微量水分变送器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及微水含量的检测领域，具体涉及微量水分变送器。
【背景技术】
[0002] 由于运行环境和技术工艺等方面的原因，在变压器油、润滑油、液压油等工业油品 的生产、储存、运输及使用过程中，被测流体中极易造成水分的残留和侵入。同时，这类油品 中都含有芳香烃类物质，具有较强的吸水能力。通常情况下，芳香烃类成分越多，相对来说 油品的吸水能力就越强。由于含水量和溶解度的不同，油中水分多以溶解态、乳化态和游离 态的形式存在。
[0003] 变压器油以其稳定的电气性能，被广泛应用在油浸式电力变压器设备内部作为重 要的绝缘介质，起到绝缘、冷却和灭弧的作用。变压器油中水分的增加会增加变压器油的介 质损耗，降低变压器油的击穿电压。
[0004] 在润滑系统中，油中含有水分不仅对润滑油本身的物理化学性质产生影响，而且 危害润滑系统甚至是整个设备的正常运行。水分在润滑油中会形成乳化液，降低润滑油的 粘性，使油品容易产生沉渣，堵塞油路；加速有机酸对系统部件的锈蚀。此外水污染物会破 坏润滑油形成的油膜，因氢"自由基"而造成的微裂纹（也称为"氢脆"）随时间增长，造成 点蚀和剥落。
[0005] 液压油用作液压介质广泛应用于液压系统中，起着能量传递、系统润滑、防腐、防 锈、冷却等作用。水分是液压油污染物的主要来源之一，若液压油中含有水分，则具有以下 危害：（1)水与液压油可形成乳化液，使被测流体变稠，堵塞液压元件和滤油管道，影响液 压系统的正常运行。（2)水与液压油中的化学成分作用使油品氧化变质，产生胶质、油泥等 沉淀物，影响油品的性能。（3)液压油润滑性能变差，加剧系统零部件磨损。（4)锈蚀液压 元件，降低系统的使用寿命。（5)低温时被测流体中的水分凝结成冰粒，也会堵塞元件间隙。
[0006] 在线监测被测流体中水活性和微水含量以随时掌握油中含水量的变化，并根据设 定的报警值适时报警和控制，对设备的安全运行十分重要。目前离线式监测油中水含量包 括蒸馏法、气相色谱法以及卡尔费休法等等。这些方法是在现场抽取待测被测流体若干送 到实验室，在实验室完成被测流体的检测工作，这往往需要很长的一段时间，通常需要一周 左右。例如，卡尔费休法有滴定法与库仑电量法两种方法，卡氏库仑法（库仑电量法）测 定水分是一种电化学方法，其原理是仪器的电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样 品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和 甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全 部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的，1 摩尔碘与1摩尔水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量，电解1摩尔碘需要 2X96493晕库仑电量，电解1晕摩尔水需要电量为96493晕库仑电量，则微水含量需要根据 库伦电量予以确定，可见，库仑电量法需要复杂的操作工序、需要在实验室内进行操作、不 能当场测量。
[0007] 除了上述例举的油液之外，对于其他液体以及气体等流体，也存在类似的问题，故 不再赘述。
[0008] 上述现有技术的方法最主要的缺陷在于测试周期太长，不能实现现场快速测量； 有的测试方法还存在测定工序复杂、测试结果不精确、费用高等缺陷。采用在线式监测油中 微水含量的方法中，红外光谱测试精度高，但是价格昂贵，维护成本高，在在线式被测流体 水分监测中的应用受到限制，直接测量被测流体介电常数的电容法和直接测量被测流体电 导率的阻抗谱法受到被测流体中粒子、杂质、酸碱度等的影响，不能有效的测量被测流体中 水分的含量。因此，开发一种便捷、小体积、现场快速测量水分的传感器（即微量水分变送 器）具有重要意义。
【发明内容】
[0009] 根据本实用新型的第一方面，提供一种微量水分变送器，包括：第一单元，其至少 部分用于伸入当前被测流体中感应被测流体的温度，从而产生与当前被测流体的温度相关 的第一信号；第二单元，其至少部分用于伸入当前被测流体中感应被测流体的水活性，从而 产生与当前被测流体的水活性相关的第二信号；控制单元，连接至第一单元和第二单元，用 于根据第一信号得到当前被测流体的温度值，用于根据第二信号得到当前被测流体的水活 性值，根据水活性值和温度值计算当前被测流体的微水含量。
[0010] 本实用新型所说的被测流体包括液体和气体。被测的液体可以是油液（如变压器 油、润滑油、液压油等），被测的气体可以是六氟化硫气体等。
[0011] 在一种实施方式中，控制单元根据水活性值和温度值计算当前被测流体的微水含 量的计算式为
