电气装置油取样器的密封装置和固态传感器的调节器的制造方法
【专利摘要】电气装置油取样器的密封装置和固态传感器的调节器。气体监测装置和系统提供用于在介电油中的气态氢和其它化合物的可靠和准确的监测。装置为金属氧化物半导体传感器提供环境，并与金属氧化物半导体传感器一起使用。详述用于为金属氧化物半导体和加热歧管创建流体密封环境的装置。
【专利说明】电气装置油取样器的密封装置和固态传感器的调节器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于监测液体中的溶解气体的装置和方法，更具体地，本发明涉及用于对电气用绝缘油进行采样和调节，使得绝缘油中的溶解气体可以通过固态传感器可靠地监测的装置和方法。
【背景技术】
[0002]多年以来电力工业已经认识到在油绝缘电气设备内的油和其它绝缘材料的热分解会导致大量“故障气体”的产生。这些现象在设施如充油变压器(储存器类型和气体覆盖类型)、负载抽头变换器、变压器绕组和衬套等中发生。故障气体的存在可以是装备条件的量度。因此，检测在电气设备中的特定故障气体的存在和这些气体的量化能够是预防性维护程序的重要部分。
[0003]在具有储存器的油覆盖变压器和其它通用设施中的故障气体的存在与变压器的性能和工作安全有关是有据可查的。可获得大量关于气体的存在与特定的、确定的变压器条件和故障相关联的知识。因此作为最大限度地提高性能并在同时最大限度地减少设备上的磨损和折旧的手段，有利的是监测在电气设备中的介电流体的条件，从而最大限度地减少维修成本和停机时间。因此，与特定故障气体在变压器油中的存在或不存在有关的信息能够大大增加在变压器的运行的效率。
[0004]作为示例，已知特定故障气体在变压器油中的存在能够指示变压器故障，诸如电弧放电、部分放电或电晕放电。这些条件会导致矿物变压器油分解，从而除了某些较高分子量的气体如乙烯和乙炔之外还产生较大量的低分子量碳氢化合物诸如甲烷，且还产生氢。这样的化合物是高挥发性的，并且在某些情况下，其可以在相对高的压力下积聚在变压器中。这是造成灾难的因素。未被检测或未被调整，设备故障会导致降级率增加，甚至导致变压器的灾难性爆炸。对于电力设施来说变压器故障是显著的代价高昂的事件，这不仅在于停机时间和更换设备的成本，而且在于与失去动力传输和对工人和其它人的危险性相关联的成本。另一方面，通过密切监测在变压器油中的溶解气体，对于给定的变压器能够主动监测最有效率的工作条件，并且变压器负载可以在其最佳峰值处运行或在接近其最佳峰值处运行。此外，当检测到危险工作条件时，能够使变压器离线进行维护。
[0005]尽管已知需要可靠的设备来监控在油中的气体，但由于多种原因，设计应付严刻的现场条件的设备一直是存在问题的。即便如此，在本领域中也存在若干已知的解决方案。例如，如由美国专利5，659，126所示例的用于对变压器油进行去气体的机械/真空膜萃取方法和设备是公知的。该专利公开一种方法:在电力变压器中对顶部空间气体进行采样，根据依赖于温度和压力的气体配分函数来分析这样的气体，并基于所得到的分析来预测具体变压器故障。
[0006]美国专利4，112，737中公开一种气体提取装置的示例，所述气体提取装置依靠用于从变压器油中提取气体的膜管。该专利示出多个中空膜纤维，所述多个中空膜纤维被直接插入到在变压器壳体中的变压器油中。膜所使用的材料是不透油的，但溶解在油中的气体渗透通过膜进入纤维的中空内部。便携式分析设备如气相色谱仪暂时连接到探头，使得测试样品被从提取探头扫到分析设备中用于分析。
[0007]虽然这些设备已经提供了益处，但对于用于提取、监测和分析在变压器油中的故障气体的可靠装置的发展仍然在许多实际问题。这些问题中的许多问题涉及足够冗余以提供相对免维护单元的可靠流体配路系统的设计。由于变压器通常处于极其恶劣的环境条件，流体配路问题因而被放大。若需要可靠分析气体的仪器是复杂的分析仪器，则这尤其是确切的。两项专利美国专利6，391，096和6，365，105描述这些工程上的挑战的困难，所述两项专利为本发明的受让人所拥有，且都通过引用并入本文。这两项专利不仅示意所需要的流体配路系统的复杂性，而且还示意已经被证明是非常可靠的解决方案。此外，许多现有的分析设备依靠消耗品如压缩气体，这增加了成本并使这样的设备只适用于最大且最昂贵的通用设施。
[0008]在分析过程中的最关键点之一是提取装置，其中气体实际上在提取装置处从电绝缘油中分离。虽然存在若干公知的用于完成此任务的装置，但经验表明，提取器是会发生故障的一个点。换言之，到目前为止提取设备已经比所期望的更脆弱，并且不能完全承受经常在现场应用中遇到的极端条件。结果，额外的支持设备或工作限制被添加以弥补性能的不足并保护提取技术，这大大增加成本。尽管具有在关于提取设备的技术解决方案中的进步，特别是在美国专利6，391，096和6，365，105中所描述的进步，然而仍存在对于可靠的且在没有被监测的情况下，在所有条件下准确运行大量长度的时间的提取器的需要。
