CN103127838A - 用于气体传感器的复合分离膜结构和气体传感器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于实时监测电力变压器的绝缘油的劣化的用于气体传感器的复合分离膜结构，包括复合分离膜结构的气体传感器设备和使用气体传感器设备测量气体浓度的方法和设备。通过实时定量地测量溶解在绝缘油中的几种气体的浓度，能够在本地诊断电力变压器中是否有故障以及电力变压器中在哪出现哪种故障。因此，可以防止电力变压器的崩溃，并且可以预测电力变压器中的绝缘油的剩余使用寿命。

Description

用于气体传感器的复合分离膜结构和气体传感器设备
技术领域
本公开涉及一种用于气体传感器的复合分离膜结构、包括所述复合分离膜结构的气体传感器设备和使用所述气体传感器设备测量气体浓度的方法与设备。更具体地讲，本公开涉及一种用于气体传感器的复合分离膜结构、一种包括所述复合分离膜结构的气体传感器设备和使用所述气体传感器设备测量气体浓度的方法和设备，所述气体传感器设备能够实时监测用在诸如电力变压器的电力设备中的绝缘油的劣化。
背景技术
电力变压器是十分重要的供电设备。为了防止电力设备的任何突发故障以致断电，并且为了经济地操作电力设备并预测它们的使用寿命，能够监测电力变压器的内部故障以防止危险事故的状态监测技术是必需的。
目前用于诊断可能出现在电力变压器绝缘油中的内部故障的状态监测技术可以包括油中气体分析、绝缘油的含水量和功率因数的测量、局部放电的测量、低压冲击波测试等。
在所述方法中，油中气体分析方法可以随着劣化的进行来检测电力变压器内部的绝缘油的劣化。另外，由于油中气体方法技术可靠且易于实时应用，所以应用得最为频繁。
将更详细地描述油中气体分析方法。
由于电力变压器中使用通电线圈，所以电力变压器经受恒定的热。电力变压器内部的局部电击穿可能导致高温局部电弧放电。
伴随所述情况，烃类绝缘油可以热分解产生诸如氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)等气体。具体地讲，当受热部分周围存在诸如绝缘纸、纸板、胶木等的绝缘材料时，还可以产生诸如一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)的气体。
供参考，在这些气体中，诸如氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、丙烷等的气体高度可燃，因此这些气体在电力变压器的诊断和安全管理方面是十分重要的成分。
由于这些气体中的大多数在绝缘油中可溶，因此可以通过提取气体并且定量/定性地分析它们来诊断在电力变压器内是否有故障以及在电力变压器中什么地方出现什么类型的故障。
为了对包括在绝缘油中的气体进行分析，通常采用的方法为：从操作的电力变压器提取绝缘油样品，把绝缘油带到实验室，从绝缘油中提取气体并利用气相色谱对气体进行分析。
但是，由于在取样过程中可能出现人为误差因素，因此基于这种实验室的分析可靠性低并且对结果进行分析还需要大量时间。
因此，最近已经试图在电力变压器内部或外部安装直接实时测量的设备以能够连续地测量和监测。
例如，为了从电力变压器的内部对溶解在绝缘油中的气体取样，可以使用微滤过滤器或超滤过滤器，其中，所述微滤过滤器或超滤过滤器可以将绝缘油中气体从绝缘油介质中过滤出来。
但是，根据发明人的研究，这种气体取样可以通过在过滤器的背面使用真空泵施加负压来实现。这是由于溶解在绝缘油中的气体通过在两端施加了大的压差的过滤装置而被提取出来。
但是，考虑到真空泵相对短的使用寿命，对于使用寿命应该长约10年-30年的电力变压器的实时状态监测技术，这个方法似乎不那么实用。
至于分析溶解在绝缘油中的气体的另一方法，专利文献1公开了一种用于监测电力变压器内部故障的设备和方法，其中，通过使用油/气分离膜提取并分离溶解在绝缘油中的气体以及使用电化学气体传感器检测绝缘油中气体的总浓度来诊断所述故障。
但是，根据发明人的研究，专利文献1没有具体描述如何制作分离膜和分离膜产生的效果。
同时，半导体气体传感器包括诸如氧化锡、氧化钨、氧化锆等的金属氧化物，由于上述材料的电性质可以随存在的气体发生改变，因此通常已知的是半导体气体传感器能够定量地测量气体成分的浓度。半导体气体传感器经常用于测量空气中的污染气体。
但是，当为了测量电力变压器中的绝缘油的劣化而将半导体气体传感器与绝缘油直接接触或者与从绝缘油中产生的油烟直接或间接接触时，污染物极可能污染半导体气体传感器的表面，最终导致测量错误。
专利文献2、专利文献3和专利文献4公开了一种通过使用商用半导体气体传感器检测油中气体的浓度来分析绝缘油中的气体的装置和方法，还公开了可以有选择地使用用于提取和分离溶解在绝缘油中的气体的分离膜。
但是，根据发明人的研究，所述专利文献也没有具体地描述如何制作分离膜和分离膜产生的效果。
另外，根据发明人的研究，在专利文献2中，例如按照首先确定氢气的浓度然后确定一氧化碳的浓度的方式，顺序地确定多个单独的气体的浓度。但是，由于这种方法需要能够感测特定气体(例如，氢气)的特殊传感器，因此将通常使用的半导体气体传感器用在本方法中不合适。
同时，专利文献5提供了使用厚度为大约1μm至1000μm并且用于分离溶解在液体中的气体的孔隙度为大约5％至99％的多孔PTFE聚合物材料，并描述了拉伸聚合物材料的表面、溶剂提取或浇铸以得到多孔表面的具体示例。
另外，专利文献6提供了用于提取和分离溶解在油介质中的气体的厚度为大约1mm至5mm、孔尺寸为大约0.001mm至大约0.1mm的多孔聚合物材料(聚四氟乙烯和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)，并描述了在油/气分离膜的表面上形成孔的具体示例，其中，通过使用13.56MHz的射频(RF)型输出功率为大约100W至500W的氩气或氮气激光器、并且在大约0.5Pa至50Pa的压强下轰击大约10分钟至大约30分钟来形成所述孔。
但是，根据发明人的研究，即使在那些专利文献中公开的方法中，极可能的是分离膜两端的压差是不可避免的。此外，分离膜的加工复杂并且需要特殊的技术。
[专利文献]
专利文献1：第10-0342421号韩国专利
专利文献2：第10-2007-0112014号韩国专利公布
专利文献3：第H5-52787号日本专利公布
专利文献4：第H6-160329号日本专利公布
