基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置制造方法及图纸

基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置，本发明专利技术属于电力系统检测技术领域，解决如何采用气体替代法测量三元混合气体的混气比的问题；本发明专利技术的技术方案基于测量混合绝缘气体密度的原理，采用气体替代法进行混合绝缘气体混气比的测量，适用于目前所有的三元混合绝缘气体的混气比测定，也可实现全量程(0％～100％)、高精度、线性、常压与带压测量，同时也能满足其它非绝缘的三元混合气体的混气比检测，适用范围广，通过直接使用纯组分气体参与测试，组分的选取灵活，同时无需配制标准气体，测试成本低。测试成本低。测试成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置


[0001]本专利技术属于电力系统检测
，涉及基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置。

技术介绍

[0002]SF6气体是目前性能最优异的气体绝缘介质，在相同压力下绝缘性能约为空气的2.5倍，灭弧性能是空气的100倍，被广泛应用在各电压等级的电气设备中，有效地减少了电气设备的体积、降低了设备的占地面积、延长了设备的检修周期。
[0003]然而，SF6也存在明显的缺陷，SF6是一种强烈的温室效应气体，等效温室效应为CO2的23900倍，在大气中的寿命约为3200年，排放到大气中会对环境产生严重影响。此外SF6气体的液化温度较高，一旦气体发生液化，设备的绝缘性能将大幅下降，严重危及设备安全运行。SF6气体在0.7Mpa(一般断路器中SF6的压力)压力时的液化温度为
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30℃左右，由此可知纯SF6气体不适宜在东北、新疆、内蒙以及青藏高原等地区的冬季户外进行使用。
[0004]为应对SF6的温室效应和易发生液化的问题，目前广泛采用SF6与另外一种气体如N2或CF4等混合，形成SF6/N2或SF6/CF4等混合绝缘气体来替代纯SF6进行使用。同时三元混合绝缘气体如SF6/CO2/CF3I和C4F7N/CO2/O2等也在研发阶段，将来也有可能推广应用。混合气体能够有效减少设备中SF6气体的用量，降低设备中SF6气体的液化温度。SF6混合绝缘气体的性能主要由各气体本身性质及气体的混气比决定，准确测定混气比是SF6混合气体现场使用的重要基础。
[0005]对于二元混合绝缘气体混气比的测定，目前主要方法有3种：1)气相色谱法。即采用气相色谱法对混合气体中的主要组分进行分离和定量测量，然后根据归一化法进行计算，从而得到混合气体的混气比。2)热导检测法。采用热导原理的传感器进行测量，然后根据外标法对测量结果计算，得到混合气体的混气比。3)红外光谱法。利用SF6气体在红外光波段有特征吸收，通过测量选定波段的吸收光强度与样品气中的SF6浓度建立关系，从而得到混合气体的混气比。其中色谱法准确性高，但色谱仪分析速度慢、操作复杂、对环境要求苛刻、需要电源和载气等缺点，不适用于现场测量，且色谱法一般无法实现全量程混气比检测。热导检测法只适用于二元混合绝缘气体的混气比检测，无法测定三元混合绝缘气体的混气比，且检测精度较低，传感器长时间使用后易发生漂移，需要定期进行校准。红外光谱法检测精度低，易受外界干扰，随着使用年限的增加，仪器性能下降，检测准确性下降，同时仪器无法适用于非SF6混合气体(如C4F7N和CO2的混合气体)的混气比检测。
[0006]文献《一种二元混合气体浓度超声测量仪的设计》(王明伟,姚展.一种二元混合气体浓度超声测量仪的设计[J].计算机测量与控制,2010,18(12):2908
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2910.)公开了根据超声波在二元混合气体中传播时，声速与二元待测混合气体的浓度、温度存在一定的关系的理论，改进了超声检测二元混合气体的气体浓度的计算公式，提出了一种新的测温方法；但是该文献并未解决如何测定二元混合气体混气比。
[0007]对于三元混合绝缘气体，由于处于试验阶段，目前混气比检测方法还未完善，实验
室主要通过色谱法进行检测。针对热导检测法和红外光谱检测法，可结合其它检测原理以及方法计算，实现三元混合气体的混气比测定，但这也将限定该仪器或流程的检测对象，对其它三元混合气体的普适性差。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于如何采用气体替代法测量二元混合气体的混气比。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0010]基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，应用于混气比测量装置，所述的混气比测量装置包括：U型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(8)、控温保温层(9)、三通阀(10)、出气阀(11)；所述的U型振荡管(1)底部固定有磁铁(2)，U型振荡管(1)的两个竖管的上部各安装有一个频率计数器(4)；U型振荡管(1)的左侧竖管的管口通过管路与三通阀(10)的第一端口密封连接，三通阀(10)的第二端口、第三端口分别通过管路与外界连接，所述的压力传感器(5)密封连接在U型振荡管(1)的左侧竖管的管口与三通阀(10)的第一端口之间的管路上；U型振荡管(1)的右侧竖管的管口通过管路与出气阀(11)的进气端密封连接，出气阀(11)的出气端与排气管路密封连接；第一温度传感器(6)安装在U型振荡管(1)的左侧竖管与右侧竖管之间；所述的电子激发振荡器(3)安装在固定有磁铁(2)的下方；所述的U型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、出气阀(11)均安装在控温保温层(9)内，所述的第二温度传感器(7)安装在控温保温层(9)外壁上，所述的第三温度传感器(8)安装在控温保温层(9)内壁上。
[0011]所述的混气比测量方法包括：
[0012]S1、对混气比测量装置进行标定；
[0013]S2、向U型振荡管(1)中充入压力为P0的待测三元混合气体，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T0，测得标准状态下该三元混合气体的密度为ρ0，建立密度ρ0与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；
[0014]S3、继续向U型振荡管(1)中充入待测三元混合气体至压力为P1，使得P1＝2P0，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T1，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ1，建立密度ρ1与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；