[0009]通常用于分析提取的气体的气体传感器诸如色谱技术气体传感器和光声光谱技术气体传感器是非常复杂、价格昂贵的，因此在通常专用于监测大型变压器，其中在保护昂贵设施中多种气体分析符合成本效益。
[0010]对于较小的变压器，更简单、成本更低、单个气体传感器可能是合适的，传感器诸如通过引用而并入本文中的美国专利5，279，795和7，249，490中描述的传感器利用由钯镍制成的固态传感器。这些传感器的问题在于，其对油温度和环境温度变化以及油流非常敏感。此外，这些监测器不具有主动地将油样输送过传感器元件的泵。其依靠热循环或扩散，这大大降低其响应时间。
【发明内容】
[0011]本发明的优点在气体监测装置和系统的第一优选和示意实施例中实现，该实施例提供在介电油中的气态氢和其它化合物的可靠且准确的监测。所述装置为氢传感器组件提供环境且与氢传感器组件结合地使用，所述氢传感器组件如在美国专利5，279，795和7，249, 490号中描述的金属氧化物半导体传感器。本发明提供一种环境，在所述环境中，油温度和环境温度变化被消除，从而确保分析数据不受这些环境条件影响。本发明进一步提供一种环境，在所述环境中，传感器元件上的油流的改变的变化被消除，以消除由油流依赖性所导致的数据不规则。本发明提供用于获得来自传感器的数据的改进的响应时间，这是因为油被主动地移动过传感器元件。本发明还包括校准周期，在所述校准周期期间，传感器元件被校准。
【专利附图】
【附图说明】[0012]通过在结合以下附图时参考本发明的以下详细说明，本发明将被更好地理解，并且本发明的许多目的和优势将是显而易见的。
[0013]图1是附接到充油变压器设施的本发明的例证实施例的示意性透视图。
[0014]图2是以隔离和封闭在保护壳体内的方式示出的本发明的装置的一个实施例的透视图。
[0015]图3是图2所示的装置的分解透视图，其中示出各个部件。
[0016]图4是图3所示的装置的选定部件的分解透视图，具体而言，是装置的油泵和油冷却部分的部件的分解透视图。
[0017]图5是从相对于图4不同的视角观看的图4所示的油泵和油冷却部分的部件的分解透视图。
[0018]图6是从又一个视角观看的图3所示的装置的油泵和油冷却部分的部件的另一分解透视图。
[0019]图7是图3所示的装置的热调节部分的选定部件的分解透视图。
[0020]图8是图3所示的装置的热调节部分的选定部件的另一分解透视图。
[0021]图8A是结合密封系统的组装的加热器歧管和传感器组件的替代实施例的分解透视图。在图8A至图8D中，加热器歧管和传感器组件以无相邻部件隔离的方式被示出。
[0022]图SB是沿图8A的线8B-8B截取的图8A所示的分解的加热器歧管和传感器组件的剖视图。
[0023]图8C是图8A和图8B所示的组装的加热器歧管和传感器组件的替代实施例的透视图，其中示出处于组装状态下的部件。
[0024]图8D是沿图SC的线8D-8D截取的图SC所示的组装的加热器歧管和传感器组件的剖视图。
[0025]图9是根据本发明的热控制组件的相对更近景的透视图，其中示出处于组装状态的组件的部件。
[0026]图10是热控制组件的类似于图9的透视图，但从与图9的视角不同的视角示出组件。
[0027]图11是热控制组件的选定部件的近景透视图。
[0028]图12是示出在可选的校准步骤期间的流体流动路径的示意性流体流动图。
【具体实施方式】
[0029]结构
[0030]参考图1，示意性示出装置和系统10，其被附接到以附图标记I标记的充油电气设备(有时称为“设施”)的油排出端口。应理解的是，本文所描述的发明可以与许多不同类型的电气设备一起使用，并且所述设备还可以被附接到所述设备上的许多不同的位置。因此，本文中所包含的附图旨在是示例性的，而不是限制性的。
[0031]如下文所述，系统和装置10包括:气体传感元件，所述气体传感元件具有关联的电子器件和电缆线路；流体输送系统，所述流体输送系统用以将新鲜样品提供到气体传感元件；用于样品流体的热控制系统；用于气体传感元件电气器件环境的第二热控制系统；和用于数据记录、通信、电力调节和报警的其它电子器件。[0032]装置10旨在用在充油电气通用设施诸如变压器和负载抽头变换器上。如上文所述且如图1所示，装置10在通用设施上安装在阀处，所述阀通向设施中的绝缘油，所述绝缘油通常是是矿物油或酯油。系统检测矿物油中的痕量(trace)溶解氢，并且在固定浓度阈值或在氢气浓度中的变化率被超出时，系统进行报警，以提醒通用设施氢产生事件。由于在大多数变压器故障状况中有氢产生，所以氢是变压器内产生故障的极好指示物。
