CN103328970B - 用于固态传感器的电设备油采样器和调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体监视设备和系统，其提供介电油中的气态氢和其它化合物的可靠和准确监视。该设备提供用于金属氧化物半导体传感器的环境并且结合金属氧化物半导体传感器使用。用于油的热调节区提供其中排除了油温度和周围温度变化的环境以确保分析数据并不受这些环境条件影响。

Description

用于固态传感器的电设备油采样器和调节器

技术领域

本发明涉及用来监视液体中溶解的气体的设备和方法，并且本发明特别涉及用于对电绝缘油进行采样和调节以使得溶解在绝缘油中的气体可由固态传感器可靠监视的设备和方法。

背景技术

许多年来电力工业已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可导致多种“故障气体”的生成。在例如充油变压器（储油柜和气体覆盖型两者）、有载分接开关、变压器绕组、套管等设施中出现这些现象。故障气体的存在可作为设备条件的量度。因此，在电气设备中具体故障气体存在的检测和那些气体的量化可作为预防性维护程序的重要部分。

文献表明，在具有储油柜的油覆盖变压器和其它公共设施中故障气体的存在与变压器的性能和操作安全性有关。有大量的知识把气体的存在与确定识别的变压器条件和故障联系在一起。因此有益地监视电设备中的介电流体的条件作为使性能最佳并且同时最小化设备磨损由此最小化维护和停机时间的手段。因此与变压器油中确定故障气体的存在与否有关的信息可导致变压器操作的显著提高的效率。

例如，已知在变压器油中存在特定故障气体可指示变压器故障，例如形成电弧，部分或电晕放电。这些条件可造成矿物变压器油分解以生成除例如乙烯和乙炔以及氢的某些较高分子量气体之外的，相对大量的低分子量的烃，例如甲烷。这样的化合物可为高度挥发性的，并且在某些情形下，它们在相对高压力下积聚在变压器中。这是造成灾难的因素。如果未检测到或者未校正，设备故障可导致增加的劣化速率和甚至变压器的灾难性爆炸。变压器故障为公共电力的相当高成本的事件，不仅是在停机时间和替换设备的成本方面，而且还在与损耗电力传输相关联的成本和对于工作人员和其他人的危险。另一方面，通过严密地监视在变压器油中的溶解的气体，给定变压器的最高效的操作条件可被主动地监视并且变压器负载可以在或接近其最佳峰值运行。此外，当检测到危险的操作条件时，可从线路断开变压器以便维护。

尽管已知需要可靠的设备来监视油中的气体，设计承受现场条件的苛刻情况的设备由于很多种原因是有问题的。也就是说，在本领域中已知多种解决方案。例如，已知用于变压器油除气的机械/真空膜抽取方法和设备，如由美国专利No.5,659,126所示例。此专利公开了一种方法，该方法对电气变压器中的顶部空间气体采样，根据温度和压力依赖性气体配分函数来分析这样的气体，并且基于导出的分析，预测具体变压器故障。

在美国专利No.4,112,737中公开了一种气体抽取设备的示例，气体抽取设备依靠用于从变压器油抽取气体的膜管。该专利描述了多个中空的膜纤维，其直接插入在变压器壳体中的变压器油中。用于膜的材料可渗透油，但溶解于油中的气体可透过膜渗透到纤维的中空内部。例如气相色谱仪的便携式分析装置暂时地连接到探头使得测试样品从抽取探头扫入到分析装置内以便分析。

尽管这些装置提供了一些益处，仍存在开发可靠的设备用于抽取监视和分析变压器油中的故障气体的许多实际问题。这些问题中的任何问题涉及可靠的流体路径选择系统的设计，其足够冗余以提供相对免维护的单元。由于变压器常常位于过于严苛的环境条件下，加剧了流体路径选择问题。在已知可靠地分析气体所需的仪器为复杂的分析仪器的情况下，特别如此。描述这些设计挑战的两个专利为美国专利No.6,391,096和No.6,365,105，这两个专利为本发明的受让人所拥有的并且都以引用的方式结合到本文中。这两个专利不仅说明了所需流体路径选择系统的复杂性，而且说明了被证明很可靠的解决方案。此外，许多现有分析装置依靠消耗品，例如压缩气体，这增加了成本并且使得这样的装置仅适合用于最大并且最昂贵的公共设施。

