CN107658727A - 一种湿度控制电力柜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湿度控制电力柜，该电力柜包括壳体，在壳体内设有机箱和底座，所述机箱侧面设有湿度传感器，右下端设有控制器，所述控制器旁边设有风机，所述底座上端设有过滤板及过滤板上端的过滤棉，所述过滤板与过滤棉的侧面设有进气口，所述机箱顶端设有出气口；所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；该敏感材料层为双层结构，包括依次设于陶瓷管表面的ZnO纳米颗粒层及Fe2O3/石墨烯纳米纤维层。

Description

一种湿度控制电力柜
技术领域
本发明涉及电力柜技术领域，尤其涉及一种湿度控制电力柜。
背景技术
近年来城区室外环网柜、箱变遂年增多。许多环网柜、箱变设置在室外，不可避免要风吹日晒雨淋。在实际工作中，我们已遇到有一些箱变、环网柜不同程度地出现锈蚀严重、打开困难的问题，约占我们维护的所有箱变、环网柜的1/4左右。其原因是箱、柜长期风吹日晒雨淋，箱门上的挂锁锈蚀、箱门门轴锈蚀，使得打开非常困难，挂锁需破坏更换重装，箱门需猛烈的震动，才能打开，这对供电设施安全运行、及时维护带来较大的难度。保证箱体内部的湿度成为内部设备提高使用寿命的主要方向。
发明内容
本发明旨在提供一种湿度控制电力柜，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种湿度控制电力柜，该电力柜包括壳体，在壳体内设有机箱和底座，所述机箱侧面设有湿度传感器，右下端设有控制器，所述控制器旁边设有风机，所述底座上端设有过滤板及过滤板上端的过滤棉，所述过滤板与过滤棉的侧面设有进气口，所述机箱顶端设有出气口；所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；该敏感材料层为双层结构，包括依次设于陶瓷管表面的ZnO纳米颗粒层及Fe2O3/石墨烯纳米纤维层。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的电力柜通过湿度传感器与控制器的配合能够时刻监控设备内空气的湿度状况，同时底部的过滤板与过滤棉的设置能够保证外部空气的干燥，达到干燥空气替换的目的，保证内部湿度的降低，结构简单，实用性强；
此外，本发明的电力柜中的湿度传感器通过双层敏感材料的设置，能够最大限度地检测环境中湿度，灵敏度高，重复性好。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中电力柜的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1所示，本发明的实施例涉及一种湿度控制电力柜，该电力柜包括壳体1，在壳体1内设有机箱2和底座3，所述机箱2侧面设有湿度传感器4，右下端设有控制器5，所述控制器5旁边设有风机6，所述底座3上端设有过滤板9及过滤板9上端的过滤棉10，所述过滤板9与过滤棉10的侧面设有进气口7，所述机箱2顶端设有出气口8。
所述控制器5连接湿度传感器4与风机6，所述风机6下端与过滤棉10气路连接。
所述出气口7旁边设置有防水棉11。
所述过滤板9的粒径不大于20ppi，且采用发泡体结构。
本发明通过湿度传感器与控制器的配合能够时刻监控设备内空气湿度状况，同时底部中由过滤板与过滤棉的设置能够保证外部空气的干燥，达到干燥空气替换的目的，保证内部湿度的降低，且它具有使用方便，操作简单，结构简单，实用性强等特点。
本发明采用控制器对风机进行控制，并且通过风机进行气路的流通控制，起到节能的目的，空气湿度达标的时候，风机停止工作，当湿度超标时，风机受控制器控制进行工作，将外部空气干燥后替换内部湿空气，降低内部湿度；采用出气口的防水棉，保证风机停止工作时外部湿空气无法进入到电力柜内，保证内部的湿度；采用发泡体结构的过滤板，能够将将进气口的固体颗粒全部过滤，能够防止颗粒进入对设备带来的危害，同时也防止了对过滤棉的污染。
优选地，上述所述的湿度传感器4为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极。
现有技术中，针对湿度的测量通常采用TiO2系材料作为敏感材料层，虽然，TiO2系材料具有优良的湿敏性能，其湿敏性能的研究也一直广受关注。氧化钛系材料的形貌可控，可生成纳米颗粒、纳米棒或多孔结构，但是，纯相TiO2电阻高、灵敏度低、响应恢复迟缓，需要外加热源且需要长时间响应，从而使其在湿度传感器中的应用受到限制。
本发明的实施例中，该敏感材料层为双层结构，包括依次设于陶瓷管表面的ZnO纳米颗粒层及Fe2O3/石墨烯纳米纤维层。采用上述的结构，将ZnO纳米颗粒与Fe2O3/石墨烯纳米纤维结合，取得了意料不到的技术效果。在上述双层结构中，上层的Fe2O3/石墨烯纳米纤维表现为疏松多孔结构，有利于环境中水汽扩散进Fe2O3/石墨烯纳米纤维，进而，该水汽能够进一步接触ZnO纳米颗粒；下层的ZnO纳米颗粒表现为致密结构，增强了敏感材料层与陶瓷管的结合。通过该种结构设置，能够增大水汽与敏感材料的充分接触，增大湿度传感器的灵敏度；在另一方面，通过烧结，该ZnO纳米颗粒与陶瓷管表面接触紧密，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维与ZnO纳米颗粒接触紧密。
