本发明涉及一种sf6及sf6混合气体密度检测装置和方法，属于气体密度检测领域。
背景技术：
纯净的sf6(六氟化硫)气体在常温常压下为无色、无臭、无毒、不可燃烧的气体，具有优异的绝缘特性和灭弧能力，是一种理想的绝缘介质。随着电力工业的迅速发展和技术装备水平的提高，大量的六氟化硫断路器及全封闭组合电器不断地投入建设和运行，六氟化硫用量越来越大。
但是，sf6气体在应用中也有其不足之处：(1)对电场均匀程度比较敏感，只有在均匀或稍不均匀电场中才能显示出它的优势；(2)排放在大气中的sf6气体难以降解，存在时间长，对全球变暖具有累积效应；(3)sf6气体的价格比较高，提高了成本。
近年来，国内外对减少温室气体排放、保护环境工作越来越重视，为响应环保要求，各大相关行业均在减少六氟化硫温室气体的排放；在高压开关电气设备中也在减少六氟化硫气体用量，推进混合绝缘气体在电气设备的应用，尤其要推动sf6和n2混合绝缘气体的使用，在使用中，需对sf6和n2混合绝缘气体进行纯度检测。
在gis(气体绝缘金属封闭式组合电器的简称)设备中应用了大量的sf6气体作为绝缘介质，gis设备的绝缘和灭弧性能在很大程度上取决于sf6气体的密度，因而需对对sf6气体密度的进行监视，保证gis设备的正常运行，传统的sf6气体密度的监视检测采用的是机械式sf6密度继电器，该类继电器通过弹性金属曲管或双金属片进行温度补偿；当环境温度在20℃时，机械式sf6密度继电器指针指向被测气体的压力值；如果环境温度不是20℃时，被测气体的压力值随温度变化而变化，经弹性金属曲管或双金属片变形对应补偿压力值变化，维持机械式sf6密度继电器指针不随温度变化而发生指向变化。
机械式sf6密度继电器具有下列缺陷：
a、机械式sf6密度继电器温度补偿不是严格按照贝蒂-布里奇曼方程(beattie-bridgman)来实现密度显示。通过弹性金属曲管或双金属片进行温度补偿，仅在一定的温度范围内适用贝蒂-布里奇曼方程，如果温度过低或过高时，机械式sf6密度继电器和贝蒂-布里奇曼方程有很大的差异，致使密度值误差很大，远远达不到检测密度值的作用。
b、机械式sf6密度继电器弹性金属曲管或双金属片放置在gis设备罐体外部，由其产生的温度补偿是受外界空气温度的影响而变化，并不是受sf6气体的温度变化而变化，所以导致温度变化的不同步性，产生一定的误差，尤其在极低或极高温度剧烈变化下，不能实时反映sf6气体密度变化。
中国专利号cn201510058436.0名称：一种耐低温数字式sf6继电器，该继电器将传感器放置在gis设备罐体外部，无法真正反映sf6气体密度变化。
技术实现要素：
本发明的所要解决的技术问题是提供一种准确、实时反映sf6气体或sf6混合气体密度变化的sf6及sf6混合气体密度检测装置和方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明sf6及sf6混合气体密度检测装置，包括箱体、传感器单元、数据处理单元和数据呈现单元；所述传感器单元的输出端与数据处理单元输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与数据呈现单元的输入端相连接；所述数据处理单元和数据呈现单元安装在箱体内，所述箱体固定安装在gis罐体上。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测装置所述传感器单元包括用于测量gis罐体内部环境温度数据的温度传感器和用于测量gis罐体内部环境压力数据的压力传感器，所述温度传感器和压力传感器分别固定安装在gis罐体内表面。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测装置所述温度传感器和压力传感器的输出端分别与数据处理单元的输入端连接；所述数据呈现单元包括分别与数据处理单元输出端连接的数据显示模块和通信模块，所述数据显示模块和通信模块分别设置在箱体内，所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测装置所述数据处理单元为可编程逻辑器件,所述可编程逻辑器件的型号为alteraepm7032ae。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测装置所述数据显示模块为led显示面板，所述有线通信模块采用航空插头接口，所述无线通信模块为gprs模块。
本发明sf6气体密度检测方法，采用如下步骤：
步骤一、通过温度传感器检测gis罐体内部温度为t0，压力传感器检测gis罐体内部压力为p0；
步骤二、根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(rtb-a)d2+rtd
a＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
b＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
r＝56.9502×10-5
得出气体密度d0的值，
