CN103940771A - 利用光谱吸收法测量sf6分解物cf4气体浓度的方法 - Google Patents

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刘洋
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颜湘莲
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赵也
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Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Electric Power Research Institute of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Shaanxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，属于光电检测技术领域，本发明为解决现有测量CF4气体浓度的方法不能同时满足测量精度高和测量设备成本低，并且不能实现在线监测的问题。本发明所述测量CF4气体浓度的具体过程为：在样品池中充入大气，将激光器发射的激光光束通过第一聚光镜变成平行光束入射至样品池，透射的光束采用第二聚光镜汇聚到光谱仪的入射狭缝中，通过该第二聚光镜获取样品池中大气的光谱；将样品池中的大气替换成待测气体CF4；重复上述光信号处理过程，获取待测气体CF4的光谱；根据比尔定律，获取待测气体CF4的浓度。本发明用于SF6检测器中。

Description

利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法
技术领域
本发明属于光电检测技术领域。
背景技术
六氟化硫(SF6)具有优良的绝缘灭弧性能和理化特性，作为绝缘介质既可以减小设备尺寸，又能提高绝缘强度，伴随着城市用地的日益紧张，广泛应用于组合绝缘电器(GIS)、断路器(GCB)、变压器(GIT)、电缆(GIC)、输电管道(GIL)等输配电设备中。
纯净的SF6是无色、无毒、无味、不燃的惰性气体，在温度为150℃及以下时不易与其它物质发生化学反应，正常运行时分解产物极少或不分解。当SF6设备中发生绝缘隐患或故障时，无论是局部电晕、火花或是电弧放电，都必然会引起能量释放，这些能量会使SF6气体发生分解反应，生成H2S、SO2、CF4、SF3、SF4等多种低氟硫化物。SF6分解组分会加速GIS内绝缘的老化和金属材料表面的腐蚀，加重局部放电程度，严重时还会导致GIS发生突发性绝缘故障。因此对SF6浓度的测量是必须的。
目前国内外均有大量商业化的SF6检测器，归纳起来主要有4种测量方法：高压击穿法、色谱法、离子移动度计和红外光吸收谱法。
高压击穿法主要是根据待测SF6击穿电压的变化来进行定性测量，并不能定量给出SF6气体浓度，而且不能实时在线监测。
色谱法：色谱法被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定。一般由真空系统、进样系统、离子源、检测器和计算机控制等部分组成。优点是测量精度和灵敏度较高。缺点是设备昂贵，且不能实时在线监测。
离子移动度计法：它是通过对设备中SF6气体总体杂质含量的测定，来反应设备中SF6气体的优劣程度。优点是测量成分多，精度较高。缺点是易受实验环境条件影响，不能实时监测。
发明内容
本发明目的是为了解决现有测量CF4气体浓度的方法不能同时满足测量精度高和测量设备成本低，并且不能实现在线监测的问题，提供了一种利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法。
本发明所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，测量CF4气体浓度的具体过程为：
步骤一、在样品池中充入大气，将激光器发射的激光光束通过第一聚光镜变成平行光束入射至样品池内，经该样品池透射的光束采用第二聚光镜汇聚到光谱仪的入射狭缝中，通过该第二聚光镜获取样品池中大气的光谱I0；
步骤二、将样品池中的大气替换成待测气体CF4；重复步骤一的光信号处理过程，进而通过光谱仪获取待测气体CF4的光谱I；
步骤三、根据比尔定律，利用步骤一和步骤二获取的结果获取待测气体CF4的浓度N。
本发明的优点：本发明所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法能够测量1ppm以上CF4气体的浓度，能够精确测量分解气体中CF4气体的浓度。同时，本发明易于实际应用、装置简单、数据处理过程简单、测量精度高，能够实时在线监测。测量精度达1ppm。
附图说明
图1是本发明所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法所基于的装置结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，测量CF4气体浓度的具体过程为：
步骤一、在样品池3中充入大气，将激光器1发射的激光光束通过第一聚光镜2变成平行光束入射至样品池3内，经该样品池3透射的光束采用第二聚光镜4汇聚到光谱仪5的入射狭缝中，通过该第二聚光镜4获取样品池3中大气的光谱I0；
步骤二、将样品池3中的大气替换成待测气体CF4；重复步骤一的光信号处理过程，进而通过光谱仪5获取待测气体CF4的光谱I；
步骤三、根据比尔定律，利用步骤一和步骤二获取的结果获取待测气体CF4的浓度N。
本实施方式中，光谱仪5的入射狭缝位于第二聚光镜4的焦点处，用于保证最强光射入光谱仪5。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述激光器1发射的激光光束的波长为7.8μm。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述光谱仪5的入射狭缝位于第二聚光镜4的焦点处。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述样品池3为密封的圆筒结构。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤三所述根据比尔定律获取待测气体CF4的浓度N的具体过程为：I(λ)＝I0(λ)eσN，其中：σ为CF4吸收系数，λ为激光器1发射的激光光束的波长。

Claims (5)

1.利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，其特征在于，测量CF4气体浓度的具体过程为：
步骤一、在样品池(3)中充入大气，将激光器(1)发射的激光光束通过第一聚光镜(2)变成平行光束入射至样品池(3)内，经该样品池(3)透射的光束采用第二聚光镜(4)汇聚到光谱仪(5)的入射狭缝中，通过该第二聚光镜(4)获取样品池(3)中大气的光谱I0；
步骤二、将样品池(3)中的大气替换成待测气体CF4；重复步骤一的光信号处理过程，进而通过光谱仪(5)获取待测气体CF4的光谱I；
步骤三、根据比尔定律，利用步骤一和步骤二获取的结果获取待测气体CF4的浓度N。
2.根据权利要求1所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，其特征在于，所述激光器(1)发射的激光光束的波长为7.8μm。
3.根据权利要求1所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，其特征在于，所述光谱仪(5)的入射狭缝位于第二聚光镜(4)的焦点处。
4.根据权利要求1所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，其特征在于，所述样品池(3)为密封的圆筒结构。
5.根据权利要求1所述利用光谱吸收法测量SF6分解物CF4气体浓度的方法，其特征在于，步骤三所述根据比尔定律获取待测气体CF4的浓度N的具体过程为：I(λ)＝I0(λ)eσN，其中：σ为CF4吸收系数，λ为激光器(1)发射的激光光束的波长。
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