[0015]S4、将U型振荡管(1)中的三元混合气体释放至压力为P0，然后向U型振荡管(1)中充入纯第一元气体至压力为P1进行替代，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T2，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ2，建立密度ρ2与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后U型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第二元气体体积；
[0016]S5、U型振荡管(1)中的气体排空后，向U型振荡管(1)中充入压力为P0的待测三元混合气体，重复步骤S2至S3，并在步骤S4时向U型振荡管(1)中充入纯第二元气体至压力为
P1进行替代，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T3，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ3，建立密度ρ3与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后U型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，应用于混气比测量装置，所述的混气比测量装置包括：U型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(8)、控温保温层(9)、三通阀(10)、出气阀(11)；所述的U型振荡管(1)底部固定有磁铁(2)，U型振荡管(1)的两个竖管的上部各安装有一个频率计数器(4)；U型振荡管(1)的左侧竖管的管口通过管路与三通阀(10)的第一端口密封连接，三通阀(10)的第二端口、第三端口分别通过管路与外界连接，所述的压力传感器(5)密封连接在U型振荡管(1)的左侧竖管的管口与三通阀(10)的第一端口之间的管路上；U型振荡管(1)的右侧竖管的管口通过管路与出气阀(11)的进气端密封连接，出气阀(11)的出气端与排气管路密封连接；第一温度传感器(6)安装在U型振荡管(1)的左侧竖管与右侧竖管之间；所述的电子激发振荡器(3)安装在固定有磁铁(2)的下方；所述的U型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、出气阀(11)均安装在控温保温层(9)内，所述的第二温度传感器(7)安装在控温保温层(9)外壁上，所述的第三温度传感器(8)安装在控温保温层(9)内壁上；所述的混气比测量方法包括：S1、对混气比测量装置进行标定；S2、向U型振荡管(1)中充入压力为P0的待测三元混合气体，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T0，测得标准状态下该三元混合气体的密度为ρ0，建立密度ρ0与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；S3、继续向U型振荡管(1)中充入待测三元混合气体至压力为P1，使得P1＝2P0，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T1，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ1，建立密度ρ1与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；S4、将U型振荡管(1)中的三元混合气体释放至压力为P0，然后向U型振荡管(1)中充入纯第一元气体至压力为P1进行替代，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T2，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ2，建立密度ρ2与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后U型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第二元气体体积；S5、U型振荡管(1)中的气体排空后，向U型振荡管(1)中充入压力为P0的待测三元混合气体，重复步骤S2至S3，并在步骤S4时向U型振荡管(1)中充入纯第二元气体至压力为P1进行替代，记录此时U型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期T3，测得标准状态下U型振荡管(1)中气体的密度为ρ3，建立密度ρ3与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后U型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第一元气体体积；S6、最后根据步骤S4中得到的第二元气体的体积以及步骤S5中得到的第一元气体的体积计算出第三元气体的体积，从而得到三元混合气体的混气比。2.根据权利要求1所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，对混气比测量装置进行标定的方法为：首先将U型振荡管(1)进气管路与洁净空气连接，
打开进气阀(10)和出气阀(11)，使空气保持稳定流速冲洗U型振荡管(1)及相应管路；然后关闭进气阀(10)和出气阀(11)，通过控温保温层(9)使测量装置温度恒定，控制出气阀(11)，使U型振荡管(1)中的气体压力与大气压力平衡，记录此时压力传感器(5)的读数P；启动测量装置，记录稳定的振荡周期T
A
以及U型振荡管(1)的温度t
A
；空气标定完毕后更换纯水进行标定，用纯水冲洗U型振荡管(1)，然后将纯水注满U型振荡管(1)，管内水中应无气泡存在，通过控温保温层(9)使测量装置及管内纯水的温度稳定，启动测量装置，记录稳定的振荡周期T
w
以及U型振荡管(1)的温度t
w
；最后根据记录的数据计算出U型振荡管(1)的常数F。3.根据权利要求2所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，所述的测量装置的常数F的计算公式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子恩，黄伟明，赵跃，马凤翔，袁小芳，祁炯，宋玉梅，朱峰，魏存金，郭靖，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司安徽新力电业科技咨询有限责任公司国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：