专利文献5：第6，800，118号美国专利公布
专利文献6：第7，811，362号美国专利公布
发明内容
本公开涉及一种与半导体气体传感器一起使用的用于气体传感器的复合分离膜结构以及包括所述复合分离膜的气体传感器设备，所述复合分离膜结构包括用于分离绝缘油和溶解在绝缘油中的气体的分离膜。绝缘油不可以通过复合分离膜，但是绝缘油中的气体可以通过复合分离膜，从而可以防止由于绝缘油介质和包含在绝缘油介质中的水引起的污染，复合分离膜结构两端的压差可以小，并且复合分离膜结构的机械强度可以不被降低。
本公开还涉及一种测量气体浓度的方法和设备，在没有经历使用或选择与特定气体反应的特定半导体气体传感器的困难的情况下，本方法和设备能够使用通常使用的半导体气体传感器具有高可靠性地简单地测量绝缘油中的气体中的各种的气体的浓度。
在实施例中，提供了一种用于气体传感器的复合分离膜结构，所述复合分离膜结构包括：支撑体，具有网状结构；多孔溶胶凝胶材料的涂层，设置在支撑体上；以及自组装单层，设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层上。
在示例性实施例中，自组装单层可以既是疏油的又是疏水的。
在示例性实施例中，自组装单层可以由氟代烃类硅烷制成。
在示例性实施例中，支撑体可以是金属或陶瓷支撑体。
在示例性实施例中，多孔溶胶凝胶材料可以是有机金属化合物或陶瓷。
在示例性实施例中，多孔溶胶凝胶材料可以是通过溶胶凝胶方法从前驱体得到的聚合物材料，其中，所述前驱体是至少一种烷氧基硅烷或者由式M(OR)x(其中，M是诸如钛、锆、镍、铝、铅、硼等的金属或类金属，R是C1-10的烷基)表示的烷氧基化合物或它们的组合，所述至少一种烷氧基硅烷选自于由甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷组成的组。
在实施例中，提供了一种气体传感器设备，所述气体传感器设备包括：半导体气体传感器；以及所述复合分离膜结构，与半导体气体传感器分开设置。
在示例性实施例中，气体传感器设备可以包括：壳体，其中，容纳或安装有半导体气体传感器和复合分离膜结构；下板，支撑半导体气体传感器；以及上板，覆盖复合分离膜结构，并且下板和上板分别与壳体接合。
在示例性实施例中，气体传感器设备可以包括：一个所述复合分离膜结构；以及半导体气体传感器阵列，其中，排列有两个或多个半导体气体传感器。
在示例性实施例中，气体传感器设备可以包括：第一壳体，其中，容纳或安装有半导体气体传感器阵列；第二壳体，其中，容纳或安装有复合分离膜结构；端帽，与第一壳体的下部接合；以及适配器，与第二壳体的上部接合，并且第一壳体和第二壳体彼此接合。
在示例性实施例中，气体传感器设备还可以包括：气体密封垫，设置在复合分离膜结构的一侧或者两侧上。
在示例性实施例中，气体传感器设备还可以包括壳体中的密封构件。
在示例性实施例中，气体传感器设备还可以包括连接第一壳体和端帽的连接构件。
在示例性实施例中，气体传感器设备可以与电力变压器中的绝缘油或电力变压器中的绝缘油的烟接触来执行感测。
在实施例中，提供了一种测量气体浓度的方法，所述方法包括：通过使用至少一个半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体来得到传感器电阻值Rs；以及使用等式1从传感器电阻值Rs得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度，
[等式1]
[Log G]i＝[kij]-1[[Log(Rs/R0)]i-[∑aij]i](i，j＝1，...，n)
其中，R0是当一种气体的浓度固定、在清洁空气条件下、在除了所述一种气体之外没有其它待测量的气体的情况下测量的传感器电阻值，R0是常数；
Rs/R0是传感器电阻比，
i是指定给用于测量气体浓度的各个半导体气体传感器的标号，
j是指定给经历了气体浓度测量的各种气体的标号，
n是测量的气体的总数，
G是待测量的各种气体的浓度，
[Log G]i待测量的各种气体的浓度的对数的矩阵，
kij是在第i半导体气体传感器基于第j气体的浓度的对数的改变的传感器电阻比的对数的变化率，kij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
[kij]-1是kij矩阵的逆矩阵，i和j分别从1到n变化，
[Log(Rs/R0)]i是i从1到n变化的传感器电阻比的对数的矩阵，
aij是在能够通过第i半导体气体传感器测量的第j气体的最低浓度的情况下的传感器电阻比的对数，aij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
∑aij是i固定并且j从1到n变化的aij的总和，[∑aij]i是i从1到n变化的∑aij的矩阵。
在示例性实施例中，在用于测量气体浓度的方法中使用气体传感器设备，所述气体传感器设备包括：半导体气体传感器；以及所述复合分离膜结构，与半导体气体传感器分开设置。
在示例性实施例中，提供了一种用于测量气体浓度的设备，所述设备包括：至少一个半导体气体传感器；以及计算设备，使用等式1从电阻值Rs得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度，电阻值Rs通过使用半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体得到。
在示例性实施例中，用于测量气体浓度的设备还可以包括：气体传感器设备，所述气体传感器设备包括半导体气体传感器；以及所述复合分离膜结构，与半导体气体传感器分开设置，并且使用气体传感器设备的半导体气体传感器得到传感器电阻值Rs。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，公开的示例性实施例的上述和其他方面、特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示意性示出了根据示例性实施例的复合分离膜结构；
图2a至图2c示意性示出了根据示例性实施例的气体传感器设备的构造；
图3a至图3c示意性示出了根据另一示例性实施例的气体传感器设备的构造；
图4示意性示出了根据示例性实施例的气体传感器设备连接到电力变压器的示例；
图5示出了使用将在示例性实施例中使用的商用半导体气体传感器已对不同气体和不同浓度进行了测量的传感器电阻比的示例的曲线图；