在一种优选实施方式中，该ZnO纳米颗粒层厚度为0.5mm，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维层厚度为0.7mm。
在上述厚度条件下，对比发现，该湿度传感器4具有较高的灵敏度，而将该厚度变化后，其灵敏度出现较大的降低，说明在所述厚度条件下，该ZnO纳米颗粒与Fe2O3/石墨烯纳米纤维的结合取得了意料不到的技术效果。
优选地，该ZnO纳米颗粒粒径为10nm。ZnO纳米材料是一种用途广泛的半导体材料，其在传感器方面使用广泛。然而，现有技术中，通常单独使用ZnO纳米材料作为敏感材料，存在各种缺点，目前，对ZnO基气体传感器的研究主要采取纳米结构控制、掺杂、复合等方式来提高性能。
本发明技术方案中，将该ZnO纳米颗粒与Fe2O3/石墨烯纳米纤维复合使用，且，控制该ZnO纳米颗粒粒径为10nm，对提高湿度传感器的湿敏性能起到了意料不到的积极效果。
进一步优选地，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维采用静电纺丝法制备，其平均直径为500nm，Fe2O3与石墨烯的质量比为7:2。
本发明技术方案中，将静电纺丝法制备的Fe2O3/石墨烯纳米纤维与ZnO纳米颗粒复合使用，静电纺丝是一种制备纳米材料的简便方法，而目前关于湿度传感器的技术方案中，采用静电纺丝法制备敏感材料的技术方案不多。采用静电纺丝法制备纳米纤维作为敏感材料，如上所述，在提高湿敏性能方面产生积极效果；同时，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维中，通过石墨烯的掺杂，使得该纳米纤维的导电性增加，降低了阻抗，对于灵敏度的提高产生积极效果。
上述所述敏感材料层的制备过程为：
步骤1，制备ZnO纳米颗粒层：
首先，向76ml异丙醇溶液中加入0.07mmol乙酸锌，然后在57℃条件下超声振荡2h，使乙酸锌溶解充分，随后将该溶液迅速转移至0℃环境中静置；量取8ml 0.02M的氢氧化钠溶液，逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，超声振荡3h，得到透明的ZnO溶胶；将上述ZnO溶胶旋涂在陶瓷管表面，在转速为1000r/min下，匀胶18s，每次旋涂后，将陶瓷管在220℃下热处理12min，重复数次，得到合适厚度的ZnO纳米颗粒；
步骤2，制备Fe2O3/石墨烯纳米纤维层：
首先，配置8.7wt.％质量含量的聚乙烯醇水溶液50ml，然后向聚乙烯醇水溶液中加入2.7g硝酸铁和0.6g石墨烯，继续搅拌4h，得混合溶液a；将上述混合溶液a装入喷丝管中，使用铜丝作为正极，铝箔作为接收板的负极，进行静电纺丝时所施加的电压为18kV，喷丝头与接收板之间的距离为21.7cm，进行静电纺丝，得到复合纤维，将所得复合纤维纤维放入真空干燥箱内烘干备用；将上述烘干的复合纤维放入研钵中，滴加少量的去离子水，研磨1h后，得到浆状物，将该浆状物涂覆在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面，然后将该陶瓷管放到高温电阻炉中在空气气氛下烧结，在800℃下煅烧5h，以去除高分子聚乙烯醇，自然冷却，在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面得到Fe2O3/石墨烯纳米纤维。
然后在陶瓷管上制作加热线圈和金电极，得到本发明所述湿度传感器。
对照例1
本发明实施例所述的湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极。
该敏感材料层为双层结构，包括依次设于陶瓷管表面的ZnO纳米颗粒层及Fe2O3/石墨烯纳米纤维层。
该ZnO纳米颗粒层厚度为0.5mm，该ZnO纳米颗粒粒径为10nm，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维层厚度为0.7mm。
该Fe2O3/石墨烯纳米纤维采用静电纺丝法制备，其平均直径为500nm，Fe2O3与石墨烯的质量比为7:2。
上述敏感材料层的制备过程为：
步骤1，制备ZnO纳米颗粒层：
首先，向76ml异丙醇溶液中加入0.07mmol乙酸锌，然后在57℃条件下超声振荡2h，使乙酸锌溶解充分，随后将该溶液迅速转移至0℃环境中静置；量取8ml 0.02M的氢氧化钠溶液，逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，超声振荡3h，得到透明的ZnO溶胶；将上述ZnO溶胶旋涂在陶瓷管表面，在转速为1000r/min下，匀胶18s，每次旋涂后，将陶瓷管在220℃下热处理12min，重复数次，得到合适厚度的ZnO纳米颗粒；
步骤2，制备Fe2O3/石墨烯纳米纤维层：
首先，配置8.7wt.％质量含量的聚乙烯醇水溶液50ml，然后向聚乙烯醇水溶液中加入2.7g硝酸铁和0.6g石墨烯，继续搅拌4h，得混合溶液a；将上述混合溶液a装入喷丝管中，使用铜丝作为正极，铝箔作为接收板的负极，进行静电纺丝时所施加的电压为18kV，喷丝头与接收板之间的距离为21.7cm，进行静电纺丝，得到复合纤维，将所得复合纤维纤维放入真空干燥箱内烘干备用；将上述烘干的复合纤维放入研钵中，滴加少量的去离子水，研磨1h后，得到浆状物，将该浆状物涂覆在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面，然后将该陶瓷管放到高温电阻炉中在空气气氛下烧结，在800℃下煅烧5h，以去除高分子聚乙烯醇，自然冷却，在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面得到Fe2O3/石墨烯纳米纤维。