在分析过程中最关键点之一为抽取设备，其中气体实际上与电绝缘油分开。虽然存在用于实现这个任务的若干已知的设备，经验表明抽取器为可能发生故障的一个点。换言之，迄今，抽取装置比所希望的更脆弱并且不能完全耐受在现场应用中常规地遇到的极端条件。因此，可添加额外支持设备或操作约束以增加性能缺点的补偿并且保护抽取技术，这显著地增加了成本。尽管在围绕抽取装置的技术方案中取得了一些进步，特别是在‘096和‘105专利中所描述的那些，仍需要一种可靠的抽取器，其在所有条件下准确地执行持续较长时段，而无需监视。

常用于分析抽取气体的例如色谱仪和光声分光计的气体传感器是很复杂的、昂贵的并且因此通常保留用于监视大型变压器，其中多种气体分析在保护昂贵设施方面具有成本效益。

对于小型变压器，低成本、单一气体传感器可为适当的并且如在美国专利No.5,279,795和No.7,249,490（其以引用的方式结合到本文中）中所描述的那些的传感器利用由钯-镍制成的固态传感器。这些传感器的问题在于对于油温和周围温度变化以及油流量非常敏感。此外，这些监视器并不具有有效地运输油样品经过传感器元件的泵。它们依靠热循环或扩散，这在很大程度上减慢了其响应时间。

发明内容

在气体监视设备和系统的第一优选和说明性实施例中实现了本发明的优点，气体监视设备和系统提供介电油中气态氢和其它化合物的可靠和准确监视。该设备提供例如在美国专利号US5,279,795和US7,249,490中所描述的金属氧化物半导体传感器的氢传感器的环境并且结合这样的氢传感器使用。本发明提供一种环境，其中排除了油温度和周围温度变化，从而确保了分析数据不受这些环境条件影响。本发明还提供一种环境，其中排除了在传感器元件上的油流量改变的变化以便排除了由油流量依赖性所造成的数据不规则性。本发明提供从传感器得到数据的改进的响应时间，因为油在传感器元件上主动移动。本发明还合并了校准循环，在此期间校准传感器元件。

附图说明

通过结合附图来参考下文本发明的详细描述，本发明将会被更好地理解并且其许多目的和优点将会变得显然。

图1为附接到充油变压器设施的本发明的图示实施例的示意透视图。

图2为本发明的设备的一实施例的透视图，被隔离地示出并且封闭于保护性壳体中。

图3为图2所示的设备的透视图和分解图，示出了个别部件。

图4为图3所示的设备的选定部件的透视和分解图，并且具体地该设备的油泵和油冷却区段的部件。

图5为从相对于图4的不同视角所截取的图4所示的油泵和油冷却区段的部件的透视和分解图。

图6为从另一视角的图3所示的设备的油泵和油冷却区段的另一透视和分解视图。

图7为图3所示的设备的热调节区段的选定部件的透视和分解图。

图8为图3所示热调节区段设备的选定部件的又一透视和分解图。

图9为根据本发明的热控制组件的透视和相对更大的特写图，示出了处于组装条件的组件的部件。

图10为热控制组件的类似于图9的透视图，但从与图9的视图的不同视角示出了组件。

图11为热控制组件的选定部件的透视和特写视图。

图12为示出了在可选的校准步骤期间的流体流动路径的示意流体流动图。

具体实施方式

结构

参考图1，设备和系统10被示出示意性地附接到用附图标记1标记的充油电气装置（有时被称作“设施（asset）”）的排油端口。应意识到在此所描述的发明可用于许多不同类型的电气装置，并且装置也可附接到装置上的许多不同位置。在此所包括的图因此预期为示例性的但并非限制性的。

如下文详述，该系统和设备10包括：气体感测元件，具有相关联的电子器件和电缆；流体递送系统，用于向气体感测元件提供新鲜样品；用于样品流体的热控制系统；用于气体感测元件电子器件环境的第二热控制系统；以及用于数据记录、通信、功率调节和警报的额外电子器件。