图6示出了用在示例中的多孔材料层的分子结构；
图7示意性示出了被构造为评估根据示例的复合分离膜结构的效果的设备；
图8示出了在示例中使用电化学气体传感器测量二氧化碳浓度随时间改变的变化的结果；以及
图9示出了在与图8中的实验条件相同的情况下测量的气体传感器的电压的结果，比较了使用或不使用复合分离膜结构的情况。
[主要元件的描述]
1.半导体气体传感器
2.壳体
3.上板
4.下板
5.复合分离膜结构
5a.具有网状结构的支撑体
5b.多孔溶胶凝胶材料的层
5c.自组装单层
6.气体密封垫
7.O形环(密封元件)
8，9.平头螺栓
10，10′.用于排出溶解的气体的闸门阀
11，11′.管套
12，12′.O形环(密封元件)
13，13′.气体传感器设备
14.变压器主体
15.第一壳体
16.结合环
17.端帽
18.O形环(密封构件)
19.半导体气体传感器阵列
20.第二壳体
21.复合分离膜结构
21a.具有网状结构的支撑体
21b.多孔溶胶凝胶材料的层
21c.自组装单层
22.气体密封垫
23.适配器
24，25.平头螺栓
26.测试箱
27.具有复合分离膜结构的气体传感器设备
28.不具有复合分离膜结构的气体传感器设备
29.电化学气体传感器
30.二氧化碳压力容器
31.压强控制器
32.用于气体注入的开/关阀
33.用于排气的开/关阀
具体实施方式
现在参照附图在下文中将更充分地描述示例性实施例，附图中示出了示例性实施例。但是，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应理解为限于这里阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将完全和彻底，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在描述中，可以省略公知特征和技术的细节以避免使本实施例不必要的模糊。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域普通技术人员通常理解含义相同的含义。还将理解的是，诸如那些在通常使用的字典中定义的术语应解释为具有与在相关技术和本公开的上下文中它们的含义一致的含义，并且除非这里明确这样定义否则将不以理想或过于正式的意义进行解释。
在附图中，相同的标号表示相同的元件。为清晰起见，可以夸大附图的形状、尺寸和区域等。
在下文中，将详细描述根据示例性实施例的用于气体传感器的复合分离膜结构、使用所述复合分离膜结构的气体传感器设备和使用所述气体传感器设备测量气体浓度的方法和设备。
使用便宜、商用(即，通常使用的)半导体气体传感器定量地实时监测用在诸如电力变压器的电力设备中的绝缘油的劣化将具有巨大经济价值并将创新地代替现有的状态监测技术。
但是，为了使用商用半导体气体传感器实时定量地监测溶解在绝缘油中的气体，用于提取和分离溶解的气体的分离膜是必需的。分离膜应该是烃类绝缘油不能穿过但溶解在油中的待测量的低分子量气体可以物理穿过的膜。
另外，分离膜两端的压差需要最小化，使得不必通过施加负压等来人工诱导穿过分离膜的流，其中，分离膜与电力变压器中的绝缘油介质接触或与在电力变压器的上部中的空的空间中存在的烟接触。
此外，尽管分离膜两端的压差小，但有必须通过加强分离膜的机械强度来提高分离膜的耐久性。
另外，在耐久性和可靠性方面，应当防止由于绝缘油介质和包括在绝缘油中的水的物理或化学吸附引起的分离膜表面的污染。
在实施例中，提供了一种三层复合分离膜结构，所述三层复合分离膜结构包括用于分离绝缘油和溶解在绝缘油内的气体的分离膜，所述分离膜与半导体气体传感器一起使用，其中，多孔溶胶凝胶材料涂覆在网状结构支撑体(例如，精细尺寸的格子型)上，然后将具有仅绝缘油中的气体可以通过的这种细孔的材料在多孔溶胶凝胶材料的表面上涂覆非常小的厚度。
图1示意性示出了根据示例性实施例的复合分离膜结构。
如图1所示，根据示例性实施例的复合分离膜结构5包括：具有网状结构的支撑体5a；设置在支撑体上的多孔溶胶凝胶材料的涂层5b，通过溶胶凝胶法(即，多孔溶胶凝胶材料)得到作为多孔材料的多孔溶胶凝胶材料；以及设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层上的自组装单层5c。
首先，将描述自组装单层5c。自组装单层5c是有机层，有机层的分子具有头基和尾，所述尾具有附着在尾的端部的官能团。自组装单层的厚度小，例如，大约1μm至10μm的厚度，并且具有纳米级(例如，大约10nm至50nm)的孔尺寸的非常精细的孔的多孔表面。因此，具有相对大分子量的绝缘油介质不可以通过自组装单层，但是溶解在绝缘油中的气体可以通过自组装单层。
在示例性实施例中，自组装单层可以既疏油又疏水。当自组装单层既疏油又疏水时，可以防止由于劣化的绝缘油和包括在绝缘油中的水的物理或化学吸附造成分离膜表面的污染。
既疏油又疏水的自组装单层在现有技术中是已知的。既疏油又疏水的自组装单层的非限制性示例可以包括氟代烃类硅烷。
例如，氟代烃类硅烷可以是3M公司的Novec Coating EGC-1720，NovecCoating EGC-1720是透明的、溶解在氢氟醚溶剂中的氟硅烷聚合物的低粘度溶液。
同时，如果自组装单层直接涂覆在半导体气体传感器表面上，则可能出现几个不期望的问题。即，商用半导体气体传感器通常具有嵌入在传感器中的电热丝，并且传感器可以被加热到一定温度来提高检测灵敏度。因此，对于自组装单层来说，与电热丝保持距离以耐受这样的温度是必须的。另外，还必须加固非常薄且具有弱机械强度的自组装单层。
如下地加强自组装单层的机械强度。
首先，具有网状结构的支撑体5a形成在自组装单层5c的最下部。
在示例性实施例中，具有网状结构的支撑体可以是金属网状物或陶瓷网状物。由于制备金属网状物简单且成本低，所以可以使用金属网状物。
作为非限制性示例，网眼间隔在长度和宽度上可以是大约1μm至100μm，支撑体可以具有大约0.05mm至1mm的厚度。
当使用具有网状结构的支撑体5a来加强强度时，可能不容易在支撑体5a上直接形成自组装单层5c，还可能需要另外的强度加强。
因此，多孔溶胶凝胶材料的涂层5b(即，通过溶胶凝胶方法获得的多孔材料)在支撑体5a和自组装单层5c之间形成在具有网状结构的支撑体5a的表面上。如上所述，自组装单层5c涂覆在涂层5b上。
