SF6气体检测器及检测方法、补偿方法和工作方法与流程

本发明涉及一种sf6气体检测器及检测方法、工作方法。
背景技术：
：六氟化硫(sf6)是具有卓越的电绝缘性和灭弧特性的气体。所述的低浓度的六氟化硫指的是浓度在0~3000ppm范围内的六氟化硫。在电力工业中，sf6广泛应用于电导设备系列，如电源开关、封闭式电容器组、变压器等。运行中，sf6气体的泄漏不可避免，当有大电流开断时，由于强烈的电弧放电会在泄漏现场中产生一些含硫的低氟化物。这些物质反应能力较强，当有水和氧气时又会与电极材料、水分子进一步反应，从而分解产生有毒或剧毒气体。这些有毒气体主要损害人体的呼吸系统，中毒后会出现类似于感冒、皮肤过敏、恶心呕吐、疲劳等不良反应，吸入剂量大时，会出现更加严重的后果。因此，在电导设备系列中需要对sf6的含量进行检测显得十分重要。技术实现要素：本发明的目的是提供一种sf6气体检测器，以通过理论声压值与实测声压值的声压比值作为sf6浓度的表征参数，计算出sf6气体的实际浓度。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种sf6气体检测器，包括：处理器模块和超声波传感器组件；其中所述超声波传感器组件包括用于检测sf6气体浓度的检测通道，位于检测通道两端的超声波发送端和超声波接收端；所述处理器模块适于计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度。进一步，计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即所述处理器模块适于计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制超声波发送端产生相应频率的超声波，且通过超声波接收端检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度。进一步，所述处理器模块还连接有测温模块，以通过测温模块获得环境温度，并建立环境温度与频率关联模型；通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿。进一步，所述超声波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz又一方面，本发明还提供了一种用于sf6气体检测器的单通道声波衰减检测检测方法。所述单通道声波衰减检测检测方法包括：计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度。进一步，计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制产生相应频率的超声波，且通过检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及计算出sf6气体的实际浓度，即通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度。第三方面，本发明还提供了一种用于sf6气体检测器的温度/频率补偿方法。所述温度/频率补偿方法包括：检测环境温度，并建立环境温度与频率关联模型，且通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿。进一步，所述可调方波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz第四方面，本发明还提供了一种sf6气体检测器的工作方法，以通过理论声压值与实测声压值的声压比值作为sf6浓度的表征参数，计算出sf6气体的实际浓度。所述sf6气体检测器的工作方法，包括：通过单通道声波衰减检测检测方法检测sf6气体的实际浓度；以及通过温度/频率补偿方法，改变超声波的频率，实现温度补偿。进一步，通过单通道声波衰减检测检测方法检测sf6气体的实际浓度的方法包括：计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度；其中计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制产生相应频率的超声波，且通过检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及计算出sf6气体的实际浓度，即通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度；通过温度/频率补偿方法，改变超声波的频率，实现温度补偿的方法包括：检测环境温度，并建立环境温度与频率关联模型，且通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿；其中所述超声波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz本发明的有益效果是，本发明的sf6气体检测器计算出声波经空气中的检测通道衰减后的声压值作为参考值，并实测声波经检测通道衰减后的声压值，用两者的比值作为sf6浓度的表征参数，计算相应的sf6浓度，进而克服了电化学、红外光谱等方案带来的技术问题，通过超声波在降低检测成本的同时，提供了检测精度。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的sf6气体检测器的原理框图；图2是本发明的sf6浓度与声压比值仿真关系图；图3是本发明的环境温度与频率关联模型对应的曲线图。具体实施方式现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。实施例1具体的，六氟化硫的检测目前应用较多，原理主要有电化学、红外光谱等原理。而电化学原理检测sf6气体主要弊端是误报，目前没有一种电化学原理的传感器专门测试sf6，所以存在气体干扰影响电化学传感器的测试精度，出现误报等现象，而红外光谱原理的传感器价格昂贵，无法大范围普及，且对湿度比较敏感，高湿环境下也易产生误报。而超声波检测法就性价比高，不易受其他气体影响，检测精度高。因此本sf6气体检测器基于声波衰减，采用无需参比通道的单通道声波衰减检测方案。