[0033]一般而言，装置和系统10通过将新鲜的油样品抽吸到包含气体传感元件的小的内部体积内来起作用。油样品被热调节到预设温度。当达到样品的期望温度时，气体传感元件进行测量，所述测量被记录在系统内。气体传感元件和其所关联的电子器件是非常热敏感的。通过控制这些部件的热环境，氢读数的精度、准确度和重复性由于减少来自读数之间的温度差异的干扰而被大大提高，并且最小化或消除漂移。
[0034]此外，装置和系统10具有用于校准的独特能力。流体样品路径能够被可选地分支，使得存在通过处于油入口和出口上的3通阀分离的两个可能的样品供给。两个样品路径均将连接到往返通用设施的公共油路径。主流体路径将从通用设施运送油，用于标准分析。副样品路径具有位于3通样品选择阀之间的合并膜。压缩气体标准可被应用于膜的气体侧，膜将灌注并与副样品路径中的绝缘油平衡。当系统校准是必要时，副样品路径将被激活，使得被灌注的油会被引入到传感器环境中。多余的灌注油将被涌回到通用设施，并且来自通用设施的新鲜油补充副样品路径，用于绝缘灌注。在副样品路径上的膜的气体侧上的气体也可以是大气空气。这将有效地产生缺乏感兴趣气体的“零”标准气体。
[0035]现在转至图2至图10，将描述装置和系统10的基本部件。装置和系统10包括三个主要部分或系统，所述主要部分或系统中的每个均包括多个部件，并且所述主要部分或系统中的每个均在这里详述:电气油冷却和输送泵部分14、热调节部分30和控制系统100。
[0036]参考图2，装置10包括螺纹适配器12，所述螺纹适配器12连接到电气设施I中的螺纹端口，并且该螺纹适配器12适于接收来自所述设施的电气油。电气油冷却和输送泵部分总体由附图标记14示出。该冷却和输送泵部分14包括第一绝缘板16、散热器18、第二绝缘板20，利用合适的紧固件诸如螺钉24将所有的这些部件附接到冷歧管壳体22。马达安装件26安装在岐管壳体22的顶端处并且用作用于步进马达28的安装件。散热器18限定无源冷却歧管，该无源冷却歧管有助于从来自设施I的流体吸取热。
[0037]总体由附图标记30标记的热控制加热部分安装到电气油冷却和输送泵部分14。包含在热调节部分中的多个部件内的是各个系统，诸如热控制装置61，该热控制装置61自身包括多个单独的部件和系统，包含第一热区65和第二热区67，在下文中对所有的这些进行详细说明。热调节部分30包括外部壳体34，该外部壳体34包围下文描述的部件。整个装置10包括合适的垫圈和密封件，以确保流体密封环境。
[0038]传感器组件70的最佳性能(始终如一的精度、准确度和重复性且具有最低漂移)和寿命通过等温地但在两个不同的温度下操作传感器组件以及其关联的模拟电子器件来实现。这需要为传感器和模拟电子器件实施第一和第二不同且分离的热控制区一第一热区65和第二热区67。第一热控制区65可操作用于控制与传感器组件70相关联的热条件；第二热控制区67可操作用于控制与模拟电子器件相关联的热条件，所述模拟电子器件控制所述传感器组件70并且与传感器组件70 —起操作。热控制区65和67中的每个热控制区根据条件要求能独立可控地用于“加热”和分离地用于“冷却”，并且其中一个热控制区与另一个热控制区、与装置10的其它部件并且与周围环境热隔离。
[0039]此外，用于传感器组件70和模拟电子器件的最佳控制温度处于或低于基于传感器组件70技术的系统10所要求的最大操作油温度和环境温度。因此，除了第一和第二脉冲宽度调制加热器控制之外，系统10还结合有两个脉冲宽度调制受控的珀耳帖(Peltier)热电冷却器(TEC)，以在最高和最低的环境暴露要求提供连续的热控制。对于高环境温度暴露，热电冷却器用于冷却传感器和模拟电子器件区。对于低环境温度暴露，施加到热电冷却器的电流被逆转，以对用于热区中的每个热区的加热器控制系统施加加热辅助。因此，如下所详述，系统10利用具有总共六个热控制系统的两个热控制区，所述六个热控制系统为两个加热器控制、两个冷却器控制和用于使TEC在相反的方向上操作作为加热器辅助的两个控制。
[0040]图3以分解图示出整个装置和系统10，其包括电气油冷却和输送泵部分14和热调节部分30。电气油冷却和输送泵部分14包括蜗轮驱动组件40，该蜗轮驱动组件40由步进马达28驱动，并且该蜗轮驱动组件40被构造成用于精确地控制通过装置10的流体的流动。虽然未详细描述，但如图4和图5所示，蜗轮驱动组件40包括合适的传动部件和密封部件，以确保流体密封和无泄漏的环境，并且限定用于控制通过装置10的油的流动的可精确控制的计量泵。如下文所描述的那样，装置10包括节流件(porting)，所述节流件限定来自设施I中的油储存器通过装置10的油的等分试样的流体流动路径，具体地，限定从设施I进入到电气油冷却和输送泵部分14中，然后进入到热调节部分30、更具体地传感器70中，并返回设施I的油的等分试样的流体流动路径。