由于通过溶胶凝胶法(即，溶胶的凝胶化)得到多孔溶胶凝胶材料，所以多孔溶胶凝胶材料的涂层5b不仅使得容易形成自组装单层5c，而且还具有比自组装单层5c的精细孔大的孔。
作为参考，溶胶凝胶方法在本领域是公知工艺，该方法使用前驱体制备胶态(溶胶)，并且溶胶通过凝胶化改变成液态(凝胶)以得到网状结构，即，多孔溶胶凝胶材料。
在示例性实施例中，多孔溶胶凝胶材料是通过溶胶凝胶方法从前驱体得到的聚合物材料，其中，所述前驱体是至少一种烷氧基硅烷或者由式M(OR)x(其中，M是诸如钛、锆、镍、铝、铅、硼等的金属或类金属，R是C1-10烷基)表示的烷氧基化合物或它们的组合，所述至少一种烷氧基硅烷选自于由甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷组成的组。当使用这些聚合物材料时，可以改善耐久性、耐热性和/或粘附性等。
作为非限制性示例，多孔溶胶凝胶材料的涂层可以具有大约10nm至1000nm的厚度。
接下来，将描述包括复合分离膜结构的气体传感器设备。
图2a至图2c示意性示出了根据示例性实施例的气体传感器设备的构造。图2a是气体传感器设备的分解视图，图2b示出了图2a中示出的组件被组装的状态，图2c是图2b的侧面剖视图。
如在图2a中所示，根据示例性实施例的气体传感器设备包括半导体气体传感器1和上面描述的与半导体气体传感器1分隔开一定距离设置的复合分离膜结构5。
如上所述，商用半导体气体传感器可以具有嵌入在传感器中的电热丝，并且传感器被加热到一定温度以提高检测灵敏度。因此，将复合分离膜结构5设置为与半导体气体传感器1分隔开距离使复合分离膜结构5与传感器中的电热丝保持距离。
具体地说，在气体传感器设备中，半导体气体传感器1容纳在用作主体的壳体2(例如，圆柱形形状)中。另外，复合分离膜结构5安装在壳体2与半导体气体传感器1分隔开距离的上部上。半导体气体传感器1由下板4支撑，复合分离膜结构5由上板3覆盖。上板3和下板4通过诸如平头螺栓8和平头螺栓9(见图2b和图2c)的接合装置分别与壳体2接合。
诸如O形环7的密封构件可以设置在壳体2中的半导体气体传感器1上。
另外，诸如硅树脂垫的气体密封垫6可以设置在复合分离膜结构5的一侧或两侧上。
同时，当期望使用多个半导体气体传感器同时测量溶解在绝缘油中的几种不同气体时，在图2a至图2c中示出的气体传感器设备可以如在图3a至图3c中那样改进，以便有效地测量溶解在绝缘油中的几种不同气体。
图3a至图3c示意性示出了根据另一示例性实施例的气体传感器设备的结构。图3a是气体传感器设备的分解视图，图3b示出了图3a中示出的组件被组装的状态，图3c是图3b的侧面剖视图。
参照图3a至图3c，多个半导体气体传感器布置成阵列19，并且一个所述复合分离膜结构21设置在传感器阵列19上以构成集成气体传感器设备。如上所述，复合分离膜结构21包括：支撑体21a，具有网状结构；多孔溶胶凝胶材料的涂层21b，设置在支撑体21a上；以及自组装单层21c，设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层21b上。
气体传感器设备可以包括：用作主体的第一壳体15，其中，容纳有多个半导体气体传感器的阵列19；第二壳体20，其中，安装有复合分离膜结构；端帽17，例如，通过螺栓与第一壳体15的下部接合；以及适配器23，与第二壳体20的上部接合。适配器23是用于与电力变压器连接的适配器。
作为连接构件的结合环16还可以设置在端帽17和第一壳体15之间。结合环16可以分别通过螺栓与第一壳体15和端帽17接合。
第一壳体15和第二壳体20可以通过螺栓彼此接合。另外，第二壳体20和适配器23可以通过诸如平头螺栓24的接合装置接合。并且，阵列19还可以通过诸如平头螺栓25的接合装置固定在第一壳体中。
接下来，将描述通过将气体传感器设备连接到电力变压器来测量气体浓度的示例。
图4示意性示出了将根据示例性实施例的气体传感器设备连接到电力变压器的示例。
如图4所示，气体传感器设备可以与电力变压器的绝缘油或电力变压器中的绝缘油的烟接触来执行感测。
具体地说，根据示例性实施例的气体传感器设备13和气体传感器设备13′可以连接在电力变压器主体14的上部或下部。
当绝缘油没有填充到电力变压器主体14的上部时，在电力变压器主体14的上部形成空的空间。当在绝缘油和绝缘油中的气体之间的气体平衡条件下在所述空间中存在油烟时，使用根据示例性实施例的气体传感器设备13是更有利的。用于排出溶解的气体的闸门阀10可以设置在电力变压器主体14的上部，气体传感器设备13可以连接在管套11和O形环(密封构件)12之后，以便感测溶解在绝缘油中的气体。
当在电力变压器主体14内没有这样的空的空间时，用于排放溶解的气体的闸门阀10′可以设置在电力变压器主体14的任意部位(例如，在下部)，气体传感器13′可以连接在套管11′和O形环(密封构件)12′之后，使得溶解在绝缘油中的气体可以在气体传感器设备13′与绝缘油介质接触的条件下直接被感测。
接下来，将详细描述根据示例性实施例的测量气体浓度的方法和设备。
为了使用商用半导体气体传感器实时定量地测量溶解在绝缘油中的气体，需要避免必须使用或选择与特定气体反应产生传感器输出值的特定的半导体气体传感器的任何不便或困难。实际上，商用半导体气体传感器并不是仅响应于诸如氢气的特定气体给出它们的传感器输出值，而且与溶解在绝缘油中的所有气体反应给出传感器输出值。
关于经济效用，在气体传感器设备中应该使用响应于不同气体给出传感器输出值的通常使用的半导体气体传感器。另外，需要的是当使用通常使用的半导体气体传感器时，应该容易地并且高可靠性地测量各种气体的浓度。
因此，在示例性实施例中，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度可以基于来自测量绝缘油中的混合气体的多个通常使用的半导体气体传感器的测量结果来独立地计算。
为此，使用多个通常使用的气体传感器，并且通常使用的气体传感器的数量与溶解在绝缘油中的气体的种类相同。
对于等式1如下解释，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度可以基于用于测量的多个传感器的传感器电阻比以及根据气体传感器和气体确定的常数利用[等式1]通过计算来确定。