如图1所示，本实施例1提供了一种sf6气体检测器，包括：处理器模块和超声波传感器组件；其中所述超声波传感器组件包括用于检测sf6气体浓度的检测通道，位于检测通道两端的超声波发送端和超声波接收端；所述处理器模块适于计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度。具体的，所述处理器模块例如但不限于采用mcu单元，且包括集成12位ad转换功能的32微处理器；所述32微处理器适于输出一可调方波以通过驱动电路驱动超声波发送端t；超声波接收端r通过检波器连接模拟滤波器，将采集的实测声压值输入至12位ad转换中进行数据处理。所述超声波传感器组件中检测通道的长度例如但不限于94mm的距离，且其采样腔表面开孔与外界环境连通，即时刻保持与周围环境一致.作为一种可选的实施方式，所述mcu单元还通过rs485通讯模块将采集的sf6气体的实际浓度发送至上位机，和/或接受上位机设制采集周期和采样灵敏度。进一步，所述sf6气体检测器采用全隔离dc/dc供电，经过滤波可以提供稳定纯净的电源。如图2所示，当检测通道长度固定时，sf6浓度的变化引起了理论声压值与实测声压值的声压比值的显著变化，并且在所取浓度范围内两者电压比值随着sf6浓度的增大而近似线性增长，证明采用通过计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度是可行的；具体的，计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即所述处理器模块适于计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制超声波发送端产生相应频率的超声波，且通过超声波接收端检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度。如图3所示，具体的，所述处理器模块还连接有测温模块，以通过测温模块获得环境温度，并建立环境温度与频率关联模型；通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿。目前超声波传感器受到温度的影响非常大，声波经空气中的检测通道衰减后的声压值作为的参考值，在温度范围-15℃至40℃的区间内，声压值变化较大，作为比较重要衡量精度的参考值，任何的一点波动对于sf6气体的检测精度都是影响非常大的，对于sf6气体的检测精度是不可接受的，鉴于此，本sf6气体检测器从超声波的原理上分析发现，超声波传感器在不同温度环境中，超声波传感器的频率发生了偏移，经过大量实验数据，总结得出超声波传感器与温度变化的曲线，建立环境温度与频率关联模型。所述超声波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz根据测温模块探知环境温度，所述处理器模块改变超声波的频率，例如外界温度为25℃时，超声波的频率为40khz。经过温度对应频率补偿后的sf6气体检测器，具有使用环境范围宽，测量精度高的优点。优选的，所述sf6气体检测器还适于采用间歇行性工作方式，以及通过采取温度与频率自动补偿措施，实现工作稳定、寿命长、测量精度高的优点。实施例2在实施例1基础上，本实施例2提供了一种用于sf6气体检测器的单通道声波衰减检测检测方法。所述单通道声波衰减检测检测方法，即计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度。计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制产生相应频率的超声波，且通过检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及计算出sf6气体的实际浓度，即通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度。关于单通道声波衰减检测检测方法的具体实现方式，详见实施例1中关于计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度的描述。实施例3在实施例1基础上，本实施例3还提供了一种用于sf6气体检测器的温度/频率补偿方法。所述温度/频率补偿方法，即检测环境温度，并建立环境温度与频率关联模型，且通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿。所述可调方波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz关于温度/频率补偿方法的具体实现方式，详见实施例1中关于检测环境温度，并建立环境温度与频率关联模型，且通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿的描述。实施例4在实施例1至3基础上，本实施例4提供了一种sf6气体检测器的工作方法，包括：通过单通道声波衰减检测检测方法检测sf6气体的实际浓度；以及通过温度/频率补偿方法，改变超声波的频率，实现温度补偿。具体的，通过单通道声波衰减检测检测方法检测sf6气体的实际浓度的方法包括：计算理论声压值与实测声压值的声压比值，且将该声压比值作为sf6浓度的表征参数，以计算出sf6气体的实际浓度；其中计算理论声压值与实测声压值的声压比值，即计算出超声波经检测通道衰减后的理论声压值，并控制产生相应频率的超声波，且通过检测超声波经过检测通道衰减后的实测声压值，进而计算所述声压比值；以及计算出sf6气体的实际浓度，即通过声压比值对应的sf6浓度得出sf6气体的实际浓度。通过温度/频率补偿方法，改变超声波的频率，实现温度补偿的方法包括：检测环境温度，并建立环境温度与频率关联模型，且通过该环境温度与频率关联模型控制处理器模块改变超声波的频率，实现温度补偿；其中所述超声波的频率范围为39-41khz，即所述环境温度与频率关联模型如下表所示：环境温度频率40℃39.6khz35℃39.7khz30℃39.8khz25℃40khz20℃40.15khz15℃40.25khz10℃40.4khz5℃40.5khz0℃40.6khz-5℃40.7khz-10℃40.8khz-15℃40.9khz根据测温模块探知环境温度，所述处理器模块改变超声波的频率，例如外界温度为25℃时，超声波的频率为40khz。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。当前第1页12