该设备10预期用在充油公共电力设施上，例如变压器和有载分接开关。如上文所指出的那样并且图1所示，设备10在阀处安装到公共设施上，阀接入在设施内的绝缘油，通常为矿物油或酯油。该系统检测在矿物油中的痕量溶解的氢和当超过了固定浓度阈值或氢浓度的变化速率时，系统发出警报以警示该公共设施有氢生成事件。因为大部分变压器故障条件下生成氢气，所以其为在变压器内出现故障的优良的指示器。

一般而言，设备和系统10通过将新鲜油样品抽吸到包含气体感测单元的小内体积内而起作用。油样品被热调节到预设温度。当实现了所希望的样品温度时，气体感测元件进行测量，将测量记录到系统内。气体感测元件和其相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，由于温度读数间差异的干扰减小从而显著地改进了氢读数的精确度、准确度和再现性，并且最小化或排除了偏差。

此外，设备和系统10具有用于校准的独特能力。流体样品路径可选地拆分使得存在通过在油入口和出口上的三通阀分离的两种可能的样品供应。两个样品路径将连接到通往和来自公共设施的共同油路径。主要流体路径将从公共设施递送油以便进行标准分析。次要样品路径将具有位于三通样品选择阀之间的合并的膜。压缩气体标准可应用于膜的气体侧，其可在次要样品路径中灌输和平衡隔离的油。当需要进行系统校准时，将启动次要样品路径使得灌输的油将引入于传感器环境内。利用来自公共设施的新鲜的油补充次要样品路径用于隔离的灌输，过量的灌输的油将排回到公共设施。在次要样品路径上的膜的气体侧上的气体也可为大气空气。这将非常有效地生成无感兴趣气体的“零”气体标准。

现转至图2至图10，将描述该设备和系统10的基本部件。设备和系统10包括三个主要区段或系统，其中的每一个包括多个部件并且其中的每一个在此详细描述：电油冷却和运输泵区段14、热调节区段30和控制系统100。

参考图2，设备10包括螺纹转接器12，螺纹转接器12连接到在电气设施1中的螺纹端口并且其适于从设施接收电油。大体上利用附图标记14示出电油冷却和运输泵区段。冷却和运输泵区段14包括第一绝缘板16、散热器18、第二绝缘板20，其中的全部利用例如螺钉24的适当的紧固件附接到冷歧管壳体22。电机座26安装于歧管壳体22顶端并且用作步进电机28的座。散热器18限定无源（passive）冷却歧管，其帮助吸收来自设施1的流体的热。

总体上以附图标记30所标记的热控制加热区段安装到电油冷却和运输泵区段14。在包含于热调节区段中的多个部件内设有个别系统，例如热控制设备61，热控制设备61本身包括多个个别的部件和系统，包括第一热区65和第二热区67，其中全都在下文中详细描述。热调节区段30包括封闭下文所描述的部件的外壳体34。整个设备10包括确保流体密闭环境的适当垫圈和密封件。

通过等温地，但在两个不同的温度操作传感器组件和其相关联的模拟电子器件来实现传感器组件70的最佳性能（一致的精确度、准确度和可再现性以及最低偏差）和寿命。这需要实施用于传感器和模拟电子器件的第一和第二不同和单独的热控制区，第一热区65和第二热区67。第一热控制区65可操作以控制与传感器组件70相关联的热条件；第二热控制区67可操作以控制与模拟电子器件相关联的热条件，模拟电子器件控制传感器组件70并且与传感器组件70一起操作。热控制区65和67中每一个可独立控制用于根据具体条件“加热”和单独地“冷却”，并且每一个与其它区和设备10的其它部件和周围环境热隔离。

此外，用于传感器组件70和模拟电子器件的最佳控制温度在或低于基于传感器组件70技术的系统10所需的最佳操作油温度和周围温度。因此，除第一和第二脉冲宽度调制加热器控制之外，系统10合并了两个脉冲宽度调制控制珀尔帖热电冷却器（TEC）以在最高和最低环境暴露要求下提供持续热控制。对于高环境温度暴露而言，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而言，使施加到热电冷却器的电流反过来针对每一个热区向加热器控制系统施加加热辅助。因此，如在下文中详细地描述，系统10利用两个热控制区，其具有总共六个热控制系统、两个加热器控制、两个冷却器控制以及用于在加热器辅助时在相反方向操作TEC的两个控制。

