CN105602251A - 一种变压器光纤测温探头用荧光胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其包括配方胶和荧光粉，所述配方胶和荧光粉的重量比为1：1~:1：3，所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O3？10~50份，Yb2O3？5~20份，Y2O3？10~30份,？CeO2？5~20份以及Lu2O3？5~20份；其制备步骤如下：1）将原料组分溶于浓硝酸中，配制成混合溶液；2）调节pH值为5.5~6.5；3）将荧光粉两次研磨以及煅烧6）将配方胶和荧光粉混合，即可；本发明荧光胶用在变压器光纤测温探头上，可在线实时监测变压器绕组的温度，具有较高的耐紫外辐照性和良好的发光性能，可长期高温环境下使用，测温精度和测温一致性好。

Description

一种变压器光纤测温探头用荧光胶及其制备方法
技术领域
本发明属于变压器荧光光纤测温技术领域，特别涉及一种变压器光纤测温探头用荧光胶。
背景技术
变压器绕组温度对绝缘材料的老化和变压器的寿命起决定作用，准确测量变压器绕组温度从安全性和经济性考虑都显得尤为重要。
传统变压器绕组温控器（WTI）采用“热模拟”方法间接测量变压器绕组温度，其测量准确度与模拟准确程度相关，而且所测温度与线圈“热点”真实温度间有几个小时的滞后，存在温度模拟精度差、反应速度慢、不能在线实时监测等问题。制约商业化制备可在线监测变压器绕组温度的管线测温探头的荧光胶主要有以下几个问题：
（1）配方胶存在长期工作温度低，达不到长期工作温度300℃，长期高温工作后由于胶的老化导致透光率降低从而影响测温；
(2)目前采用的荧光粉制备过程中大多采用一次煅烧，由于一次煅烧制成荧光粉颗粒不均导致测温范围、测温精度和测温一致性不好；
(3)目前变压器光纤测温探头上采用的环氧树脂材料的耐紫外辐照性和温度稳定性差，造成混合物易老化，严重降低了光纤测温探针的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种变压器光纤测温探头用荧光胶，可在线实时监测变压器绕组的温度，具有较高的耐紫外辐照性和良好的发光性能，可长期高温环境下使用，测温精度和测温一致性好。
为实现上述目的，本发明变压器光纤测温探头用荧光胶包括配方胶和荧光粉，所述配方胶和荧光粉的重量比为1：1~:1：3，所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O310~50份，Yb2O35~20份，Y2O310~30份,CeO25~20份以及Lu2O35~20份。
较佳地，所述配方胶和所述荧光粉的重量比为1：1.5~1：2。
较佳地，所述配方胶和所述荧光粉的重量比为1：1.8。
较佳地，所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O325~35份，Yb2O312~18份，Y2O317~27份,CeO210~18份，Lu2O37~15份。
较佳地，所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O333份，Yb2O317份，Y2O325份,CeO217份，Lu2O38份。
较佳地，所述配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂60~70份，环氧树脂30~35份，苯并三唑化合物1~2份以及苯二甲胺0.3~1.9份。
较佳地，所述配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂65份，环氧树脂33份，苯并三唑化合物1.5份以及苯二甲胺0.5份。
一种变压器光纤测温探头用荧光胶的制备方法,其特征在于：其制备步骤如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为90%~95%的浓硝酸中，原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:10~1:20，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）调节步骤1）制得的混合溶液的pH值为5.5~6.5；
3）将步骤2）制得的溶液烘干后进行一次煅烧，煅烧温度为650~850℃，煅烧时间为0.5~3小时；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨至4~6μm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为750~1000℃，煅烧时间为0.5~2小时；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨至2~4μm，即得荧光粉；
6）按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合，搅拌5~10分钟。
较佳地，步骤2）中，使用氨水或柠檬酸调节溶液pH值。
本发明积极效果如下：
本发明变压器光纤测温探头用荧光胶包括荧光粉和配方胶，荧光粉原料组分为稀土化合物，稀土化合物具有转换率高、可发射光谱范围宽、承受紫外辐射性能好、耐高温的性能，通过选取的几种稀土化合物按一定比例掺杂在一起，有效的调整光色和提高色质，改善了荧光强度和热稳定性；本发明配方胶的可使用温度范围为-50℃~300℃，在温度范围内长期使用不变色，透过率在300nm~800nm范围内大于90%，使得在制得的光纤测温探头可长期高温环境下使用。
