CN108414601B - 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 - Google Patents
一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108414601B CN108414601B CN201810349775.8A CN201810349775A CN108414601B CN 108414601 B CN108414601 B CN 108414601B CN 201810349775 A CN201810349775 A CN 201810349775A CN 108414601 B CN108414601 B CN 108414601B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- sensor
- sub
- selective
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 308
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 31
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 53
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 48
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 36
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 36
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 20
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 20
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 18
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 18
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 18
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 16
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 15
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 13
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 13
- 210000003168 insulating cell Anatomy 0.000 claims description 9
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 claims description 8
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 238000001834 photoacoustic spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- MVXIJRBBCDLNLX-UHFFFAOYSA-N 1,3-dichloro-2-(2-chlorophenyl)benzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1C1=C(Cl)C=CC=C1Cl MVXIJRBBCDLNLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004867 photoacoustic spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
Abstract
本发明涉及一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置，其包括外壳，所述外壳的一端凸伸形成有用于进入待测样品的样品进管，在所述外壳内安装有气敏结构体，在所述气敏结构体朝向所述样品进管的一侧设置有油气分离单元；所述气敏结构体包括密封件、压板以及密封安装在所述密封件与所述压板之间气敏组件，所述气敏组件包括气体传感器阵，所述气体传感器阵包括绝缘电池体、多个各自独立的子传感器、与每一所述子传感器相对应的绝缘电池盖。本发明的气体传感阵列装置可以简便可靠的实现绝缘油中关键特征气体的检测，没有消耗品易损件，免维护。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测的技术领域，更具体地说，涉及一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置。
背景技术
电力系统对高压电气设备如变压器、电抗器、互感器等的维护(规程)计划中，广泛采用油中溶解气体的分析结果作为判断其内部故障的主要指标。在各种绝缘油中溶解气体种类中，尤其以氢气、一氧化碳和乙炔为典型故障气体：氢气是过热的特征故障气体；乙炔是放电的特征故障气体；一氧化碳是绝缘纸老化的特征故障气体。绝缘油中溶解气体在线监测技术弥补了定期离线分析的缺陷，正在获得越来越多的关注。目前常用的绝缘油中溶解气体在线监测方法包括以下几种：
1、少组分在线监测仪：该类在线监测仪基于燃料电池原理进行检测，具有使用寿命长、无消耗品易损件、免维护、安装简便等突出优点。但是这种技术的不足主要在于检测的气体种类比较单一，要么是检测油中溶解的氢气、一氧化碳、乙烯、乙炔四种气体的混合值，要么是检测单独的氢气浓度值。虽然可以检测故障早期气体氢气的含量，起到一定的预警作用，但是对于高电压等级的电力设备，检测气体种类过于单一，无法起到切实的保护作用；
2、在线色谱：在线色谱是基于实验室色谱技术进行的在线检测，系统由脱气单元、分离单元以及检测单元组成，脱气单元的作用是将油中溶解的气体从油中分离出来，经过净化之后送到分离单元；分离单元，也就是色谱柱实现将油中脱出的混合气体分离成单个组分的作用；检测单元依次实现分离后的各气体的检测；在线色谱的优点是可以实现油中溶解的多种气体的检测，缺点是设备过于复杂，有很多消耗品易损件，维护量大；