式中：p为压力，单位：mpa；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤三、将步骤二计算出的气体密度d0的值及参照温度293k，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算gis罐体内部温度为t0时对应参照温度下的气体压力p，得出气体压力p的值为sf6气体密度；
步骤四、将sf6气体密度的值和温度t0传送至数据呈现单元，进行数据展示，并通过通信模块传送至后台。
本发明sf6混合气体密度检测方法，所述sf6混合气体为sf6和n2的混合气体或sf6和cf4的混合气体，检测方法采用如下步骤：
步骤一、温度传感器检测sf6混合气体gis罐体内部温度t1，压力传感器检测sf6混合气体gis罐体内部压力p1；
步骤二、根据道尔顿分压定律，由式：
p11＝p1c
得出sf6气体分压力p11的值，c为sf6气体在sf6混合气体中所占的体积比，由式：
p12＝p1(1-c)
得出cf4或n2气体分压力p12的值；
步骤三、已知sf6气体分压力p11和温度t1，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(rtb-a)d2+rtd
a＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
b＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
r＝56.9502×10-5
得出sf6气体分密度d11的值，
式中：p为压力，单位：mpa；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤四、已知cf4或n2气体分压力p12和温度t1，根据理想气体的状态方程：
pm＝ktd
计算cf4或n2气体分密度d12的值，
式中，p为压力，单位：mpa；m为cf4或n2气体的摩尔质量，单位:kg/mol；k为理想气体常数，单位：j/(mol*k)；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤五、已知sf6气体分密度d11及参照温度293k，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度t1时对应参照温度下的sf6气体分压力p21；
已知cf4或n2分密度d12及参照温度293k，重新代入理想气体的状态方程，计算温度t1时对应参照温度293k下的cf4或n2气体分压力p22，得出p22的值；
步骤六、根据道尔顿分压定律，由式：
p2＝p21+p22
计算温度t1时，对应参照温度293k下sf6混合气体密度；
步骤七、将sf6混合气体密度p2、sf6气体占比c和温度t1的值传送至数据呈现单元，进行数据展示，并通过通信模块传送至后台。
本发明积极效果如下：
本发明sf6及sf6混合气体密度装置中将温度传感器和压力传感器放置在gis罐体内部，能够真正反映sf6气体密度变化；避免受外界环境影响变化而产生误差。有线通信模块和无线通信模块可以实现数据无线通讯远传功能，为将来的数据分析提供可靠依据。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测方法中sf6气体严格按照贝蒂-布里奇曼方程计算sf6气体的密度值，避免了如果温度过低或过高时，机械式sf6密度继电器显示的值与实际密度值有很大差异。
本发明sf6及sf6混合气体密度装置采用数字显示，减少了人为读数误差，密度检测示值是反映开关本体内在气体质量的重要参数，除了报警/闭锁接点的界限保护外，维护人员更需要定期了解当前的密度状态和变化趋势，在抄表过程中，相比指针指示，本发明避免了人员不同视角对读数产生偏差的影响。
附图说明
附图1为本发明检测装置结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
本发明sf6气体密度检测装置包括箱体1、传感器单元、数据处理单元和数据呈现单元；所述传感器单元的输出端与数据处理单元输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与数据呈现单元的输入端相连接；所述数据处理单元和数据呈现单元安装在箱体1内，所述箱体1固定安装在gis罐体2上；所述传感器单元包括用于测量gis罐体2内部环境温度数据的温度传感器和用于测量gis罐体2内部环境压力数据的压力传感器，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别与数据处理单元的输入端连接；所述温度传感器和压力传感器分别固定安装在gis罐体2内表面；所述数据呈现单元包括分别与数据处理单元输出端连接的数据显示模块和通信模块，所述数据显示模块和通信模块分别设置在箱体1内，所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块；所述数据处理单元为可编程逻辑器件,所述可编程逻辑器件的型号为alteraepm7032ae；所述数据显示模块为led显示面板，所述有线通信模块采用航空插头接口，所述无线通信模块为gprs模块。
本发明sf6气体密度检测方法，采用如下步骤：