[0012] ppm = aw*f (Ta)
[0013] 其中，ppm为微水含量，aw为当前被测流体的水活性值，Ta为当前被测流体的温 度值，f (Ta)为Ta的非线性函数。
[0014] 在另一种实施方式中，控制单元根据水活性值和温度值计算当前被测流体的微水 含量的计算式为
[0015] ppm = aw*f (Ta)
[0016] 其中，ppm为微水含量，aw为当前被测流体的水活性值，Ta为当前被测流体的温度 值，f (Ta)为Ta的非线性函数。
[0017] 控制单元根据水活性值和温度值计算当前被测流体的微水含量的计算式为
[0018]
[0019] 其中，ppm为微水含量，aw为当前被测流体的水活性值，Ta为当前被测流体的温 度，A为第一系数，B为第二系数；
[0020] 或者
[0021] ppm = aw*Ta/((100-(Ta-Tx))*(100+(Ta_Tx)*Kt))/Kaw/Tx 其中，ppm 为微水含 量，aw为当前被测流体的水活性值，Ta为当前被测流体的温度，Tx为水活性系数的参考温 度值，Kt为温度系数，Kaw为水活性系数。Tx、Kt、Kaw的值已经预存在单片机中。
[0022] 第一单元包括温度传感器，控制单元根据温度传感器的输出得到当前被测流体的 温度值。
[0023] 温度传感器为热敏电阻，第一单元还包括与热敏电阻相连的温度调理电路模块， 温度调理电路模块连接至控制单元，温度调理电路模块用于根据热敏电阻的电阻值产生与 当前被测流体的温度相关的电压值，控制单元根据该电压值得到当前被测流体的温度值。
[0024] 温度调理电路模块根据电阻值产生与当前被测流体的温度相关的电压值的计算 式为
[0025] Vc = V min+K*(Rx-Rmin)
[0026] 其中，Vc为与当前被测流体温度相关的电压值，Vmin为对应第一单元的温度量程 的最低测量温度的相关电压值，K为第一单元的放大倍数，Rmin为对应Vmin的电阻值，Rx 为与当前被测流体的温度相关的电阻值。
[0027] 第一信号为与当前被测流体温度相关的电压值，控制单元根据第一信号得到当前 被测流体的温度值的计算式为
[0028]
[0029] 其中，Ta为当前被测流体的温度值，V为被测流体温度为T时温度调理电路产生的 第一电压值，V为被测流体温度为T时温度调理电路产生的第二电压值，Vc为与当前被测流 体温度Ta相关的电压值。
[0030] 第二单元包括电容模块，电容模块感应被测流体介电常数的变化而产生变化的电 容，控制单元根据电容模块的电容得到当前被测流体的水活性值。
[0031 ] 第二单元还包括与电容模块相连接的振荡电路模块，振荡电路模块连接至控制单 元，振荡电路模块用于根据电容模块的电容值产生与当前被测流体的水活性相关的频率 值，控制单元根据振荡电路模块输出的频率值得到当前被测流体的水活性值。或者，第二单 元还包括与电容模块相连接的差分电路模块，差分电路模块连接至控制单元，差分电路模 块用于根据电容模块的电容值产生与当前被测流体的水活性相关的电压值，控制单元根据 差分电路模块输出的电压值得到当前被测流体的水活性值。
[0032] 第二信号为与当前被测流体的水活性相关的电压值，控制单元根据第二信号得到 当前被测流体的水活性值的计算式为
[0033]
[0034] 其中，Vb为当前被测流体相当于参考温度时水活性相关的电压值，aw为被测流体 在参考温度时的第一水活性值，V为被测流体在参考温度下水活性值为aw时相关的第一电 压值；aw为被测流体在参考温度时的第二水活性值，V为被测流体在参考温度下水活性值 为aw时相关的第二电压值；
[0035] Vb = Va+(Ta-Tx) *Vt
[0036] 其中，Va为与当前被测流体的水活性相关的电压值，Vt为水活性相关电压值随温 度的变化系数，Tx为参考温度的数值。
[0037] 第二信号还可以为与当前被测流体的水活性相关的频率值，控制单元根据第二信 号计算当前被测流体的水活性值的计算式为
[0038]
[0039] 其中，fb为当前被测流体相当于参考温度时水活性相关的频率值，aw为被测流体 在参考温度时的第一水活性值，F为被测流体在参考温度下水活性值为aw时相关的第一频 率值；aw为被测流体在参考温度时的第二水活性值，F为被测流体在参考温度下水活性值 为aw时相关的第二频率值；
[0040] fb = fa+(Ta-Tx) *Ft
[0041] 其中，fa为与当前被测流体的水活性相关的频率值，Ft为水活性相关频率值随温 度的变化系数，Tx为参考温度的数值。
[0042] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的微量水分变送器，能够现场检测被测流 体中的微量水分，与现有技术采取现场抽取待测被测流体若干再送往实验室进行检测的方 式相比，具有节省时间、提高工作效率的