结果误差大的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种基于混合气体热导率的气体组分检测方法，包括以下步骤：

4、获取双组分待测混合气体中各组分的第一热导率及气体热导率检测元件的参数数据，所述参数数据包括膜电阻、膜电阻的热温度系数和几何系数；

5、获取通过气体热导率检测元件检测待测混合气体的初始温度、平衡检测温度和流过膜电阻的电流；

6、根据所述参数数据、所述初始温度、所述平衡检测温度和所述电流计算，得到待测混合气体的第二热导率；

7、根据待测混合气体各组分的第一热导率和所述第二热导率计算，得到待测混合气体主组分的体积分数。

8、优选地，根据所述参数数据、所述初始温度、所述平衡检测温度和所述电流计算，得到待测混合气体的第二热导率包括：

9、根据所述初始温度和所述平衡检测温度计算，得到温度差；

10、根据所述温度差、所述平衡检测温度、所述电流和所述参数数据采用热导率计算公式计算，得到待测混合气体的第二热导率。

11、优选地，所述热导率计算公式为：

12、

13、式中，λ为待测混合气体的第二热导率，α为膜电阻的热温度系数，g为几何系数，im为流过膜电阻的电流，rm为膜电阻，t为平衡检测温度，δt为温度差。

14、优选地，根据待测混合气体各组分的第一热导率和所述第二热导率计算，得到待测混合气体主组分的体积分数包括：根据待测混合气体各组分的第一热导率和所述第二热导率采用体积分数计算公式计算，得到待测混合气体主组分的体积分数；所述体积分数计算公式为：

15、

16、式中，ε1为待测混合气体主组分的体积分数，λ为待测混合气体的第二热导率，λ1为待测混合气体中主组分的第一热导率，λ2为待测混合气体中次组分的第一热导率。

17、优选地，该基于混合气体热导率的气体组分检测方法，包括：根据待测混合气体各组分的第一热导率、所述第二热导率和待测混合气体主组分的体积分数采用加权平均公式计算，得到待测混合气体次组分的体积分数；所述加权平均公式为：

18、

19、式中，εi为待测混合气体各组分的体积分数，λ为待测混合气体的第二热导率，λi为待测混合气体中各组分的第一热导率，n为待测混合气体中各组分的数量。

20、再一方面，提供了一种基于混合气体热导率的气体组分检测装置，包括检测器以及设置在所述检测器内的气体管道和控制模块，所述气体管道上设置有与所述控制模块连接的气体热导率检测元件和温度检测元件，所述控制模块按照上述所述的基于混合气体热导率的气体组分检测方法对所述气体管道上双组分的待测混合气体进行气体组分检测。

21、优选地，所述气体热导率检测元件包括集成有金属薄膜热敏元件和膜加热测量电阻的微流量热导传感器。

22、优选地，双组分的待测混合气体设置在储气罐中，所述储气罐的出气管道与所述气体管道连接，所述储气罐的出气管道与所述气体管道之间连接管道上设置有针型阀和气体流量检测的流量计。

23、再一方面，提供了一种基于混合气体热导率的气体组分检测装置，包括数据获取模块、检测模块、第一计算模块和第二计算模块；

24、所述数据获取模块，用于获取双组分待测混合气体中各组分的第一热导率及气体热导率检测元件的参数数据，所述参数数据包括膜电阻、膜电阻的热温度系数和几何系数；

25、所述检测模块，用于获取通过气体热导率检测元件检测待测混合气体的初始温度、平衡检测温度和流过膜电阻的电流；

26、所述第一计算模块，用于根据所述参数数据、所述初始温度、所述平衡检测温度和所述电流计算，得到待测混合气体的第二热导率；

27、所述第二计算模块，用于根据待测混合气体各组分的第一热导率和所述第二热导率计算，得到待测混合气体主组分的体积分数。

28、再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

29、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

30、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的基于混合气体热导率的气体组分检测方法。

31、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该基于混合气体热导率的气体组分检测方法、装置和设备，该方法包括获取双组分待测混合气体中各组分的第一热导率及气体热导率检测元件的参数数据；获取通过气体热导率检测元件检测待测混合气体的初始温度、平衡检测温度和流过膜电阻的电流；根据参数数据、初始温度、平衡检测温度和电流计算，得到待测混合气体的第二热导率；根据待测混合气体各组分的第一热导率和第二热导率计算，得到待测混合气体主组分的体积分数。该基于混合气体热导率的气体组分检测方法通过对待测混合气体的检测得到数据计算待测混合气体的第二热导率，根据已知待测混合气体各组分的第一热导率和计算得到第二热导率计算得到待测混合气体中主组分的体积分数，从而确定待测混合气体的各组分占比，实现对混合气体的检测，检测结果精度高且检测方式简单，解决了现有测量sf6及其混合气体燃弧性能的方法存在成本高、结构复杂、测量结果误差大的技术问题。