3、光声光谱：光声光谱是一种新型的多组分测试技术，设备基于光声光谱原理进行检测，系统由脱气单元和检测单元组成，脱气单元的作用和油色谱中的一致，检测单元是依靠光声光谱的原理实现各种气体的检测，同样是进行多组分检测，光声光谱技术不需要分离单元，消耗品易损件也大幅减少，进而维护量也减少了；但是光声光谱无法检测氢气这样的对称分子，必须配备其他氢气检测单元才能实现氢气的检测。
由此可见，现有绝缘油中溶解气体含量在线监测技术中基于燃料电池原理的少组分在线监测技术检测气体过于单一，基于油色谱及光声光谱原理的多组分在线监测仪具有消耗品易损件多、维护量大的缺点，都不能简单有效的进行绝缘油中溶解气体含量的监测。
发明内容
本发明的目的是针对现有绝缘油中溶解气体在线监测技术存在的缺陷，提供一种能针对高压电气设备绝缘油中多种气体，特别是氢气、乙炔、一氧化碳进行长期连续在线监测的一体化微型的气体传感阵列装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置，包括外壳，所述外壳的一端凸伸形成有用于进入待测样品的样品进管，在所述外壳内安装有气敏结构体，在所述气敏结构体朝向所述样品进管的一侧设置有油气分离单元；所述气敏结构体包括密封件、压板以及密封安装在所述密封件与所述压板之间气敏组件，所述气敏组件包括气体传感器阵，所述气体传感器阵包括绝缘电池体、多个各自独立的子传感器、与每一所述子传感器相对应的绝缘电池盖，所述气敏组件还包括与每一所述子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件和阳极气体选择性过滤件；每一所述子传感器包括绝缘电池芯、位于每一所述绝缘电池芯两侧的铂片、与每一所述铂片电连接的金属引线、以及夹装在相对应的所述绝缘电池芯与所述铂片之间的阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极；所述密封件内具有容纳空间，所述绝缘电池体和压板安装在所述容纳空间内，所述绝缘电池体位于所述压板的下方，所述绝缘电池盖位于所述绝缘电池体与所述压板之间；每一所述绝缘电池芯、铂片、阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极位于相对应的所述绝缘电池盖与所述绝缘电池体之间；每一所述阳极气体选择性过滤件设置在所述绝缘电池体与所述密封件的底板之间；每一所述阴极气体选择性过滤件设置在相对应的所述绝缘电池盖与所述压板之间；所述阴极多孔气体扩散电极设置在所述绝缘电池芯朝向相对应的所述绝缘电池盖的一侧，所述阳极多孔气体扩散电极设置在所述绝缘电池芯朝向所述绝缘电池体的一侧，且每一所述阴极多孔气体扩散电极和每一所述阴极多孔气体扩散电极上分别设置所述铂片。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述密封件的底板朝向所述阳极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一所述阳极气体选择性过滤件相对应的第一凹槽，在每一所述第一凹槽的底壁上开设有第一通孔；所述压板朝向所述阴极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一所述阴极气体选择性过滤件相对应的第二凹槽，在每一所述第二凹槽的底壁上开设有第二通孔；所述绝缘电池体朝向所述子传感器的一侧开设有与每一所述子传感器相对应的第三凹槽，在所述第三凹槽的底壁上开设有第三通孔；每一所述绝缘电池盖上开设有第四通孔。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述油气分离单元通过主密封圈、辅助密封圈以及所述密封件与所述外壳的内腔相互密封组装；所述第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽内也分别设置有密封圈。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述气敏结构体的密封件的底板与所述油气分离单元之间的距离＜5mm。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述气敏结构体的密封件的底板与所述油气分离单元之间的距离为1mm-3mm。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述油气分离单元是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、硅橡胶、氟化硅橡胶中的至少一种制成的高分子本体膜。
在本发明的气体传感阵列装置中，互相对应的所述阳极多孔气体扩散电极和所述阴极多孔气体扩散电极可以是对称电极，也可以是非对称电极，所述阳极多孔气体扩散电极和所述阴极多孔气体扩散电极上的电催化剂分别包括金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的一种或多种的组合。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述阳极气体选择性过滤件和所述阴极气体选择性过滤件分别为选择性电催化过滤层或高分子本体膜或二者的结合体；所述选择性电催化过滤层的活性成分包含金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种；所述高分子本体膜是由聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、硅橡胶、氟化硅橡胶中的至少一种制成的膜。
在本发明的气体传感阵列装置中，所述子传感器的数量为三个且分别是用于CO目标气体的CO气体子传感器、用于乙炔目标气体的乙炔气体子传感器和用于氢气目标气体的氢气气体子传感器；所述每一子传感器的阳极多孔气体扩散电极和阴极多孔气体扩散电极可以是对称电极也可以是非对称电极，其催化剂活性成分可以是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种。