也就是说，在示例性实施例中，传感器电阻值Rs通过利用至少一个通常使用的半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体来得到。根据电阻值Rs，通过利用等式1得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度。
[等式1]
[Log G]i＝[kij]-1[[Log(Rs/R0)]i-[∑aij]i](i，j＝1，...，n)
其中，R0是当一种气体的浓度被固定为例如1000ppm、在清洁空气条件下、在除了所述一种气体之外没有其它待测量的气体的情况下测量的传感器电阻值，R0为常数：
Rs/R0是传感器电阻比，
i是指定给用于测量气体浓度的各个半导体气体传感器的标号，
j是指定给经历了气体浓度测量的各种气体的标号，
n是测量的气体的总数，
G是待测量的各种气体的浓度，
[Log G]i是待测量的各种气体的浓度的对数的矩阵，
kij是在第i半导体气体传感器基于第j气体的浓度的对数的变化的传感器电阻比的对数的变化率，kij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
[kij]-1是矩阵kij的逆矩阵，其中，i和j分别从1到n变化，
[Log(Rs/R0)]i是随着i从1到n变化传感器电阻比的对数的矩阵，
aij是在能够通过第i半导体气体传感器测量的第j气体的最低浓度的情况下的传感器电阻比的对数，aij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
∑aij是i固定并且j从1到n变化的aij的总和，[∑aij]i是i从1至n变化的∑aij的矩阵。
在本公开中，根据由半导体传感器制造商或供应商提供的通常使用的半导体气体传感器，kij值或aij值是常数(见图5)。如果必需的话，当在实施例中使用通常使用的半导体传感器时，通过随后将描述的进一步校准所述常数，也可以得到所述值。因此，kij值或aij值是在第i半导体气体传感器基于第j气体确定的常数或者从所述常数校准的值。
另外，R0值是已知的传感器电阻值，即，当一种气体的浓度固定(例如，在除了所述一种气体以外没有其它待测量的气体的情况下，在洁净空气条件下为1000pm)时测量的传感器电阻值。
在根据示例性实施例的测量气体浓度的方法中，在如上所述提及的气体传感器设备中的半导体气体传感器可以用作通常使用的气体传感器。
在示例性实施例中，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度可以使用用于测量气体浓度的设备定量地测量。用于测量气体浓度的设备可以包括至少一个通常使用的半导体气体传感器和计算装置，计算装置使用[等式1]从电阻值Rs得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度。这里，通过使用通常使用的半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体得到Rs。
在示例性实施例中，用于测量气体浓度的设备还可以包括如上所述的气体传感器设备，并且可以使用气体传感器设备的半导体气体传感器得到传感器电阻值Rs。
为了便于理解等式1，将描述示例，其中，传感器的个数是5(即，i＝1、2、3、4、5)，气体的数量是5(即，j＝1、2、3、4、5)。也就是说，在示例性实施例中，半导体气体传感器的个数i与待测量的气体的数量j设置为相同。
假设5种不同的气体，例如，氢气(H2)、一氧化碳(CO)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)以及甲烷(CH4)气体溶解在电力变压器的绝缘油中。另外，为便于理解，假设使用商用半导体气体传感器，图5示出了使用商用半导体气体传感器来测量不同气体的传感器输出电阻Rs。
图5是示出使用将在示例性实施例中使用的商用半导体气体传感器已对不同气体和不同浓度进行了测量的传感器电阻比的示例的曲线图。这种示例曲线图通过商用半导体气体传感器的供应商或制造商来提供以用于校准实际测量的数据。
在图5中，x轴示出了浓度(ppm)[或精确地为Log(浓度)]，y轴示出了传感器电阻比(Rs/R0)[或精确地为传感器电阻比的对数[Log(Rs/R0)]]。供参考，对于本领域技术人员公知的是，简单地将浓度(ppm)和传感器电阻比(Rs/R0)标示在x轴和y轴中，而不是它们的对数标示在x轴和y轴中。R0是当一种气体的浓度固定在例如1000ppm(在除了所述一种气体以外没有其它待测量的气体的情况下，在洁净空气条件下)时测量的常数传感器电阻值。
Rs是通过商用半导体气体传感器在任意气体条件(即，给出的气体条件)下测量的电阻值。因此，Rs/R0是传感器电阻比，即，将通过商用半导体气体传感器在给出气体条件下测量的电阻值与在除了待测量的一种气体以外没有其它待测量的气体的情况下在洁净空气的条件下测量的电阻值进行比较。
供参考，当购买商用半导体气体传感器时，这样的曲线图或数据通常由所述商用半导体气体传感器的供应商或制造商提供以用于校准，其中，所述的曲线图或数据示出了取决于气体浓度变化的传感器电阻比的变化。因此，在实施例中，用于在等式1中计算的R0值、kij值或aij值是已确定的常数值。
如果5种不同的气体溶解在绝缘油中，并且使用总共5个半导体气体传感器来测量溶解在绝缘油中的气体中的各种气体浓度，那么通过所述气体传感器中的一个气体传感器S1针对所述五种气体测量的传感器电阻比(Rs/R0)S1的对数可以表示为在各个气体浓度下针对各种气体测量的各个传感器电阻比的对数的线性和，如等式2所示。
[等式2]
Log(Rs/R0)s1＝[k11 log(H2，ppm)+a11]+[k12 log(CO，ppm)+a12]+[k13 log(C2H2，ppm)+a13]+[k14 log(C2H4，ppm)+a14]+[k15 log(CH4，ppm)+a15]
在等式2中，k11是在传感器S1基于Log(氢气浓度)[(H2，ppm)]的变化的Log(传感器电阻比)的变化率(即，直线的斜率)。
a11是能够通过传感器S1测量的最低氢气浓度[(H2，ppm)]的情况下的Log(传感器电阻比)值。
k12是在传感器S1基于Log(一氧化碳气体浓度)[Log(CO，ppm)]的变化的Log(传感器电阻比)的变化率(即，直线的斜率)。
a12是能够通过传感器S1测量的最低一氧化碳气体浓度[(CO，ppm)]的情况下的Log(传感器电阻比)值。