本发明将荧光粉和配方胶混合后，经过两次研磨和煅烧，使荧光粉颗粒均匀，大大提高了测温精度和测温一致性。
我国是稀土大国，现在已查明的世界稀土资源中，80%的稀土资源分布在我国，并且品类齐全，但是没有得到有效的利用，本发明荧光胶可通过热固化方法设置在变压器光纤测温探头上，实现在线实时监测，本发明制备工艺简单，有效利用稀土原料，研发了新型稀土功能材料，具有很高的市场推广价值。
附图说明
图1为实施例1测温探头在350℃下连续工作180天的信号强度衰减率；
图2为实施例1测温一致性的测试结果。
具体实施方式
下面将对本发明的实施例作进一步的详细叙述。
实施例1
原料的配比如下：（单位：g）
制备方法如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为93%的浓硝酸中，实施例1原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:15，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）加入氨水或柠檬酸调节步骤1）制得的混合溶液的酸碱度至弱酸性，调节后溶液的pH值为6.0；
3）将步骤2）制得的溶液在烘箱中烘干，然后进行一次煅烧结晶成单相粉体，煅烧温度为700℃，煅烧时间为2h；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至4~6μm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为850℃，煅烧时间为1h；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至2~4μm，即得；
6）配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂65份，环氧树脂33份，苯并三唑化合物1.5份以及苯二甲胺0.5份，该配方胶以硅酮树脂和环氧树脂苯为基体，掺杂适量苯并三唑化合物和苯二甲胺，苯并三唑化合物提高了基体的耐高温性能，苯二甲胺提高了基体的紫外线耐受力。按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合于玻璃皿内，用细玻璃棒搅拌5~10分钟后均匀，得到荧光粉胶。
经过步骤6）得到荧光粉胶经过热固化，固化条件为100℃~150℃保持1~3小时，固定在变压器光纤上测温探头上，进行测温工作。
将实施例1制得的荧光胶固定到测温探头上，然后对该测温探头进行测试。首先在-50℃-350℃范围内均分成40个温度点，通过恒温设备提供40个标准温度均匀空间，将实施例1的测温探头测温数据与标准温度值比对，具体测试结果如表1所示：
表1实施例1测温探头的测温数据与标准温度值比对表（单位：℃）
从表1中可以看出，本发明荧光胶用在变压器光纤测温探头上进行测温，具有很好的测温精度，精度可达±1℃。
将测温探头安装在变压器绕组光纤温控仪主机上进行测试，将实施例1制得的测温探头的荧光强度与现有技术的感温探头的荧光强度相对比，用相同功率激发光对感温探头荧光胶进行激发，实施例1测温探头返回的荧光强度整体上比现有技术感温探头的荧光强度增强了23%。
使实施案例1制得的测温探头连续在350℃下工作180天，在此过程中，监测信号强度衰减情况，实施例1的信号强度衰减的百分比如图1所示，从图1中可以看出，实施例1测温探头在350℃下连续工作180天后信号强度的衰减率小于1%。
用功率10W的紫外光对实施例1中的配方胶进行间歇照射，每个照射周期为照射1小时，之后停止1小时后继续再进行下一个周期照射1小时，由此反复操作，直至总照射时间为50小时。每个照射周期完成后对配方胶光做透过率测试，50小时后配方胶的透过率仅降低了0.3%。
将实施例1制得的荧光胶制成100只测温探头后对其在50℃下的测温一致性进行测试，结果如图2所示，从图2中可以看出，100只测温探头测得的平均值为50.06℃，标准差仅为0.09848，说明实施例1测温探头具有很高的测温一致性。本发明的荧光胶通过两次煅烧和研磨，将粉末颗粒进行了有效的控制所以颗粒度非常均匀，这样
测温一致性能够一致性较高。
实施例2
原料的配比如下：（单位：g）
制备方法如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为90%的浓硝酸中，实施例2原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:20，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）加入氨水或柠檬酸调节步骤1）制得的混合溶液的酸碱度至弱酸性，调节后溶液的pH值为5.5；
3）将步骤2）制得的溶液在烘箱中烘干后进行一次煅烧，煅烧温度为650℃，煅烧时间为3h；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至4~6μm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为750℃，煅烧时间为2h；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至2~4μm，即得；
