电化学气体传感器温度补偿方法

文档序号:9808829阅读:952来源:国知局
电化学气体传感器温度补偿方法
【技术领域】
[0001 ]本发明具体涉及一种SF6电化学气体传感器温度补偿方法。
【背景技术】
[0002] 六氟化硫以其稳定、绝缘性能优良的特性,被广泛应用于变电站六氟化硫电气设 备中。当SF6电气设备存在故障时,故障区域的SF 6气体和固体绝缘材料在热和电的作用下产 生一系列化学反应,产生硫化物、氟化物和碳化物等分解产物。通过分析SF 6气体中各种分 解产物的含量能够客观的反应出设备内部绝缘的情况,并通过此结果,判断设备是否存在 早期故障。目前测量分解产物最主流的手段就是电化学气体传感器法,但受其检测原理所 限,绝大部分电化学气体传感器输出信号都会受温度影响,存在温度漂移的问题,给分解产 物检测带来较大误差,影响SF6电气设备故障评估。

【发明内容】

[0003] 本发明要解决的技术问题,在于提供一种SF6电化学气体传感器温度补偿方法。
[0004] 本发明是这样实现的:一种SF6电化学气体传感器温度补偿方法,先配置一温度补 偿系统和一控制单元,所述温度补偿系统包括管路、稳压阀、流量阀、电化学气体传感器、温 度传感器、流量传感器;所述稳压阀、流量阀、电化学气体传感器、温度传感器、流量传感器 从前至后依次设于所述管路上;所述控制单元包括控制器、信号放大器和显示模块;所述电 化学气体传感器、信号放大器和控制器依次连接;温度传感器、流量传感器和显示模块分别 与控制器连接;
[0005] 所述温度补偿方法具体包括以下步骤:
[0006] (1)通入SF6纯气至管路中,通过稳压阀稳压后,再调节流量阀使气体流速稳定在 200mL/min;
[0007] (2)将整个所述温度补偿系统放置于恒温箱中,调节恒温箱温度为-20°,温度传感 器检测气体温度稳定后,依次通入以SF6为底气且含有杂质气体浓度为2ppm、5ppm、lOppm、 15ppm、25ppm、50ppm的样气至管路中,由电化学气体传感器检测各样气中的杂质气体电压, 并通过信号放大器放大后输入控制器,由显示模块输出各浓度所对应的电压信号值,使用 最小二乘法线性拟合方法可以得到浓度值与电压信号值的函数:
[0008] Pi = fi(V) = ki*V+bi ;
[0009] (3)分别调节恒温箱温度为-10°、0°、10°、20°、30°、40°、50°,按照(2)的操作方法, 分别得到在温度-10°、〇°、1〇°、20°、30°、40°、50°下,浓度值与电压信号值的函数分别为:P 2 = f2(V) =k2*V+b2、P3 = f3(V) =k3*V+b31、P4 = f4(V) =k4*V+b4、P5 = f5(V) =k5*V+b5、P6 = f6 (V) =k6*V+b6、P7 = f7(V) =k7*V+b7、P8 = f8(V) =k8*V+b8;
[0010] (4)根据步骤⑵和步骤⑶的函数,采用最小二乘法线性拟合方法,线性拟合出温 度值-20、-10、0、10、20、30、40、50与上述斜率1^、1?、1?、1^4、1^、1^山、1^之间的关系,得到温度 与斜率的函数为:k=fk(t)=mi*t+m;
[0011] (5)根据步骤(2)和步骤(3)的函数,采用最小二乘法线性拟合方法,线性拟合出温 度值-20、-10、0、10、20、30、40、50与上述截距bi、b 2、b3、b4、b5、b6、b7、b8之间的关系,得到温度 与截距的函数为:b = fb(t) =m2*t+n2;
[0012] (6)综合上述所有函数,可以得到样气中的杂质气体浓度与温度、电压信号值之间 的函数为:P = f(v, t) = fk(t)*V+fb(t) = (mi*t+m)*V+(m2*t+n2)。
[0013] 进一步地,所述步骤(2)中,浓度值与电压信号值的函数关系为4: = 0.0676^-5.6377。