[0041]返回到图3，示意性示出流体样品流动路径。具体地，冷却散热器18被安装到适配器16，并且包括样品芯管80，该样品芯管80限定用于来自设施I的流体的入口，并且如下文所述，该样品芯管80功能用作用于从设施I接纳的油的冷却腔室。油入口路径82限定进入到冷歧管壳体22中的流体流动配路，并且如下文更具体地描述，限定进入到壳体22内的蜗轮腔室中的流体流动通路。油入口路径从壳体22通过合适的节流件诸如绝缘管86和87延续到加热器歧管60，且如下文更具体地描述，进入到加热器歧管60中的容纳传感器组件70的腔室。油返回路径84由合适的节流件限定，自加热器歧管60中的腔室通过冷却歧管壳体22并且返回到设施I。为了维持油的热隔离，绝缘管86和87优选是尼龙的，这是由于尼龙的热效率并且由于尼龙最小化从管到周围部件的热传递。
[0042]在图6中以隔离方式示出冷却歧管壳体22。蜗轮驱动组件40包括具有相反的螺旋绕组的一对蜗轮42和44，所述一对蜗轮42和44由步进马达28驱动且被容纳在歧管壳体22中的蜗轮腔室46中。当蜗轮42和44在冷却歧管壳体22中处于可操作位置中时，相反的螺旋绕组相互啮合，以在相互啮合的绕组上限定油流动路径的一部分。油入口路径82导向到蜗轮腔室46中，并且由步进马达28执行的蜗轮42和44的操作导致受控的且体积已知的流体通过入口路径流动到加热器歧管60中。
[0043]从紧邻电气油冷却和输送泵部分14的部件开始，热调节部分30包括在衬垫32和冷歧管壳体22之间的板50。该板50是金属板,其用作用于电气油冷却和输送泵部分14和热调节部分30的部件的支撑结构，并且为本发明的说明书的目的，有效地使冷却侧与热侧分离。板50包括在板的面向电气油冷却和输送泵部分14的一侧上附接到该板的一对散热器51。多个绝缘块52被结合到加热部分中，以热绝缘和隔离加热器歧管60，所述加热器歧管60是相对大的金属块、优选地整块金属块，所述金属诸如具有优良的热传导性能的铝，并且该加热器歧管60由附接到印刷电路板74的电阻加热元件加热，所述印刷电路板74是热控制组件61的部件。绝缘块优选是聚氨酯泡沫，但许多材料由于热绝缘性能可以被利用。加热器歧管60具有内部腔室90 (图7)，该内部腔室90容纳传感器组件70，并且传感器组件由卡座71保持在腔室90中，该卡座71拧入到歧管60的钻孔中。传感器组件70包括限定气体传感器的电子器件，并且将被理解为属于在美国专利5，279，795和7，249，490中所描述的类型。传感器组件70通过柔性电路72电连接到电路板62。
[0044]热调节部分30包括四个分离的印刷电路板，所述四个分离的印刷电路板中的每个印刷电路板均包含操作固件和电子器件，用于装置10的控制并用于为该装置和系统促进网络通信能力，并且所述印刷电路板中的所有印刷电路板都包括控制系统100。通过参考附图，四个电路板被识别为第一加热器板74、第二加热器板77、模拟传感器板62和主控制板101。在下文中描述了每个电路板的关键功能。
[0045]第一热控制区和第二热控制区均位于总体由附图标记61示出的热控制组件中。
[0046]如图7的分解图所示，热调节部分30的部件夹置在一起，并且在组装时被保持在壳体34中。多个绝缘块52限定绝缘屏障，其完全包围热控制组件61的部件，并且有效地热隔离组件的所有部件。从图7的左手侧上开始，并且大体向右手侧移动，并且省略提及绝缘块，热调节部分30以板50开始并且包括热控制组件61，该热控制组件61包括加热器歧管60，该加热器歧管60包括(示意性地)来自蜗轮腔室46的油入口流动路径82以及从加热器歧管60延伸回设施I的油返回路径84。加热器歧管60包括腔室90，该腔室90的尺寸被设定为用以接纳传感器组件70，所述传感器组件70如所记载地由柔性电路72电连接到电路板62，并且通过卡座71被保持在腔室中。加热器歧管60是由一对电阻加热元件92 (在图7的透视图中仅示出电阻加热元件92中的一个电阻加热元件)加热的金属块诸如铝块，所述一对电阻加热元件92被安装到第一加热器板74并且被接纳在加热器歧管60中的开口或狭槽94中。开口 94位于腔室90的任一侧上，并且在开口 94的内端处包括热垫，在组装单元中，电阻加热元件被挤压到所述热垫上，但所述热垫在附图的透视图中不可见。狭槽94布置在歧管60中的传感器70在歧管中所处的位置的两侧上，使得加热元件被布置成在歧管60中紧密接近传感器70。温度传感器95在两个狭槽94之间设置在歧管60上。油入口流动路径82和油返回流动路径84均通向腔室90，所述入口流动路径限定用于流入到腔室90内的传感器组件70中的油的等分试样的传输路径，并且所述油返回流动路径84限定用于从传感器组件流动且最终返回到设施I的油的等分试样的流动路径。