k13是在传感器S1基于Log(乙炔气体浓度)[Log(C2H2，ppm)]的变化的Log(传感器电阻比)的变化率(即，直线的斜率)。
a13是能够通过传感器S1测量的最低乙炔气体浓度[(C2H2，ppm)]的情况下的Log(传感器电阻比)值。
k14是在传感器S1基于Log(乙烯气体浓度)[Log(C2H4，ppm)]的变化的Log(传感器电阻比)的变化率(即，直线的斜率)。
a14是能够通过传感器S1测量的最低乙烯气体浓度[(C2H4，ppm)]的情况下的Log(传感器电阻比)值。
k15是在传感器S1基于Log(甲烷气体浓度)[Log(CH4，ppm)]的变化的Log(传感器电阻比)的变化的变化率(即，直线的斜率)。
a15是能够通过传感器S1测量的最低甲烷气体浓度[(CH4，ppm)]的情况下的Log(传感器电阻比)值。
这些值可以从图5中所示的数据或曲线图中得到，所述数据或曲线图由半导体气体传感器制造商或供应商来提供以用于校准。如果任何气体在提供的用于校准的曲线图中没有被指定，则与这样的没有被指定的气体对应的k值和a值可以设为0。虽然通过传感器S1测量的最低氢气、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷气体浓度在图5中示例为相同，但是本领域技术人员将理解的是，各自最低气体浓度可以不同。
与等式2类似，通过气体传感器S2、S3、S4、S5测量的传感器电阻比可以如下表述。
[等式3]
Log(Rs/R0)s2＝[k21 log(H2，ppm)+a21]+[k22 log(CO，ppm)+a22]+[k23log(C2H2，ppm)+a23]+[k24 log(C2H4，ppm)+a24]+[k25 log(CH4，ppm)+a25]
[等式4]
Log(Rs/R0)s3＝[k31 log(H2，ppm)+a31]+[k32 log(CO，ppm)+a32]+[k33log(C2H2，ppm)+a33]+[k34 log(C2H4，ppm)+a34]+[k35 log(CH4，ppm)+a35]
[等式5]
Log(Rs/R0)s4＝[k41 log(H2，ppm)+a41]+[k42 log(CO，ppm)+a42]+[k43log(C2H2，ppm)+a43]+[k44 log(C2H4，ppm)+a44]+[k45 log(CH4，ppm)+a45]
[等式6]
Log(Rs/R0)s5＝[k51 log(H2，ppm)+a51]+[k52 log(CO，ppm)+a52]+[k53log(C2H2，ppm)+a53]+[k54 log(C2H4，ppm)+a54]+[k55 log(CH4，ppm)+a55]
等式2至等式6可以通过如等式7中的矩阵简单地表述。
[等式7]
Figure BDA00002456278700171
等式7可以使用如在等式8中的量度表述。
[等式8]
[Log(Rs/R0)]si＝[kij][Log G(ppm)]i+[∑aij]i(i，j＝1，...，5)
因此，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度的对数[Log G(ppm)]i(i＝1，...，5)可以通过等式9来计算。
[等式9]
[Log G(ppm)]i＝[kij]-1[[Log(Rs/R0)]i-[∑aij]i](i，j＝1，...，5)
如上所述，在等式8和等式9中，R0是当一种气体的浓度固定在例如1000ppm(在除了所述一种气体以外没有其它待测量的气体的情况下，在洁净空气条件下)时测量的常数传感器电阻值，Rs/R0是传感器电阻比，i是被指定给用于测量气体浓度的各个半导体气体传感器的标号，j是被指定给经历气体浓度测量的各种气体的标号。在这个示例中，i和j从1至5。G是各种气体的浓度(ppm)，[Log G]i是待测量的各种气体的浓度的对数的矩阵。
kij是在第i半导体气体传感器响应于第j气体的浓度的对数的变化的传感器电阻比的对数的变化率，kij是在第i半导体气体传感器基于第j气体确定的常数或者从所述常数校准的值。
[kij]和[kij]-1分别是i和j分别从1到5变化的kij的矩阵和kij的逆矩阵，[Log(Rs/R0)]i是i从1到5变化的传感器电阻比的对数的矩阵。
aij是能够在第i半导体气体传感器测量的第j气体的最低浓度的情况下的传感器电阻比的对数，aij是在第i半导体气体传感器基于第j气体确定的常数或者从所述常数校准的值。∑aij是i固定并且j从1至5变化的aij的总和，[∑aij]ii从1至5变化的∑aij的矩阵。
这样，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度可以通过如上所述的计算得到。
逆矩阵可以使用诸如高斯-约当消元法的数学算法得到，或者可以使用商用软件(例如，MATLAB)简单地计算。在本领域中，这种计算方法或软件是公知的。根据示例性实施例的计算设备可以包括使用软件的计算机或处理器。
如果由半导体气体传感器供应商或制造商提供的用于校准的曲线图，除了上述描述的气体之外还包括其它气体(即，i＝j＞5)，那么等式9中的i和j可以增加。
当i和j扩展为从1到n变化时，得到上面描述的等式1。
采用测量气体浓度的方法和设备，溶解在绝缘油中的各种气体的浓度可以使用商用的半导体气体传感器(即，在没有经历必须使用或选择与特定气体反应的特定的半导体气体传感器的困难的情况下，通常使用的半导体气体传感器)高可靠性地、简单并且定量地测量。
在下文中，将通过示例和实验进一步解释所述实施例。下面的示例和实验仅出于解释的目的而不意图限制本公开的范围。
制备复合分离膜结构
在示例中，制备如图1所示的复合分离膜结构。
金属网状物用作具有网状结构的支撑体5a，其中，金属网状物由不锈钢制成并且具有密集格子型的网眼，厚度为0.1mm，网眼的尺寸为4μm×4μm(长和宽)。
当用作油/汽分离的分离膜的自组装单层5c直接涂覆在金属网状物5a上时，可能会得不到具有非常精细和密集的孔的膜。因此，首先在金属网状物5a上形成多孔溶胶凝胶材料的涂层5b，其中，多孔溶胶凝胶材料具有比自组装单层的孔相对较不精细和密集的孔。
例如，如下是形成多孔溶胶凝胶材料的涂层5b的工艺。
随着球形硅醇盐水解形成氢氧化硅，生成的分子中的羟基(-OH)彼此反应形成溶胶态的聚合物。如下进行水解。
[方案1]
＝Si-OR+H2O→＝Si-OH+R-OH