在图3中以分解图示出了包括电油冷却和运输泵区段14和热调节区段30的整个设备和系统10。电油冷却和运输泵区段14包括蜗轮驱动组件40，蜗轮驱动组件40由步进电机28驱动并且其被配置成精确地控制流体通过设备10的流动。尽管在本文中并未详细地描述，但如图4和图5所示，蜗轮驱动组件40包括适当齿轮传动和密封部件以确保流体密闭和无泄露的环境并且限定用于控制油通过设备10流动的精确可控制的计量泵。如下文所描述，设备10包括配流，其限定来自在设施1中的油储集器的油通过该设备10的等分试样（aliquot）的流体流动路径，具体而言，从设施1到电油冷却和运输泵区段14，然后到热调节区段30，并且更具体地传感器70，并且返回到设施1。

返回至图3，示意性地示出了流体样品流动路径。具体而言，冷却散热器18安装到转接器16上并且包括样品芯管80，样品芯管80限定来自设施1的流体的入口并且如下文所描述，用作从设施1接收的油的冷却腔室。油入口路径82限定发送到冷却歧管壳体22内并且如在下文中更具体地描述到壳体22内的蜗轮腔室内的流体流动路径选择。油入口路径从壳体22继续通过例如绝缘管86和87的适当配流到加热器歧管60并且如在下文中更具体地描述，到容纳传感器组件70的加热器歧管中的腔室内。油返回路径84由从加热歧管60的腔室，穿过冷歧管壳体22并且回到设施1内的适当配流来限定。为了维持油的热隔离，绝缘管86和87优选地由尼龙制成，这归因于其热效率，并且因为其最小化从管到周围部件的传热。

在图6中隔离地示出冷歧管壳体22。蜗轮驱动组件40包括一对蜗轮42和44，具有由步进电机28驱动的相对的螺旋绕组并且其容纳于歧管壳体22中的蜗轮腔室46中。当蜗轮42和44处于冷歧管壳体22中的可操作位置时，相对的螺旋绕组彼此啮合以限定在相互啮合的绕组上的油流动路径的一部分。油入口路径82通到蜗轮腔室46内并且由步进电机28对蜗轮42和44的操作造成受控制并且已知的流体体积通过入口路径流入到加热器歧管60内。

始于紧邻电油冷却和运输泵区段14的部件，热调节区段30包括在垫圈32与冷歧管壳体22之间的板50。板50为金属板，用作电油冷却和运输泵区段14和热调节区段30的部件的支承结构，并且出于描述本发明的目的，有效地分隔冷却侧与热侧。板50包括一对散热器51，这对散热器51附接到板上，在朝向电油冷却和运输泵区段14的板侧面上。多个绝缘块52合并于加热区段中以便热绝缘和隔离加热器歧管60，其为相对大的，优选地为整体的金属块，例如铝，具有优良的传热性质，并且利用附接到印刷电路板74的电阻加热元件来对其进行加热，印刷电路板74为热控制组件61的部件。绝缘块优选地为聚氨酯泡沫，但可将多种材料用于热绝缘性质。加热器歧管60具有容纳传感器组件70的内腔室90（图7）并且利用螺纹接合到歧管60中的孔中的支架71将传感器组件保持在腔室90中。传感器组件70包括限定气体传感器的电子器件，并且将被理解为在美国专利No.5,279,795和No.7,249,490中所描述的类型。传感器组件70利用柔性电路72电连接到电路板62。

热调节区段30包括四个单独的印刷电路板，其中的每一个包含操作固件和用于控制设备10和便于设备和系统的联网通信能力的电子器件，并且其全部包括控制系统100。参考附图，四个电路板被确定为第一加热器板74、第二加热器板77、模拟传感器板62和主控制板101。每一个的关键功能在下文中详细描述。