[0047]传感器组件70包括端口 96 (在图8中示出端口 96中的一个)，该端口 96限定油流动路径，油通过所述油流动路径进入传感器组件和从传感器组件逸出。限定传感器组件的气体检测功能性的固态电路被包含在组件70内。
[0048]如上文所记载，重要的是，确保所有的连接和配合都被密封，使得在系统和装置10中不存在泄漏。任何泄漏油将导致错误的数据。对无泄漏且流体密封的环境最关键的位置中的一个是在加热器歧管60中并涉及处于歧管中的腔室90中的传感器组件70。通过参考图8A至图8D，详细说明密封装置，该密封装置为歧管60和传感器组件70提供完全无泄漏的环境。参考图8A和图SB，加热器歧管60和传感器组件70在分解透视图中以隔离方式示出。加热器歧管60的上表面150具有包围到腔室90中的开口的凹进区域152。在腔室90中形成有环形凸缘154，从而存在与下腔室部分158相比具有更大的直径的上腔室部分156。传感器组件70包括传感器壳体160，该传感器壳体160在传感器壳体160的“上”端附近的O形环凹槽164中具有O形环162。应当理解的是，限定传感器组件70的传感器部分的电子电路被保持在传感器壳体160内，并且油流入和流出壳体以使该电子电路暴露至油，如其它地方所详细描述。
[0049]当传感器组件70被插入到腔室90中时，即在传感器壳体160被插入到腔室中的情况下，0形环162搁置在凸缘154上，如在图8D中最佳可见。夹紧环166的外径稍微小于腔室90在上腔室部分156处的内径，并且夹紧环166的内径允许该夹紧环在传感器壳体160的上部上滑动。换言之，随着传感器组件70被插入到腔室90中，夹紧环166被插入到上腔室部分156中，使得夹紧环的内边缘168支承抵靠0形环162，并且使得夹紧环的外边缘170在凹进区域152的表面174的水平的上方。
[0050]在夹紧环166如此与加热器歧管60和传感器组件70组装的情况下，利用四个螺钉178将尺寸被设定为用以配合到凹进区域152中的保持板176附接到加热器歧管60，所述四个螺钉178被拧入到加热器歧管中的螺纹孔开口 180中。保持板176包括中央开口182，所述中央开口 182的直径比夹紧环166的直径小，但是比传感器壳体160的最上端的直径大。保持板还具有狭槽184，可以通过狭槽184将柔性电路72插入。因此，保持板接触夹紧环，但不接触传感器壳体。由于夹紧环166的外边缘170在表面174的水平的上方，所以在螺钉178被拧紧时，保持板176在凹进区域152中被拉向加热器歧管。出现这种情况时，保持板朝加热器歧管60向下推动夹紧环，因而将夹紧环的内边缘168压缩抵靠0形环166，0形环166如上文所述被搁置在凸缘154上。
[0051]0形环162在夹紧环166和凸缘154之间的压缩限定传感器组件70和加热器歧管60之间的完全无泄漏的连接。
[0052]在图9和图10中，以隔离方式且以组装状态示出热控制系统61，其中所有的绝缘块52被移除以示出各个部件的取向。以图9开始，热控制系统61的部件被直接附接到板50的面向热调节部分30的一侧，即板50的与散热器51相反的一侧。如所记载，热控制系统61包括第一热区65和第二热区67。第一热控制区65被构造为用于通过加热和冷却歧管60来加热和/或冷却传感器70，并且将首先描述第一热控制区65，传感器70被保持在中歧管60中。
[0053]第一热区65大体包括以下基本部件:
[0054]-加热器歧管60；
[0055]-热传导块110;
[0056]-第一加热器板74;和
[0057]-TECl 12。
[0058]加热器歧管60在多个支座63上安装到板50，所述多个支座63使歧管以与板50的间隔开的关系地安装，如图所示。示意性示出进入歧管60的油入口路径82和油出口路径84。热传导块110被安装到板50，且在在热传导块110的安装表面和板之间具有热垫116。热传导块优选是由具有优良传热性质的金属诸如铝制造的相对大的结构。TEC112的第一面向表面被安装到热传导块110的面朝歧管60的内面向表面120 ；TEC112的相反表面抵接且被直附接接到歧管60。TEC带(strap) 114横跨热传导块110延伸，并且螺钉122延伸通过带114且拧入到歧管60中的螺纹孔中。当螺钉122被拧紧时，TECl 12被紧紧地夹置在TECl 12的一侧上的热传导块110和TEC112的相反侧上的歧管60之间。更具体地，TEC112的第一面向表面被压靠在热传导块110上，并且相反的面向表面被压靠在歧管60上。除使用带114，或作为带的替代方案，可以使用具有良好的传热性质的粘接剂将这些被夹置的部分粘结在一起。TEC在歧管和传热块之间的抵接关系和紧密相联确保这些部件之间的良好的热传导。TECl 12被电连接到第二加热器板77，并且由与其相关联的电子控制系统控制。