对照例2
在对照例1的基础上，不同之处在于：ZnO纳米颗粒层厚度为0.7mm，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维层厚度为0.5mm。
对照例3
在对照例1的基础上，不同之处在于：ZnO纳米颗粒粒径为50nm。
对照例4
在对照例1的基础上，不同之处在于：该Fe2O3/石墨烯纳米纤维平均直径为500nm，Fe2O3与石墨烯的质量比为3:2。
在该湿度传感器中，该敏感材料层的电阻会随环境中湿度变化，定义灵敏度(S)为该湿度传感器在低湿度下的的阻抗值Im(11％)与在高湿度下的阻抗值Im(95％)的比值，即S＝Im(11％)/Im(95％)，对本发明所述湿度传感器进行测试，结果如下表：
样品 频率(Hz) 阻值(11％；Ω) 阻值(95％；Ω) 灵敏度S
对照例1 60 89876 474 190
对照例2 60 30217 451 67
对照例3 60 35112 456 77
对照例4 60 22878 369 62
通过上表对照例1、2、3、4的对比，发现，对照例2、3、4的湿敏灵敏度相较对照例1均有大幅下降，说明ZnO纳米颗粒层和Fe2O3/石墨烯纳米纤维层厚度、ZnO纳米颗粒粒径、Fe2O3/石墨烯纳米纤维直径和质量比对湿敏性能能够产生意料不到的有益效果。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种湿度控制电力柜，其特征在于，该电力柜包括壳体，在壳体内设有机箱和底座，所述机箱侧面设有湿度传感器，右下端设有控制器，所述控制器旁边设有风机，所述底座上端设有过滤板及过滤板上端的过滤棉，所述过滤板与过滤棉的侧面设有进气口，所述机箱顶端设有出气口；所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；该敏感材料层为双层结构，包括依次设于陶瓷管表面的ZnO纳米颗粒层及Fe2O3/石墨烯纳米纤维层。
2.根据权利要求1所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述敏感材料层的制备过程为：
步骤1，制备ZnO纳米颗粒层：
首先，向76ml异丙醇溶液中加入0.07mmol乙酸锌，然后在57℃条件下超声振荡2h，使乙酸锌溶解充分，随后将该溶液迅速转移至0℃环境中静置；量取8ml 0.02M的氢氧化钠溶液，逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，超声振荡3h，得到透明的ZnO溶胶；将上述ZnO溶胶旋涂在陶瓷管表面，在转速为1000r/min下，匀胶18s，每次旋涂后，将陶瓷管在220℃下热处理12min，重复数次，得到合适厚度的ZnO纳米颗粒；
步骤2，制备Fe2O3/石墨烯纳米纤维层：
首先，配置8.7wt.％质量含量的聚乙烯醇水溶液50ml，然后向聚乙烯醇水溶液中加入2.7g硝酸铁和0.6g石墨烯，继续搅拌4h，得混合溶液a；将上述混合溶液a装入喷丝管中，使用铜丝作为正极，铝箔作为接收板的负极，进行静电纺丝时所施加的电压为18kV，喷丝头与接收板之间的距离为21.7cm，进行静电纺丝，得到复合纤维，将所得复合纤维纤维放入真空干燥箱内烘干备用；将上述烘干的复合纤维放入研钵中，滴加少量的去离子水，研磨1h后，得到浆状物，将该浆状物涂覆在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面，然后将该陶瓷管放到高温电阻炉中在空气气氛下烧结，在800℃下煅烧5h，以去除高分子聚乙烯醇，自然冷却，在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面得到Fe2O3/石墨烯纳米纤维。
3.根据权利要求1所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述控制器连接湿度传感器与风机，所述风机下端与过滤棉气路连接。
4.根据权利要求1所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述出气口旁边设置有防水棉。
5.根据权利要求1所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述过滤板的粒径不大于20ppi，且采用发泡体结构。
6.根据权利要求1所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述湿度传感器的敏感材料层中，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维采用静电纺丝法制备，其平均直径为500nm，Fe2O3与石墨烯的质量比为7:2。
7.根据权利要求6所述的一种湿度控制电力柜，其特征在于，所述湿度传感器的敏感材料层中，该ZnO纳米颗粒层厚度为0.5mm，该ZnO纳米颗粒粒径为10nm，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维层厚度为0.7mm。
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