6）配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂60份，环氧树脂30份，苯并三唑化合物1份以及苯二甲胺0.3份；按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合，搅拌5~10分钟后均匀，得到荧光粉胶。
经过步骤6）得到荧光粉胶经过热固化，固化条件为100℃~150℃保持1~3小时，固定在变压器光纤上测温探头上，进行测温工作。
将实施例2制得的荧光胶固定到测温探头上，然后对该测温探头进行测试。首先在-50℃-350℃范围内均分成40个温度点，通过恒温设备提供40个标准温度均匀空间，将实施例3的测温探头测温数据与标准温度值比对，实施例2荧光胶用在变压器光纤测温探头上进行测温，具有很好的测温精度，精度可达±1℃。
将测温探头安装在变压器绕组光纤温控仪主机上进行测试，将实施例2制得的测温探头的荧光强度与现有技术的感温探头的荧光强度相对比，用相同功率激发光对感温探头荧光胶进行激发，实施例2测温探头返回的荧光强度整体上比现有技术感温探头的荧光强度增强了21%。
使实施案例2制得的测温探头连续在350℃下工作180天，在此过程中，监测信号强度衰减情况，实施例2测温探头在350℃下连续工作180天后信号强度的衰减率小于1%。
用功率10W的紫外光对实施例2中的配方胶进行间歇照射，每个照射周期为照射1小时，之后停止1小时后继续再进行下一个周期照射1小时，由此反复操作，直至总照射时间为50小时。每个照射周期完成后对配方胶光做透过率测试，50小时后配方胶的透过率仅降低了0.3%。
将实施例2制得的荧光胶制成100只测温探头后对其在60℃下的测温一致性进行测试，100只测温探头测得的平均值为60.05℃，标准差仅为0.09311。
实施例3
原料的配比如下：（单位：g）
制备方法如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为92%的浓硝酸中，实施例4原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:17，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）加入氨水或柠檬酸调节步骤1）制得的混合溶液的酸碱度至弱酸性，调节后溶液的pH值为5.8；
3）将步骤2）制得的溶液在烘箱中烘干后进行一次煅烧，煅烧温度为850℃，煅烧时间为0.5h；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至4~6μm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间为0.5h；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至2~4μm，即得；
6）配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂63份，环氧树脂32份，苯并三唑化合物1.1份以及苯二甲胺0.6份；按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合，搅拌5~10分钟后均匀，得到荧光粉胶。
经过步骤6）得到荧光粉胶经过热固化，固化条件为100℃~150℃保持1~3小时，固定在变压器光纤上测温探头上，进行测温工作。
将实施例3制得的荧光胶固定到测温探头上，然后对该测温探头进行测试。首先在-50℃-350℃范围内均分成40个温度点，通过恒温设备提供40个标准温度均匀空间，将实施例3的测温探头测温数据与标准温度值比对，实施例3荧光胶用在变压器光纤测温探头上进行测温，具有很好的测温精度，精度可达±1℃。
将测温探头安装在变压器绕组光纤温控仪主机上进行测试，将实施例3制得的测温探头的荧光强度与现有技术的感温探头的荧光强度相对比，用相同功率激发光对感温探头荧光胶进行激发，实施例1测温探头返回的荧光强度整体上比现有技术感温探头的荧光强度增强了20%。
使实施案例3制得的测温探头连续在350℃下工作180天，在此过程中，监测信号强度衰减情况，实施例3测温探头在350℃下连续工作180天后信号强度的衰减率小于1%。
用功率10W的紫外光对实施例3中的配方胶进行间歇照射，每个照射周期为照射1小时，之后停止1小时后继续再进行下一个周期照射1小时，由此反复操作，直至总照射时间为50小时。每个照射周期完成后对配方胶光做透过率测试，50小时后配方胶的透过率仅降低了0.3%。
将实施例3制得的荧光胶制成100只测温探头后对其在80℃下的测温一致性进行测试，100只测温探头测得的平均值为80.03℃，标准差仅为0.09234。
实施例4
原料的配比如下：（单位：g）
制备方法如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为94%的浓硝酸中，实施例4原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:12，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）加入氨水或柠檬酸调节步骤1）制得的混合溶液的酸碱度至弱酸性，调节后溶液的pH值为5.6；
