一种用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件的制作方法

本实用新型涉及氢气检测技术领域，更具体地说，涉及一种用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件。

背景技术：

光声光谱作为一种新型的变压器油中溶解气体在线监测技术正在被越来越多的应用到充油电气设备状态监测领域。光声光谱既可以实现多组分检测(针对少组分原理)，又大大减少了现场的维护量(针对油色谱原理)。但是像氢气这样的对称分子无法通过光声光谱等光学原理进行检测，必须配备其他有效的检测手段。目前行业中和光声光谱配套使用的氢气检测技术主要有两种，一种是定电位电解式氢气传感器，这类传感器以英国城市技术的产品为代表；另一类是高分子薄膜型氢气传感器。这两种技术在应用于绝缘油中溶解气体的在线监测时都有一定的局限性。定电位电解式氢气传感器主要有以下缺陷：1.为了达到一定的检测灵敏度，传感器通过多孔气体扩散膜和外界环境相通。多孔气体扩散膜保证了尽可能多的待测气体分子可以进入到传感器中，从而使得传感器具有较高的灵敏度，但是除了待测气体分子，水分子也可以较大程度的通过多孔气体扩散膜进出传感器，从而使得传感器极易受外界环境的影响：定电位电解式氢气传感器内部采用的是液体电解质，当外界环境湿度比较大时水分子可以自由进入传感器内部造成传感器内部出现水淹的现象；反之当外界环境湿度比较小时，传感器内部的水分子又可以自由扩散到环境中导致传感器内部干涸的现象，这些都会对传感器的检测性能造成致命的影响；2.多孔气体扩散膜对光声光谱体系中的脱气单元提出极高的要求：脱气单元除了脱气之外还要有很强的净化作用，防止油蒸汽通过多孔气体扩散膜进入传感器内部造成电极中毒的现象；3.定电位电解式传感器采用液体电解质进行离子传导，会出现漏液等现象，从而因为一个小部件而影响整个光声光谱的性能；4.定电位电解式气体传感器是在固定激发电位的情况下来进行气体检测的，由于传感器内部始终有激发电压存在，从而影响了传感器的寿命；5.定电位电解式气体传感器所使用的催化剂是非选择性的，各种进入到传感器内部的气体分子都可以参与反应，从而极大的影响氢气检测的准确性。总而言之，定电位电解式气体传感器是针对一般工业安全环境设计的，使用寿命一般在两到三年，不适合于光电光谱这样严苛的环境，更无法胜任光电光谱要求设备具有10年以上使用寿命的需求；传感器为非选择性，易受变压器油中溶解的其他干扰气体的影响。

现有技术还有高分子薄膜型氢气传感器，其属于一种MEMS技术，不存在定电位电解式氢气传感器的缺陷，另外基于MEMS技术的传感器一般都有比较长的使用寿命，但是这类传感器一般灵敏度比较低，造成了检测下限难以满足需求的现象以及低浓度测试不准确的现象。在现行的变压器油中溶解气体在线监测装置的国家标准中要求A类设备要能准确检测2ppm的氢气，但是实际上以MEMS技术进行检测的氢气传感器连20ppm氢气都无法准确检测，不能满足该领域的技术要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种与光声光谱配套使用的氢气检测组件，具有使用寿命长、检测灵敏度高、选择性好，可应用于电厂等恶劣环境等突出优点。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件，包括氢气传感器和储样室，所述氢气传感器包括中空的壳体以及位于所述壳体内用于检测待测气体浓度的燃料电池组件，所述壳体的两端分别为与所述储样室相连接并用于进入待测样品的第一端和用于进入氧气的第二端，在所述第一端处设置有油气分离膜，所述油气分离膜包括无孔本体膜和多孔支撑体。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述无孔本体膜的厚度≤300μm。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述无孔本体膜是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚酰亚胺或聚偏氟乙烯制成的膜。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述壳体是由金属制成的壳体。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述燃料电池组件包括电解质层、阳极、阴极、阳极引线和阴极引线，所述阳极位于所述电解质层朝向所述第一端的一侧，所述阴极位于所述电解质层朝向所述第二端的一侧，所述阳极和阴极分别通过阳极引线和阴极引线与外电路相连。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述电解质层为固体电解质层。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述阴极和阳极分别是多孔气体扩散电极。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述储样室通过循环油泵和油管与外界相通。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述储样室通过密封圈与所述壳体的第一端密封连接。

在本实用新型的氢气检测组件中，所述储样室具有用于调节所述储样室体积大小的伸缩调节机构。

实施本实用新型的用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件，具有以下有益效果：本实用新型的用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件使用寿命长、检测灵敏度高、选择性好，可应用于电厂等恶劣环境中的氢气检测。