第一热控制区和第二热控制区都位于用附图标记61大体上示出的热控制组件中。

如在图7中以分解图示出，热调节区段30的部件夹在一起并且当组装时保持在外壳34中。多个绝缘块52限定绝缘屏障，绝缘屏障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。始于图7的左侧并且大体上朝向右侧移动，并且省略提到绝缘块，热调节区段30始于板50并且包括热控制组件61，热控制组件61包括加热器歧管60，加热器歧管60包括(示意性地)自蜗轮腔室46的油入口流动路径82和从加热器歧管60返回到设施1运行的油返回路径84。加热器歧管60包括腔室90，腔室90的大小适于接纳传感器组件70，传感器组件70如所提到的那样利用柔性电路72电连接到电路板62并且利用支架71保持于腔室中。加热器歧管60为例如铝的金属块，其被一对电阻加热元件92（在图7的透视图中仅示出了其中的一个）加热，电阻加热元件92安装到第一加热器板74上并且接纳于在加热器歧管60中的开口或槽94中。开口94位于腔室90的任一侧并且在其内端包括热衬垫，在组装的单元中，电阻加热元件压在热衬垫上，但是在附图的透视图中看不到热衬垫。槽94布置于歧管60中，在传感器70存放于歧管中的位置的任一侧上使得加热元件紧邻歧管60中的传感器70布置。在歧管60上在两个槽94之间设置温度传感器95。油入口流动路径82和油返回流动路径84都向腔室90内开放，入口流动路径限定油的等分试样流入到腔室90内的传感器组件70内的递送路径，而油流动返回路径84限定油的等分试样从传感器组件流动并且最终回到设施1的流动路径。

传感器组件70包括端口96（其中的一个在图8中示出），其限定油流动路径，油通过油流动路径进入和退出传感器组件。限定传感器组件的气体检测功能的固态电路包含于组件70内。

在图9和图10中，隔离地并且以组装状态示出了热控制系统61，移除了所有绝缘块52以便示出各种部件的方位。始于图9，热控制系统61的部件直接附接到朝向热调节区段30的板50的侧部，即，与散热器51相对的板50的侧部。如所指出的那样，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被配置成通过加热和冷却歧管60来加热和/或冷却传感器70，传感器70保持在加热和冷却歧管60内，并且将首先被描述。

第一热区65通常包括以下基本部件：

-加热器歧管60；

-传热块110；

-第一加热器板74；以及

-TEC112。

加热器歧管60安装到板50上多个支座63上，这些支座63将歧管安装成与板50成间隔开的关系，如图所示。示意性地示出了到歧管60内的油入口路径82和油出口路径84。传热块110安装到板50上，并且热衬垫116安装于传热块110的安装表面与板之间。传热块优选地为由具有优良传热品质的例如铝的金属制成的相对大的结构。TEC112的第一面对表面安装到朝向歧管60的传热块110的向内表面120上；TEC112的相对表面抵靠并且直接附接到歧管60。TEC条带114在传热块110上延伸并且螺钉122穿过条带114延伸并且螺接到歧管60中的螺纹孔中。当拧紧螺钉122时，TEC112紧紧地夹在一侧的传热块110与TEC112的相对侧上的歧管60之间。更具体而言，TEC112的第一面对表面压靠在传热块110上，而相对的面对表面压靠在歧管60上。除了使用条带114之外，或者作为条带的替代，可使用具有良好传热品质的粘合剂来将这些夹住的部分键合在一起。在歧管与传热块之间的TEC的抵接关系和紧密关联性确保了在这些部件之间良好的传热。TEC112电连接到第二加热器板77并且受到与之相关联的电子控制系统控制。

TEC112的标称“冷”侧朝向并且抵接歧管60并且TEC112的标称“热”侧朝向并且抵接传热块110。但如已经指出的那样，因为TEC112为珀尔帖装置，可通过使通过TEC的电流的极性反向来使得传热方向相反。