3）将步骤2）制得的溶液在烘箱中烘干后进行一次煅烧，煅烧温度为720℃，煅烧时间为1.8h；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至4~6μm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为910℃，煅烧时间为0.8h；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨，采用抽样方法通过扫描电镜对研磨后的产物测试，研磨至产物粉末粒径至2~4μm，即得；
6）配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂70份，环氧树脂34份，苯并三唑化合物2份以及苯二甲胺1.7份；按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合，搅拌5~10分钟后均匀，得到荧光粉胶。
经过步骤6）得到荧光粉胶经过热固化，固化条件为100℃~150℃保持1~3小时，固定在变压器光纤上测温探头上，进行测温工作。
将实施例4制得的荧光胶固定到测温探头上，然后对该测温探头进行测试。首先在-50℃-350℃范围内均分成40个温度点，通过恒温设备提供40个标准温度均匀空间，将实施例4的测温探头测温数据与标准温度值比对，实施例4荧光胶用在变压器光纤测温探头上进行测温，具有很好的测温精度，精度可达±1℃。
将测温探头安装在变压器绕组光纤温控仪主机上进行测试，将实施例4制得的测温探头的荧光强度与现有技术的感温探头的荧光强度相对比，用相同功率激发光对感温探头荧光胶进行激发，实施例4测温探头返回的荧光强度整体上比现有技术感温探头的荧光强度增强了20%。
使实施案例4制得的测温探头连续在350℃下工作180天，在此过程中，监测信号强度衰减情况，实施例4测温探头在350℃下连续工作180天后信号强度的衰减率小于1%。
用功率10W的紫外光对实施例4中的配方胶进行间歇照射，每个照射周期为照射1小时，之后停止1小时后继续再进行下一个周期照射1小时，由此反复操作，直至总照射时间为50小时。每个照射周期完成后对配方胶光做透过率测试，50小时后配方胶的透过率仅降低了0.3%。
将实施例4制得的荧光胶制成100只测温探头后对其在90℃下的测温一致性进行测试，100只测温探头测得的平均值为90.06℃，标准差仅为0.09746。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：其包括配方胶和荧光粉，所述配方胶和荧光粉的重量比为1：1~:1：3，所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O310~50份，Yb2O35~20份，Y2O310~30份,CeO25~20份以及Lu2O35~20份。
2.根据权利要求1所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述配方胶和所述荧光粉的重量比为1：1.5~1：2。
3.根据权利要求1或2所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述配方胶和所述荧光粉的重量比为1：1.8。
4.根据权利要求1所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O325~35份，Yb2O312~18份，Y2O317~27份,CeO210~18份，Lu2O37~15份。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述荧光粉包括以下重量份的组分：Eu2O333份，Yb2O317份，Y2O325份,CeO217份，Lu2O38份。
6.根据权利要求1、2或4任一所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂60~70份，环氧树脂30~35份，苯并三唑化合物1~2份以及苯二甲胺0.3~1.9份。
7.根据权利要求6所述的一种变压器光纤测温探头用荧光胶，其特征在于：所述配方胶为包括以下重量份的组份：硅酮树脂65份，环氧树脂33份，苯并三唑化合物1.5份以及苯二甲胺0.5份。
8.权利要求1、2或4任一所述一种变压器光纤测温探头用荧光胶的制备方法,其特征在于：其制备步骤如下：
1）将原料组分Eu2O3，Yb2O3，Y2O3,CeO2，LU2O3按照预定比例溶于质量浓度为90%~95%的浓硝酸中，原料组分的总质量与浓硝酸的质量比为1:10~1:20，搅拌均匀，配制成混合溶液；
2）调节步骤1）制得的混合溶液的pH值为5.5~6.5；
3）将步骤2）制得的溶液烘干后进行一次煅烧，煅烧温度为650~850℃，煅烧时间为0.5~3小时；
4）将步骤3）煅烧后所得产物研磨至4~6цm，然后进行二次煅烧，煅烧温度为750~1000℃，煅烧时间为0.5~2小时；
5）将步骤4）煅烧后的产物自然冷却至室温，研磨至2~4цm，即得荧光粉；
6）按预定比例称取配方胶并将称量好的配方胶和步骤5）得到的荧光粉混合，搅拌5~10分钟。
9.根据权利要求8所述一种变压器光纤测温探头用荧光胶的制备方法，其特征在于：步骤2）中，使用氨水或柠檬酸调节溶液pH值。
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