附图说明

图1为本实用新型的用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件的结构示意图；

图2为本实用新型的用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件中的无孔本体膜使用时的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件的结构和作用原理作进一步说明：

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-2所示，本实用新型涉及一种用于与光声光谱仪器配套使用的氢气检测组件，该氢气检测组件包括氢气传感器和储样室16，氢气传感器包括中空的壳体11以及位于壳体11内用于检测待测气体浓度的燃料电池组件13，壳体11的两端分别为与储样室16相连接并用于进入待测样品的第一端18和用于进入氧气的第二端14，在第一端18处设置有油气分离膜12，油气分离膜包括无孔本体膜121和多孔支撑体122。

壳体11是由金属制成的，如由铜、铝或不锈钢等，其作用主要是为内部的燃料电池组件13提供结构上的支撑保护以及电信号方面的屏蔽，提供安全可靠的信号传输媒介，充当与储样室16等部件的连接媒介。

无孔本体膜121主要是用于分离出绝缘油中待测气体或者直接用于气体扩散。无孔本体膜121由具有憎水性质以及一定强度的膜制成。无孔本体膜121可以采用聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚酰亚胺或聚偏氟乙烯等材料，材料本身没有孔，气体分子采用溶解扩散的原理穿透过无孔本体膜121，即气体分子首先溶解在无孔本体膜121中再从膜中扩散出来到达壳体11内部完成气体扩散的任务。由于无孔本体膜121本身是没有孔的，那么气体分子越小进入壳体11内部的几率就越大，优选采用选择性氢气扩散膜，只有氢气可以进入壳体11内部，其他气体无法进入，从而从本质上解决了传感器易受其他干扰气体影响的问题。无孔本体膜121厚度要求≤300μm，因为膜的厚度增加既会延长气体分子进入传感器所需要的时间又会大幅度减小气体分子进入的比例。由于这么薄的无孔本体膜121在遇到正压负压等情况时容易出现变形甚至破损从而导致整个传感器失效，为此还增加了为无孔本体膜121提供支撑作用的多孔支撑体122，多孔支撑体122可以是金属制成的，也可以是硬质塑料制成的或陶瓷、云母制成的。

燃料电池组件13包括电解质层131、阳极132、阴极133、阳极引线134和阴极引线135，阳极132位于电解质层131朝向第一端18的一侧，阴极133位于电解质层131朝向第二端14的一侧，阳极和阴极分别通过阳极引线和阴极引线与外电路相连。阴极引线135和阳极引线134是由导电金属制成的。阴极133和阳极132分别是多孔气体扩散电极。

需要说明的是，电解质层131是由现有技术中的固体电解质制成的，这里不再详细赘述。

固体电解质形成的电解质层131起到隔绝阴阳极气体以及提供质子传递通道的作用，采用固体电解质可以避免液体电解质所存在的易受环境变化影响以及电解质泄露等风险。阴极133和阳极132的催化剂是气体发生化学反应的场所。阴极133和阳极132所使用的催化剂可以是相同的成分也可以是不同的成分。当待检测的氢气分子以溶解扩散的原理透过油气分离膜12进入到壳体11内部并到达阳极132时，氢气分子在阳极132的催化剂的作用下发生氧化反应生成氢离子，同时由空气进入壳体11内部的氧气到达阴极133，在阴极133的催化剂处发生还原反应生成氧离子；氢离子在电解质层131的作用下由阳极132运动到阴极133和氧离子结合生成水，同时电子在外电路由阴极133运动到阳极132，完成化学反应，所传递的电子的数量和参加反应的氢气的量成正比，通过检测电流的大小就可以实现氢气的检测。

储样室16通过循环油泵17和油管与外界相通。储样室16与壳体11之间通过密封圈151密封连接。其中，储样室16可以作为油室，也可以作为气室，用于存储提供反应的样气或者样油。储样室16与壳体11相连接的方式可以通过紧固件152连接，如螺钉、膨胀钉等。储样室16连接的一端端面必须平整无毛刺，防止出现漏油漏气等现象。储样室16通过快速接头(图中未标示)与导管相连接，在实际工作时，在循环油泵17的作用下，待测样品进入到储样室16用于传感器检测用。

储样室16具有用于调节储样室16体积大小的伸缩调节机构(图中未标示)，如伸缩管等。通过储样室16体积可调，进而可根据实际需要调整，以保证有足够量的气体进入传感器内部参与反应。

应当理解的是，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，但这些改进或变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围之内。