第一加热器板74直接安装到歧管60上使得两个电阻加热元件92保持在槽94中，并且加热元件压靠在包含于槽中的衬垫上。

支座160大致布置于第一加热器板74的四个拐角并且以与第一加热器板74间隔开的关系支承金属板164。热衬垫166安装于金属板164下方并且与金属板164成抵接关系。第二加热器板77在热衬垫166下方并且在热衬垫166与第一加热器板74两者之间间隔开。第二热衬垫168直接附接到金属板164的朝向外的表面并且模拟传感器板62安装到第二热衬垫168。

在图10中大体上以67示出的第二热区被配置用于加热和/或冷却控制传感器70的模拟电子器件和具体地与模拟传感器板62相关联的模拟电子器件。第二热区67从上文所描述的第一热区65独立地操作并且与第一热区65热隔离。

第二热区67通常包括以下部件：

-传热块150；

-TEC152；

-TEC传热支架154；

传热块150安装到板50，并且在它们之间设有热衬垫151。如同传热块110，传热块150优选地为具有优良传热品质的例如铝的相对大的金属。TEC152的一个面对的表面安装到传热块150朝向歧管60的表面161；但是TEC152并不与歧管60接触并且与歧管60间隔开。TEC传热支架154为金属的大致L形构件，其安装到TEC152的相对的面对表面。TEC传热支架154依次附接到金属板158，金属板158位于热衬垫164与166之间。TEC条带156在传热块150上延伸并且螺钉168延伸穿过条带并且螺接到TEC传热支架154中的孔内。当拧紧螺钉168时，TEC152紧紧地夹在传热块150与TEC传热支架154之间，并且支架154的大部分表面压靠TEC152。如上文所指出的那样，具有良好传热品质的粘合剂可用于将这些夹住的部分键合在一起，与条带156组合或者作为条带156的替代。TEC152与传热块和传热支架的紧密关联性确保了在部件之间和到金属板164内的良好的传热。TEC152电连接到第二加热器板77并且由与之相关联的电子控制系统控制。

TEC152的标称“冷”侧面向并且抵接传热块154和TEC152的标称“热”侧面向并且抵接传热块150，但同样，通过使电流极性反向来使得通过TEC的传热方向相反。应意识到虽然TEC112和152两者都能根据施加的电流的极性方向来加热和冷却，但这些部件在总体意义上最佳地称作热调节模块。此外，电阻加热元件92的使用可认为是可选的，只要TEC有加热和冷却的能力。换言之，取决于具体环境条件，可一并省略电阻加热元件92，或替代地，可通过控制系统100的控制不利用电阻加热元件92（即，不供电）。

图11为示出上文所描述的选定部件的结构关联性的相对特写视图。

整个设备和系统10处于控制系统100的控制之下，在图1中示意性地示出并且其优选地包括电话和联网能力。设备10中的每一个电路板包括控制系统100的部件。如上文所指出的那样，控制系统100包括在四个单独印刷电路板上的固件和电子器件：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；板74、77和62中的每一个处于主控制板101的控制之下。

操作

如上文所指出的那样，设备和系统10的操作处于控制系统100的控制之下。

蜗轮组件40限定计量泵，计量泵能够造成从设施1所限定的储集器并且通过设备10的油的精确体积流动。最初，操作步进电机28以驱动蜗轮组件40的蜗轮42和44以将一定量的油从设施1抽吸到由管80限定的冷却腔室内，其如上文所指出的那样为散热器18的部分。通常，在这点，油具有相对高温，其因此被称作“热”。热油存放于管80的冷却腔室中持续足以经由散热器18周围的空气冷却油的时段。设备和系统10包括适当温度感测能力，例如连接到控制系统100的热电偶等。

然后操作步进电机28以造成冷却油样品流入到热调节区段30内，并且更具体地通过油入口流动路径82到加热器歧管60的腔室90内，并且到传感器组件70的端口96内。停用步进电机28使得在设备10中的所有油流动停止。给电阻加热元件92加电并且因此加热该加热器歧管。加热器歧管60的加热继续并且因此在腔室90中的油被加热。允许油存放于腔室90中直到油到达如由温度传感器95所确定的预定稳态炉温度。然后在稳态温度，由控制系统100来读取气体传感器组件70，其中油停滞并且不在传感器组件70上或者通过传感器组件70流动，这造成更加稳定的环境，其中，传感器组件可确定溶解的气体的浓度。