[0059]TECl 12的名义上的“冷”侦愐向且抵接歧管60，TEC112的名义上的“热”侧面向且抵接热传导块110。然而，如所记载，由于TEC112是半导体制冷片器件，热传导的方向可以通过逆转通过TEC的电流的极性而逆转。
[0060]第一加热器板74被直接安装到歧管60，使得两个电阻加热元件92被保持在狭槽94中，其中所述加热元件被压靠在容纳在槽中的垫上。
[0061]支座(Stand offs) 160被布置在第一加热器板74的大致四个角部处，并且以与第一加热器板74间隔开的关系支撑金属板164。热垫166安装在金属板164下方且与金属板164成抵接关系。第二加热器板77在热垫166下方,且在热垫166和第一加热器板74之间与两者间隔开。第二热垫168被直接附接到金属板164的外面向表面，并且模拟传感器板62被安装到第二热垫168。
[0062]在图10中总体以67示出第二热区被构造用于加热和/或冷却控制传感器70的模拟电子器件，具体地，用于加热和/或冷却与模拟传感器板62相关联的模拟电子器件。第二热区67独立于上述第一热区65运行，并且与第一热区65热隔离。
[0063]第二热区67大体包括以下部件:
[0064]-热传导块150;
[0065]-TEC152 ；
[0066]-TEC热传导支架154 ;
[0067]热传导块150通过在热传导块150和板50之间的热垫151而安装到板50。如热传导块110那样，热传导块150优选是相对大的具有优良的传热性能的金属诸如铝。TEC152的一个面向表面安装到热传导块150的面朝歧管60的表面161 ;然而，TEC152没有接触歧管60并且与歧管60间隔开。TEC热传导支架154是安装到TEC152的相反面对表面的大致L形的金属构件。TEC热传导支架154则附接到在热垫164和166之间的金属板158。TEC带156横跨热传导块150延伸，并且螺钉168延伸通过所述带且拧入到TEC热传导支架154中的螺纹孔中。当螺钉168被拧紧时，TEC152被紧紧地夹置在热传导块150和TEC热传导支架154之间，其中支架154的主表面压靠在TEC152上。如上文所述，具有良好的传热性能的粘接剂可以用于与带156结合或作为所述带的替代方案将这些被夹置的部分粘结在一起。TEC152与热传导块和热传导支架的紧密关联确保部件之间的良好的热传导以及到金属板164中的良好的热传导。TEC152被电连接到第二加热器板77，并且由与其相关联的电子控制系统控制。
[0068]TEC152的名义上的“冷”侧面向且抵接TEC热传导支架154，并且TEC152的名义上的“热”侧面向且抵接热传导块150，但是再一次，可以通过逆转电流的极性而逆转通过TEC的热传导的方向。应当理解的是，由于取决于所施加的电流的极性的方向，TEC112和152两者均既能够加热又能够冷却，所以这些部件在一般意义上最好被称为热调节模块。此外，可以可选地考虑使用电阻加热元件92赋予TEC加热和冷却的能力。换言之，取决于具体环境条件，电阻加热元件92可以完全省略，或替代地，通过由控制系统100进行的控制(即不供电)而不使用。
[0069]图11是示出与上述选定部件相关联的结构的相对近景图。
[0070]整个装置和系统10受到控制系统100的控制，所述控制系统在图1中被示意性示出并且优选包括电话通讯和网络连接能力。在装置10中的每个电路板均包括控制系统100的部件。如上文所记载，控制系统100包括在四个分离的印刷电路板上的电子器件和固件，所述四个分离的印刷电路板为:第一加热器板74、第二加热器板77、模拟传感器板62以及主控制板101。板74、77和62中的每个板均受到主控制板101的控制。
[0071]工作
[0072]如上文所述，装置和系统10的工作受到控制系统100的控制。
[0073]蜗轮驱动组件40限定计量泵，所述计量泵能够使精确体积的油从由设施I限定的储存器流动通过装置10。最初，操作步进马达28以驱动蜗轮驱动组件40的蜗轮42和44，以将一定量的油从设施I抽吸到由管80限定的冷却腔室中，所述冷却腔室如上文所述为散热器18的部分。通常，在该点的油具有相对升高的温度，因此，其被称为是“热”的。热油处于管80的冷却腔室中一段时间，该一段时间足以使油经由散热器18周围的环境空气冷却。装置和系统10包括合适的温度传感能力，如被连接到控制系统100的热电偶等。
[0074]然后操作步进马达28以使冷却的油的样品流入到热调节部分30中，且更具体地，通过油入口流动路径82流入到加热器歧管60的腔室90中，从而流入到传感器组件70的端口 96中。使步进马达28去激励以使在装置10中的所有油流动停止。对电阻加热元件92供电，并且因此对加热器歧管进行加热。继续对加热器歧管60进行加热，并且因此在腔室90中的油被加热。允许油处于腔室90中，直到油已经达到由温度传感器95所确定的预先确定的稳态炉温。然后，控制系统100在稳定状态温度读取气体传感器组件70，其中油凝滞且不流过或通过传感器组件70，这创建更稳定的环境，其中传感器组件可以确定溶解气体的浓度。