步骤一、通过温度传感器检测gis罐体2内部温度为t0，压力传感器检测gis罐体2内部压力为p0；
步骤二、根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(rtb-a)d2+rtd
a＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
b＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
r＝56.9502×10-5
得出气体密度d0的值，
式中：p为压力，单位：mpa；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤三、将步骤二计算出的气体密度d0的值及参照温度293k，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算gis罐体2内部温度为t0时对应参照温度下的气体压力p，得出气体压力p的值为sf6气体密度；
步骤四、将sf6气体密度的值和温度t0传送至数据呈现单元，进行数据展示，并通过通信模块传送至后台。
实施例2:
本发明sf6混合气体密度检测装置包括箱体1、传感器单元、数据处理单元和数据呈现单元；所述传感器单元的输出端与数据处理单元输入端相连接；所述数据处理单元的输出端与数据呈现单元的输入端相连接；所述数据处理单元和数据呈现单元安装在箱体1内，所述箱体1固定安装在gis罐体2上；所述传感器单元包括用于测量gis罐体2内部环境温度数据的温度传感器和用于测量gis罐体2内部环境压力数据的压力传感器，所述温度传感器和压力传感器的输出端分别与数据处理单元的输入端连接；所述温度传感器和压力传感器分别固定安装在gis罐体2内表面；所述数据呈现单元包括分别与数据处理单元输出端连接的数据显示模块和通信模块，所述数据显示模块和通信模块分别设置在箱体1内，所述通信模块包括无线通信模块和有线通信模块；所述数据处理单元为可编程逻辑器件,所述可编程逻辑器件的型号为alteraepm7032ae；所述数据显示模块为led显示面板，所述有线通信模块采用航空插头接口，所述无线通信模块为gprs模块。
本发明sf6混合气体密度检测方法，所述sf6混合气体为sf6和n2的混合气体或sf6和cf4的混合气体，检测方法采用如下步骤：
步骤一、温度传感器检测sf6混合气体gis罐体2内部温度t1，压力传感器检测sf6混合气体gis罐体2内部压力p1；
步骤二、根据道尔顿分压定律，由式：
p11＝p1c
得出sf6气体分压力p11的值，c为sf6气体在sf6混合气体中所占的体积比，由式：
p12＝p1(1-c)
得出cf4或n2气体分压力p12的值；
c的具体数值经仪器检测后录入数据处理单元；
步骤三、已知sf6气体分压力p11和温度t1，根据贝蒂-布里奇曼方程：
p＝(rtb-a)d2+rtd
a＝73.882×10-5-5.132105×10-7d
b＝2.50695×10-3-2.12283×10-6d
r＝56.9502×10-5
得出sf6气体分密度d11的值，
式中：p为压力，单位：mpa；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤四、已知cf4或n2气体分压力p12和温度t1，根据理想气体的状态方程：
pm＝ktd
计算cf4或n2气体分密度d12的值，
式中，p为压力，单位：mpa；m为cf4或n2气体的摩尔质量，单位:kg/mol；k为理想气体常数，单位：j/(mol*k)；d为密度，单位：kg/m3；t为温度，单位为k；
步骤五、已知sf6气体分密度d11及参照温度293k，重新代入贝蒂-布里奇曼方程，计算温度t1时对应参照温度下的sf6气体分压力p21；
已知cf4或n2分密度d12及参照温度293k，重新代入理想气体的状态方程，计算温度t1时对应参照温度293k下的cf4或n2气体分压力p22，得出p22的值；
步骤六、根据道尔顿分压定律，由式：
p2＝p21+p22
计算温度t1时，对应参照温度293k下sf6混合气体密度；
步骤七、将sf6混合气体密度p2、sf6气体占比c和温度t1的值传送至数据呈现单元，进行数据展示，并通过通信模块传送至后台。
本发明sf6及sf6混合气体密度装置中将温度传感器和压力传感器放置在gis罐体2内部，能够真正反映sf6气体密度变化；避免受外界环境影响变化而产生误差。有线通信模块和无线通信模块可以实现数据无线通讯远传功能，为将来的数据分析提供可靠依据。
本发明sf6及sf6混合气体密度检测方法中sf6气体严格按照贝蒂-布里奇曼方程计算sf6气体的密度值，避免了如果温度过低或过高时，机械式sf6密度继电器显示的值与实际密度值有很大差异。
本发明sf6及sf6混合气体密度装置采用数字显示，减少了人为读数误差，密度检测示值是反映开关本体内在气体质量的重要参数，除了报警/闭锁接点的界限保护外，维护人员更需要定期了解当前的密度状态和变化趋势，在抄表过程中，相比指针指示，本发明避免了人员不同视角对读数产生偏差的影响。
最后说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。