一旦完成了分析，步进电机28可同样被启动以造成自腔室90的等分试样通过油返回流动路径84流动并且最终返回到设施1。

可由控制系统100，通过适当技术，在本地或者远程分析来自传感器组件70的分析数据，并且监视数据。

应了解到操作的前文的描述设想到“停止流动”操作，其中在零流体流动条件下进行分析。设备10能以相等的精度、可靠性进行分析并且在低流动操作条件下进行控制。在低流动分析方案中，热控制系统可在低流动条件下实现样品的热控制，其中，油的热特征能通过脉冲宽度调制控制而充分控制。需要进行流量控制，因为如果流量太高，则可能失去热控制。但是，在此情况下，仅需要将新鲜并且代表性流体样品递送到传感器。

校准

如先前所指出的那样，设备和系统10具有校准能力。现参考图8，示出了校准例程100包括入口流动路径92和返回流动路径84。如在校准例程100中所示，流体流动路径82和84可选地被分流使得存在通过一对三通阀，即在入口流动路径82中的102和在出口流动路径84中的104分离的两个可能的样品供应。

在被称作分析状态的第一状态条件下，入口流体流动路径82和出口流体流动路径84如上文所描述。因此，在控制系统100的控制下，三通阀102和104被设置成使得流体从设施1通过阀102通过蜗轮驱动组件40流到传感器组件70，如上文详细描述的那样。在分析状态中，来自传感器组件70的油通过流动路径84和阀104流回到设施1。

在被称作校准状态的第二状态条件下，操作阀104以使得油从流动路径84转移到校准流动路径106，其通过校准模块108流动。校准模块108包括半透膜，半透膜在一侧暴露于空气或校准气体并且在相对侧暴露于油。膜可渗透气体但不可渗透油。在校准状态中，停止油到校准模块和然后到蜗轮驱动组件内的流动从而允许校准模块中的油通过半透膜与参考气体，即空气或校准气体平衡。

在此情形下，由于校准循环相对长，在滞留的油样品与校准气体平衡的同时，设备10可常规地进行分析。当需要校准时，阀将被切换并且校准气体灌输的油将被引入到装置的传感器区域内。这个校准方案将需要停止的流动操作。

校准环路100隔离校准气体与流体流动通路82和84。具体而言，在校准模块上游的阀（在控制系统100的控制下）在连接到校准模块108的校准气体线路中管道连接。真空泵114连接到模块108中膜的气体侧并且可操作以将校准气体（包括空气，如果空气用作校准气体）移动进入和离开模块108。校准气体排放到大气，并且这避免了任何故障气体返回到设施1。因此，校准气体或空气通过打开阀112和泵114的操作而被抽吸到膜的气体侧上的校准模块108内。油保持在校准模块108中直到通过来自膜的气体侧的气体与膜的油侧上的油的平衡/灌输而发生平衡。然后操作阀102使得平衡的油从校准模块108通过流动路径106，通过阀102流动，并且流回到传感器组件70。当平衡的油存放于传感器组件70中时，由传感器元件来对气体进行采样并且设备10得以校准。

过量的平衡/灌输油排回到设施1，来自公共设施的新鲜油补充次要校准路径106用于隔离的灌输。如所指出的那样，在次要样品路径上的膜的气体侧上的气体也可为大气空气，其将有效地生成无感兴趣的气体的“零”气体标准。

一旦进行了校准后，阀102和104返回到分析状态操作。以规则间隔或者根据需要来进行校准。

鉴于本发明的原理可应用的许多可能的实施例，应认识到详细描述只是说明性的并且不应认为限制本发明的范围。而是，我们要求保护属于本发明的权利要求和其等效物的精神和范围内的所有这样的实施例。

Claims (19)