[0075]—旦分析完成，步进马达28就可以被再次致动以使来自腔室90的等分试样流动通过油返回流动路径84并且最终返回到设施I。
[0076]来自传感器组件70的分析数据由控制系统100以本地或远程方式通过合适的技术来分析，并且对所述数据进行监测。
[0077]应当理解的是，前面描述的工作设想“停止流动”工作，其中在零流体流动条件下进行分析。装置10能够在低流动工作条件下执行具有等同精度、可靠性的分析和控制。在低流动分析方案中，热控制系统能够在低流动条件下实现样品的热控制，其中油的热特性能够通过脉宽调制控制来适当操纵。流量的控制是必要的，因为如果流动太高，则会丧失热控制。然而，在这种情况下，仅需要将新的和有代表性的流体样品输送到传感器。
[0078]校准
[0079]如上文提到的那样，装置和系统10具有校准的能力。现在参见图12，示出校准程序100包括入口流动路径92和返回流动路径84。如图所示，在校准程序100中，流体流动路径82和84能够被选择性地分流，使得存在通过一对3通阀分离的两个可能的样品供应，所述一对3通阀为在入口流动路径82中的3通阀102和在出口流动路径84中的3通阀104。
[0080] 在被称为分析状态的第一状态条件中，入口流体流动路径82和出口流体流动路径84是如上文所述的那样。因此，受到控制系统100的控制的三通阀102和104被设定成使得来自设施I流动通过阀102的流体通过蜗轮驱动组件40到达传感器组件70，如上文所详述。在分析状态中，油从传感器组件70通过流动路径84和阀104流动返回到设施I。[0081 ] 在被称为校准状态的第二状态条件中，使阀104操作以使来自流动路径84的油的流动转移至校准流动路径106，所述校准流动路径106流动通过校准模块108。校准模块108包括半渗透膜，所述半渗透膜在一侧暴露至空气或校准空气，在相反侧暴露至油。膜对气体是可渗透的，但对油是不可渗透的。在校准状态中，油流动到校准模块中，并且然后停止蜗轮驱动组件，使得允许在校准模块中的油横跨半透膜与基准气体、即空气或校准气体平衡。
[0082]在该情况下，由于校准周期相对长，装置10可以在所收集油样品与校准气体平衡的同时例行地进行分析。当要求校准时，阀将被切换，灌注了校准气体的油将被引入到设备的传感器区中。该校准方案将需要停止流动工作。
[0083]校准环路100使校准气体与流体流动路径82和84隔离。具体地，(在控制系统100的控制下的)校准模块的阀上游被管接在校准气体线路中，校准气体线路连接到校准模块108。真空泵114连接到模块108中的膜的气体侧，并且所述真空泵114可操作用以将校准气体(如果空气被用来作 为校准气体，则包括空气)移动到模块108中或移动出模块108。使校准气体涌到大气中，这避免任何故障气体返回到设施I。因此，通过打开阀112和使泵114操作而将校准气体或空气抽吸到在膜的气体侧上的校准模块108中。油被保持在校准模块108中，直到通过来自膜的气体侧的气体与在膜的油侧的油的平衡/来自膜的气体侧的气体以在膜的油侧的油的灌注而发生平衡为止。然后，操作阀102以使平衡的油从校准模块108流动通过流动路径106、通过阀102并返回到传感器组件70。当平衡的油保持在传感器组件70中时，气体由传感器元件采样，并且装置10被校准。
[0084]过剩的平衡/灌注油涌回通用设施1，且来自通用设施的新鲜的油补充副校准路径106，用于绝缘灌注。如所记载，处于在副样品路径上的膜的气体侧上的气体也可以是大气气体，这将有效地产生没有感兴趣气体的“零”标准气体。
[0085]一旦校准完成，阀102和104就返回到分析状态工作。定期进行校准，或者根据需要进行校准。
[0086]鉴于有许多本发明的原理可以应用到的可能的实施例，应当认识到，详细描述的实施例仅仅是说明性的，不应当被视为限制本发明的范围。相反，我们声明作为本发明，所有这样的实施例落在在本发明的权利要求及其等效物的范围和精神之内。
【权利要求】