在缩聚反应过程中，因为基于反应气氛氧化硅互相连接形成3维结构，所以产生凝胶。缩聚反应过程如下。
[方案2]
≡Si-OH+≡Si-OH→≡Si-O-H+H2O
≡Si-OH+≡Si-OR→≡Si-O-H+ROH
在有机改性的混合溶胶凝胶材料涂覆在具有网状结构的支撑体上后，通过热处理来完成完全凝胶化。在凝胶化过程中，随着形成3维结构的分子而形成精细的孔。
作为特定示例，如下合成有机改性的混合溶胶凝胶材料。
以5∶4∶1的摩尔比混合作为硅醇盐前驱体的甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)和四甲氧基硅烷(TEOS)以及作为有机改性的硅烷前驱体的Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MEMOS)，然后与甲醇和异丙醇(IPA)(重量比1∶1)的混合物一起放入装备有冷凝器和温度计的3颈圆底烧瓶中，然后在将温度调到30℃后使用磁性搅拌器连续搅拌30分钟。
然后，在使用滴液漏斗逐滴缓慢加入催化剂溶液后，使用98％或更浓的浓磷酸以催化剂溶液与硅烷前驱体的摩尔比为2∶1(水：醇盐)的方式将其pH值调节到大约3-4，在30℃的恒温下连续搅拌混合物大约2小时以完成反应，其中，通过将甲醇和异丙醇的混合溶液与去离子水以1∶1(重量比)混合20g来制备催化剂。图6中示出了得到的有机改性的混合分离膜的单位分子结构。
在制备的多孔溶胶凝胶材料涂层5b的表面上，涂覆既疏油又疏水的氟代烃类硅烷(EGC-1720，3M)的自组装单层来制备复合分离膜结构，以便防止由诸如油、水、灰尘等杂质的渗透引起的污染并且来改善溶解在绝缘油中的气体的分离效率。
测试复合分离膜结构
执行下面的测试来验证根据示例的复合分离膜结构的效果。
图7示意性示出了被构造为用来评价根据示例的复合分离膜结构的效果的设备。
如图7所示，包含二氧化碳气体的压力容器30连接到具有体积的透明且密封的亚克力箱26。在打开开/关阀32并使用压力控制器31将二氧化碳注入到箱26中以达到适当的浓度后，阀32关闭。
在箱26里面，通过如图2a至图2c中所示组装上面制备的复合分离膜结构和半导体二氧化碳气体传感器(MG811，汉威电子有限公司，HanweiElectronics Co.，Ltd.)来构造的气体传感器设备(示例)以及相同的气体传感器设备而没有复合分离膜结构(对比示例)分别设置在位置27和位置28。
然后，装备在箱上的用于排放气体的另一开/关阀33稍微打开，使得密封箱中二氧化碳的浓度逐渐降低。在这种情况下，测试并比较来自气体传感器设备27和气体传感器设备28的结果。
另外，为了在这种测试条件下定量地比较二氧化碳的浓度，将商用电化学二氧化碳气体传感器29设置在箱26里面，测量根据时间的变化减少的二氧化碳的量。
图8示出了在示例中使用电化学气体传感器随时间变化测量二氧化碳浓度的变化的结果。在图8中，x轴是时间(min)，y轴是二氧化碳浓度(ppm)。
如图8所示，由于阀33打开，所以随时间流逝注入到箱26中的二氧化碳气体的浓度逐渐减小。
图9示出了在与图8中的实验条件相同的实验条件下测量的气体传感器的电压的结果，对比了使用或不使用复合分离膜结构的情况。在图9中，x轴是时间(min)，y轴是传感器输出电压(V)。
可以看到的是示例的气体传感器设备给出了比对比示例的气体传感器设备相对高的输出值。这意味着通过具有复合分离膜结构的气体传感器设备测量的二氧化碳浓度比实际当前箱中的二氧化碳浓度稍低。
这表明虽然并不显著，但是分离膜在气体测量中作为一种阻力因数。由于在测试的整个二氧化碳浓度范围阻力效应均一并且不显著，因此阻力效应可以按照用户二次通过校准实验(其中，气体传感器与分离膜一起使用)将kij和aij从其原始值校准(其中，在没有分离膜的情况下使用气体传感器)的方式去除。
根据本发明实施例的复合分离膜结构，膜两端具有非常小的压差并且没有出现机械强度的劣化，其中，绝缘油不可以通过复合分离膜结构，但是溶解在绝缘油中的气体可以通过复合分离膜结构。另外，可以防止由绝缘油或包含在绝缘油中的水引起的污染。
由于包括复合分离膜结构和商用半导体气体传感器的气体传感器设备可以直接附着于电力变压器的上部或下部，所以传感器的安装和提出应用简单、方便和经济。因此，当使用气体传感器设备时，不必使用诸如用于提取溶解在电力变压器的绝缘油中的气体的真空泵的另外的机械设备。
另外，根据实施例的用于测量气体浓度的方法和设备，在没有经历使用或选择与特定气体反应的特定半导体气体传感器的困难的情况下，使用通常使用的半导体气体传感器能够简单地高可靠性地测量溶解在绝缘油中的各种气体的浓度。
因此，能够在现场中实时监测在运行的电力变压器中是否存在故障和在运行的电力变压器中哪里存在故障。另外，可以预测电力变压器中绝缘油的使用寿命。因此，可以防止电力变压器的崩溃并且可以具有高可靠性地经济地获得电力变压器的维修。
虽然针对特定实施例已经描述了本发明，但是对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和修改。

Claims (19)

1.一种用于气体传感器的复合分离膜结构，所述复合分离膜结构包括：
支撑体，具有网状结构；
多孔溶胶凝胶材料的涂层，设置在支撑体上；
自组装单层，设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层上。
2.根据权利要求1所述的用于气体传感器的复合分离膜结构，其中，所述自组装单层既是疏油的又是疏水的。
3.根据权利要求2所述的用于气体传感器的复合分离膜结构，其中，自组装单层包括氟代烃类硅烷。
4.根据权利要求3所述的用于气体传感器的复合分离膜结构，其中，具有网状结构的支撑体是金属或陶瓷支撑体。
5.根据权利要求4所述的用于气体传感器的复合分离膜结构，其中，多孔溶胶凝胶材料可以是通过溶胶凝胶方法从前驱体得到的聚合物材料，其中，所述前驱体是至少一种烷氧基硅烷或者由式M(OR)x表示的烷氧基化合物或它们的组合，所述至少一种烷氧基硅烷选自于由甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷和异丁基三甲氧基硅烷组成的组，M是金属或类金属，R是C1-10的烷基。
6.一种气体传感器设备，所述气体传感器设备包括：
半导体气体传感器；以及
根据权利要求1所述的复合分离膜结构，与半导体气体传感器分开地设置。