1.一种用来热调节从变压器抽出的油以使得所述油可被分析的设备，包括：

歧管，具有腔室；

入口，限定从所述变压器到所述腔室内的油通路；

在所述腔室中的固态感测装置，所述固态感测装置适于分析所述腔室中的油并且具有端口来限定至传感器的流动通路；

出口，限定从所述腔室到所述变压器的油通路；

第一热电冷却器，与所述歧管连通，用于加热和冷却所述歧管；

与所述歧管连通的第一加热器；

其中，所述第一热电冷却器操作用于形成所述固态感测装置的等温环境，使得所述固态感测装置等温地操作。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述等温环境与所述腔室中流动的油无关地维持在等温条件。

3.根据权利要求2所述的设备，在该设备中第一热调节区包括与所述第一热电冷却器连通的传热块，且其中所述歧管和所述传热块安装到支承支架并且与其热隔离。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述传热块利用在所述传热块与所述支架之间的热衬垫安装到所述支架。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述歧管包括与所述歧管连通的第二加热器，其中所述第一加热器和所述第二加热器临近所述腔室且在所述腔室的相对侧容纳在所述歧管中形成的第一槽和第二槽中。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一加热器和所述第二加热器是电阻加热器，所述电阻加热器容纳在所述歧管的外表面中形成的槽中。

7.根据权利要求6所述的设备，包括：控制器，适于感测所述腔室中的油的温度并且用于响应于单独感测的温度来利用所述第一热电冷却器和所述第一加热器和所述第二加热器来控制所述歧管的温度。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述歧管和所述第一热电冷却器构成第一热调节区，所述设备还包括第二热调节区，所述第二热调节区与所述第一热调节区热隔离，所述第二热调节区包括：

用于控制所述固态感测装置的控制电路板；

第二热电冷却器；

与所述第二热电冷却器热连通的传热块；

与所述第二热电冷却器热连通的传热支架；以及

与所述第二热电冷却器和所述控制电路板热连通的加热器板。

9.根据权利要求8所述的设备，包括：连接到所述第二热电冷却器的控制器并且其中该控制器适于控制所述加热器板的温度。

10.根据权利要求4所述的设备，包括：在所述油通路中的无源冷却器，所述无源冷却器安装到所述歧管的其相对侧上的所述支架上。

11.根据权利要求10所述的设备，包括：计量泵，在所述油通路中并且适于引起油从油储集器通过所述入口到所述歧管内和通过所述出口回到所述储集器的流动。

12.根据权利要求8所述的设备，包括：壳体，用于封闭所述第一热调节区和所述第二热调节区以及在所述壳体中的绝缘体，所述绝缘体热隔离所述第一热调节区和所述第二热调节区。

13.一种用来热调节从变压器抽出的油以使得所述油可被分析的设备，包括：

油冷却区，包括：泵，油冷却器；

与所述油冷却区热隔离的第一热调节区，包括：具有腔室的歧管，在所述腔室中的固态感测装置，热附接到歧管的第一热电冷却器，和热附接到所述热电冷却器的第一传热块，所述感测装置具有端口用来限定流动通路使油进入所述感测装置，从而使传感器暴露于油；

与所述油冷却器和所述第一热调节区热隔离的第二热调节区，包括：传感器控制电路板，热附接到所述传感器控制电路板的第二热电冷却器，热附接到所述热电冷却器的第二传热块；

油入口流动路径，从所述变压器并且经过所述泵、所述冷却器和所述腔室；以及

油出口流动路径，从所述腔室经过所述冷却器和所述泵到所述变压器。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述第一热调节区操作用于维持在所述感测装置周围的等温环境。

15.一种用来热调节从变压器抽出的油以使得所述油可被分析的方法，包括以下步骤：

a)引起来自所述变压器的油到第一热调节区中的腔室的流动并且使所述腔室中的传感器暴露于所述油；

b)在所述腔室中形成等温环境；

c)控制所述腔室的温度直到所述腔室中的油到达预定温度；以及

d)利用所述传感器来分析所述油。

16.根据权利要求15所述的方法，包括当所述传感器分析所述油时，停止所述腔室中的油流动的步骤。

17.根据权利要求15所述的方法，包括当所述传感器分析所述油时允许油在所述腔室中流动的步骤。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，步骤c)包括利用热电冷却器来控制所述腔室的温度的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，包括利用电阻加热器来控制所述腔室的温度的步骤。