1.用于为固态电子传感器创建无泄漏环境的密封装置，所述固态电子传感器用于分析来自电气设施的绝缘油，所述密封装置包括: 歧管，所述歧管中形成有用于接纳固态电子传感器的圆筒形腔室，所述腔室具有上部、下部和位于所述上部和所述下部之间的向内突出的环形凸缘，所述上部具有第一直径，所述下部具有比所述第一直径小的第二直径； 电子传感器，所述电子传感器具有圆筒形传感器本体，所述传感器本体被插入到所述腔室中； O形环，所述O形环位于所述传感器本体上，所述O形环具有比所述第二直径大且比所述第一直径小的外径，使得当所述O形环被插入到所述腔室中时，所述O形环接触所述环形凸缘； 夹紧环，所述夹紧环具有比所述第一直径小的外径，所述夹紧环环绕所述传感器本体，并且所述夹紧环被插入到所述腔室的所述上部中，使得所述O形环的下边缘接触所述O形环； 保持板，所述保持板被附接到所述歧管，并且所述保持板与所述夹紧环接触，所述保持板被压缩抵靠所述夹紧环从而压缩所述O形环。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其中所述保持板具有圆筒形开口，所述圆筒形开口的直径比所述传感器本体的直径大且比所述夹紧环的外径小。
3.根据权利要求2所述 的密封装置，其中当所述保持板被附接到所述歧管时，所述传感器本体的上部被接纳在所述保持板的圆筒形开口中。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其中当所述保持板被附接到所述歧管时，所述保持板与所述夹紧环接触。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其中当所述保持板被附接到所述歧管时，所述O形环被压缩在所述环形凸缘和所述夹紧环之间。
6.根据权利要求2所述的密封装置，其中所述保持板中形成有狭槽，所述狭槽从所述圆筒形开口延伸到所述保持板的边缘。
7.根据权利要求1所述的密封装置，其中所述传感器本体具有上表面，并且所述歧管具有包围所述腔室的上表面，并且其中在第一未压缩状况下，所述传感器本体的上表面位于所述歧管的包围所述腔室的所述上表面的上方。
8.根据权利要求7所述的密封装置，其中所述歧管进一步限定凹座，并且其中在第二压缩状况下，所述保持板被接纳在所述凹座中。
9.根据权利要求8所述的密封装置，包括用于加热所述歧管的至少一个加热元件。
10.用于为固态电子传感器创建无泄漏环境的密封装置，所述固态电子传感器用于分析来自电气设施的绝缘油，所述密封装置包括: 歧管，所述歧管中形成有用于接纳固态电子传感器的圆筒形腔室，所述腔室具有向内突出的环形凸缘，所述向内突出的环形凸缘限定上腔室部分和下腔室部分，所述上腔室部分具有第一直径，所述下腔室部分具有第二直径，所述第二直径比所述第一直径小； 电子传感器壳体，所述电子传感器壳体被接纳在所述腔室中； O形环，所述O形环位于所述传感器壳体上； 夹紧环；和保持板，所述保持板能够附接到所述歧管，使得当所述保持板被附接到所述歧管时，所述夹紧环压缩所述O形环从而在所述传感器壳体和所述腔室之间形成密封。
11.根据权利要求10所述的密封装置，其中所述O形环接触所述环形凸缘，并且所述O形环被压缩抵靠所述环形凸缘。
12.根据权利要求11所述的密封装置，其中当所述保持板被压缩抵靠所述歧管时，所述O形环被压缩在所述环形凸缘和所述夹紧环之间。
13.根据权利要求12所述的密封装置，其中所述电子传感器壳体是圆筒形的并具有外径，并且其中所述夹紧环具有比所述电子传感器壳体的外径大的内径和比所述腔室的所述第一直径小的外径，使得所述夹紧环环绕所述电子传感器壳体并被接纳在所述上腔室部分中。
14.根据权利要求13所述的密封装置，其中所述夹紧环的下边缘与所述O形环接触。
15.根据权利要求14所述的密封装置，其中所述夹紧环的上边缘与所述保持板接触。
16.一种用于为固态电子传感器创建无泄漏环境的方法，所述固态电子传感器用于分析来自电气设施的绝缘油，所述方法包括以下步骤: a)提供歧管，所述歧管具有油接纳腔室，所述油接纳腔室用于接纳固态电子传感器和来自所述电气设施的油； b)提供入口通路，所述入口通路用于为油从所述电气设施到所述油接纳腔室的流动配路； c)提供出口通路，所述出口通路用于为油从所述油接纳腔室到所述电气设施的流动配路； d)将包含所述电子传感器的壳体插入到所述油接纳腔室中；和 e)在所述壳体和所述油接纳腔室之间形成密封，使得油除了通过所述入口通路或所述出口通路之外不能从所述腔室逸出。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述步骤e)包括以下步骤:压缩所述壳体上的位于夹紧环和环形凸缘之间的O形环，以形成所述密封。
18.根据权利要求17所述的方法，包括以下步骤:将保持板附接到所述歧管，使得所述保持板支承抵靠所述夹紧环，并使所述保持板压缩抵靠所述夹紧环从而压缩所述O形环。
19.根据权利要求18所述的方法，包括以下步骤:加热所述歧管。
20.根据权利要求19所述的方法，其中加热所述歧管的步骤包括:加热所述腔室。
【文档编号】G01N33/28GK103454406SQ201310219034
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】史蒂文·马奥尼 申请人:Bpl环球有限公司