7.根据权利要求6所述的气体传感器设备，其中，所述气体传感器设备包括：
壳体，其中，容纳有或安装有半导体气体传感器和复合分离膜结构；
下板，支撑半导体气体传感器；
上板，覆盖复合分离膜结构，
上板和下板分别与壳体接合。
8.根据权利要求7所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备还包括设置在复合分离膜结构的一侧或两侧上的气体密封垫。
9.根据权利要求7所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备还包括壳体中的密封构件。
10.根据权利要求6所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备包括：
一个所述复合分离膜结构；以及
半导体气体传感器阵列，其中，布置有两个或更多个半导体气体传感器。
11.根据权利要求10所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备包括：
第一壳体，其中，容纳或安装有半导体气体传感器阵列；
第二壳体，其中，容纳或安装有复合分离膜结构；
端帽，与第一壳体的下部接合；以及
适配器，与第二壳体的上部接合，并且
第一壳体和第二壳体彼此接合。
12.根据权利要求11所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备还包括设置在复合分离膜结构的一侧或两侧上的气体密封垫。
13.根据权利要求11所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备还包括在第一壳体和第二壳体中的至少一个中的密封构件。
14.根据权利要求11所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备还包括连接第一壳体和端帽的连接构件。
15.根据权利要求6所述的气体传感器设备，其中，气体传感器设备与电力变压器的绝缘油或所述绝缘油的烟接触执行感测。
16.一种用于测量气体浓度的方法，所述方法包括：
通过使用至少一个半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体来得到传感器电阻值Rs；以及
使用等式1从传感器电阻值Rs得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度，
[等式1]
[Log G]i＝[kij]-1[[Log(Rs/R0)]i-[∑aij]i](i，j＝1，...，n)
其中，R0是当一种气体的浓度固定、在清洁空气条件下、在除了所述一种气体之外没有其它待测量的气体的情况下测量的传感器电阻值，R0是常数；
Rs/R0是传感器电阻比，
i是指定给用于测量气体浓度的各个半导体气体传感器的标号，
j是指定给经历了气体浓度测量的各种气体的标号，
n是测量的气体的总数，
G是待测量的各种气体的浓度，
[Log G]i待测量的各种气体的浓度的对数的矩阵，
kij是在第i半导体气体传感器基于第j气体的浓度的对数的改变的传感器电阻比的对数的变化率，kij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
[kij]-1是kij矩阵的逆矩阵，i和j分别从1到n变化，
[Log(Rs/R0)]i是i从1到n变化的传感器电阻比的对数的矩阵，
aij是在能够通过第i半导体气体传感器测量的第j气体的最低浓度的情况下的传感器电阻比的对数，aij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
∑aij是i固定并且j从1到n变化的aij的总和，[∑aij]i是i从1到n变化的∑aij的矩阵。
17.根据权利要求16所述的用于测量气体浓度的方法，其中，使用气体传感器设备，所述气体传感器设备包括：
半导体气体传感器，以及
复合分离膜结构，包括：支撑体，具有网状结构；多孔溶胶凝胶材料的涂层，设置在支撑体上；以及自组装单层，设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层上，所述复合分离膜结构与半导体气体传感器分开设置。
18.一种用于测量气体浓度的设备，所述设备包括：
至少一个半导体气体传感器；以及
计算设备，使用等式1从电阻值Rs得到溶解在绝缘油中的各种气体的浓度，电阻值Rs通过使用所述半导体气体传感器感测溶解在绝缘油中的气体来得到，
[等式1]
Log G]i＝[kij]-1[[Log(Rs/R0)]i-[∑aij]i](i，j＝1，...，n)
其中，R0是当一种气体的浓度固定、在清洁空气条件下、在除了所述一种气体之外没有其它待测量的气体的情况下测量的传感器电阻值，R0是常数；
Rs/R0是传感器电阻比，
i是指定给用于测量气体浓度的各个半导体气体传感器的标号，
j是指定给经历了气体浓度测量的各种气体的标号，
n是测量的气体的总数，
G是待测量的各种气体的浓度，
[Log G]i待测量的各种气体的浓度的对数的矩阵，
kij是在第i半导体气体传感器基于第j气体的浓度的对数的改变的传感器电阻比的对数的变化率，kij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
[kij]-1是kij矩阵的逆矩阵，i和j分别从1到n变化，
[Log(Rs/R0)]i是随着i从1到n变化的传感器电阻比的对数的矩阵，
aij是在能够通过第i半导体气体传感器测量的第j气体的最低浓度的情况下的传感器电阻比的对数，aij是基于第j气体通过第i半导体气体传感器确定的常数或者从所述常数校准的值，
∑aij是i固定并且j从1到n变化的aij的总和，[∑aij]i是i从1到n变化的∑aij的矩阵。
19.根据权利要求18所述的用于测量气体浓度的设备，其中，用于测量气体浓度的设备还包括气体传感器设备，
所述气体传感器设备包括：
半导体气体传感器；以及
复合分离膜结构，包括：支撑体，具有网状结构；多孔溶胶凝胶材料的涂层，设置在支撑体上；以及自组装单层，设置在多孔溶胶凝胶材料的涂层上，所述复合分离膜结构与半导体气体传感器分开设置，
半导体电阻值Rs使用半导体气体传感器来得到。
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