[0014] 进一步地,所述步骤(3)中,在温度-10°、0°、10°、20°、30°、40°、50°下,浓度值与电 压信号值的函数关系分别为 :?2 = 0.0656裨-5.4202、?3 = 0.0636拷-5.1971、?4 = 0.0616裨-4·9778、Ρ5 = 0·0596*ν-4·7756、Ρ6 = 0·0576*ν-4·5422、Ρ7 = 0·0556*ν-4·326、Ρ8 = 0·0536Φ V-4.1017〇
[0015] 进一步地,所述步骤(4)中,温度与斜率的函数为:k = fk(t) = -〇 .0002t+0.0636。
[0016] 进一步地,所述步骤(5)中,温度与截距的函数为:b = fb(t)=-0.0219t+5.2007。
[0017] 本发明的优点在于:拟合出电化学气体传感器在不同温度下对不同浓度分解产物 的响应关系,有效解决了电化学气体传感器受温度影响较大的问题,提升了整套系统对高 温低温环境的适应性,大大提高了 SF6电气设备故障评估的准确性。
【附图说明】
[0018] 下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0019] 图1是本发明中温度补偿系统的原理框图。
【具体实施方式】
[0020] 请参阅图1所示,一种SF6电化学气体传感器温度补偿方法,先配置一温度补偿系 统和一控制单元,所述温度补偿系统包括管路、稳压阀、流量阀、电化学气体传感器、温度传 感器、流量传感器;所述稳压阀、流量阀、电化学气体传感器、温度传感器、流量传感器从前 至后依次设于所述管路上;所述控制单元包括控制器、信号放大器和显示模块;所述电化学 气体传感器、信号放大器和控制器依次连接;温度传感器、流量传感器和显示模块分别与控 制器连接;
[0021 ]所述稳压阀用于保持样气进入各传感器的气压稳定;
[0022]所述流量阀用于调节并稳定样气进入各传感器的流量;
[0023] 所述电化学气体传感器用于检测SF6分解产物中杂质气体,例如〇)、502、出5、册等, 可采用s〇2电化学传感器;
[0024] 所述温度传感器用于测量样气温度并将电信号传输至CPU;
[0025] 所述流量传感器用于测量样气流速并将电信号传输至CPU;
[0026] 所述信号放大器为小信号调理及放大电路板,用于将电化学气体传感器输出的微 弱电信号调理放大并传输至CPU;
[0027] 所述CPU用于采集、处理上述各模块输出的电信号,且处理后传送至显示模块; [0028]所述显示模块用于显示样气流量、气压、温度及样气中分解产物浓度值;
[0029]所述SF6电化学气体传感器温度补偿方法具体包括以下步骤:
[0030] (1)通入SF6纯气至管路中,通过稳压阀稳压后,再调节流量阀使气体流速稳定在 200mL/min,即流量传感器检测出的流速稳定在200mL/min;
[0031] (2)将整个所述温度补偿系统放置于恒温箱中,调节恒温箱温度为-20°,温度传感 器检测气体温度稳定后(约需20min),依次通入以SF 6为底气且含有杂质气体浓度为2ppm、 5ppm、lOppm、15ppm、25ppm、50ppm的样气至管路中,由电化学气体传感器检测各样气中的杂 质气体电压,并通过信号放大器放大后输入控制器,由显示模块输出各浓度所对应的电压 信号值,使用最小二乘法线性拟合方法可以得到浓度值与电压信号值的函数:?: = &(¥) = ki*V+bi;
[0032] 所述浓度值与电压信号值的函数关系具体为4: = 0.0676^-5.6377,其中浓度值 与电压信号值具体测试数据如下:
[0035] (3)分别调节恒温箱温度为-10°、0°、10°、20°、30°、40°、50
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