在本发明的气体传感阵列装置中，与所述CO气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为0.5～1.5微米；与所述CO气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米；与所述乙炔气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为选择性电催化过滤层且该选择性电催化过滤层的活性成分是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种；与所述乙炔气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜和选择性电催化过滤层的结合体，且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米，该选择性电催化过滤层的活性成分是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种；与所述氢气气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～75微米；与所述氢气气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米。
实施本发明的气体传感阵列装置，具有以下有益效果：本发明的气体传感阵列装置可以简便可靠的实现绝缘油中关键特征气体的检测，没有消耗品易损件，免维护。
附图说明
图1为本发明的气体传感阵列装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的气体传感阵列装置的结构和作用原理作进一步说明：
本发明涉及一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置，包括中空结构的一体化外壳，在外壳尾部内嵌或者外联油气分离系统、外壳内部稳固安装气体选择性过滤系统、气体传感器阵、以及温度测试系统，顶部安装有多针连接器以输出气体传感器阵及温度测试系统的信号。
油气分离系统，可根据实际情况选取高分子本体膜分离法、真空泵法、动态顶空法等几大类油气分离法中的一种。优选使用高分子本体膜分离法进行油气分离，该高分子本体膜可以是聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、硅橡胶、氟化硅橡胶中的一种或多种组合。高分子本体膜可以采用片状结构，也可以采用管状本体膜分离束的形式。高分子本体膜可以允许绝缘油中溶解的气体通过，但不允许绝缘油通过，以此来实现油气分离。
气体选择性过滤系统采用物理或者化学的方式来过滤掉目标检测气体之外的其他气体以提高气体传感器阵的选择性，其组成可以是单独使用选择性电催化过滤层通过化学方式进行过滤，可以是单独使用高分子本体膜通过物理方式进行过滤，也可以是选择性电催化过滤层和高分子本体膜复合使用。当采用高分子本体膜以物理方式进行气体过滤时主要工作原理是高分子本体膜对不同气体的透过率有显著差异，对目标过滤气体的透过率明显小于对目标待测气体的透过率，以此实现物理层面的气体过滤。高分子透气膜可以是聚四氟乙烯、聚过氟乙烯、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、硅橡胶、氟化硅橡胶中的一种或多种组合。当采用选择性电催化过滤层进行化学过滤时所采用的电催化剂对目标过滤气体的活性远大于对目标待测气体的活性，使得目标待测气体可以通过选择性电催化过滤层到达传感器阵，而目标过滤气体在选择性电催化过滤层处发生化学反应而无法到达传感器阵，以此来消除目标待测气体外的干扰。选择性电催化过滤层采用多孔气体扩散电极，多孔气体扩散电极其活性成分(电催化剂)包含金(Au)、钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铱(Ir)中的1种和2种以上的组合，且根据所在子传感器对应目标气体的不同而使用不同的电催化剂配比。气体选择性过滤系统所处的位置可以在气体传感器阵的阳极进气通道，也可以在气体传感器阵的阴极进气通道。
气体传感器阵使用两组以上子传感器，平行或者串联放置，构成气体传感器阵，各传感器可以基于同样的原理进行气体检测也可以基于不同原理进行气体检测，具体以待测目标气体特性而定。阵列中各传感器对于目标气体的响应存在明显的差异，优选使用基于燃料电池原理的传感器阵进行气体的检测；在所使用的燃料电池子传感器中，包括阳极、阳极金属引线、导电介质、阴极、阴极金属引线。阳极及阴极优选采用多孔气体扩散电极，多孔气体扩散电极的催化剂活性成分为金(Au)，钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铱(Ir)中的一种或一种以上的组合，且根据所在电池组对应目标气体的不同而使用不同的电催化剂配比。电解质根据电池组所选阴阳电极的种类可以是酸、酸凝胶、碱、碱凝胶或者质子交换膜中的一种。
温度测试系统的主要功能是测量气体传感阵列装置内部温度，为气传感器阵中各传感器提供温度补偿用，可以采用Pt100、Pt1000、热敏电阻等各种温度测量技术。
通过对油气分离系统、选择性气体过滤系统；气体传感器阵的优化配合，制备了能检测多气体组分的一体化微型气体传感阵列装置，能耐各种环境压力和温度变化，能在高浓度的干扰气体中稳定的检测低浓度的目标气体。
下面通过具体实施例进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置包括外壳1，外壳1的一端凸伸形成有用于进入待测样品的样品进管22，外壳1的另一端设置有PCB板19和多针连接器20。在样品进管22的外周形成有外螺纹，可直接连接到变压器阀门或者阀门法兰盘上的内螺纹中(未有图标示)。气体传感阵列装置直接固定在配套的信号处理单元及外罩(图中未标示)中，信号处理单元及外罩既保证传感器信号的无距离传送，也保证了传感器免受环境及气候影响，从而保证了传感器产生的信号不受干扰。
在外壳1内安装有气敏结构体5，在气敏结构体5朝向样品进管22的一侧设置有油气分离单元4。油气分离单元4是由聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物(PVDF)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(PETFE)、硅橡胶(SR)、氟化硅橡胶(FSR)中的至少一种制成的高分子本体膜。溶解有特征故障气体的绝缘油直接与高分子本体膜接触，溶解在其中的特征故障气体可通过在高分子本体膜表面的吸附、溶解扩散以及脱附作用，到达油气分离膜的另一面，也就是气敏结构体5所在的一面，而绝缘油无法透过高分子本体膜从而实现油气分离。
气敏结构体5的密封件6的底板与油气分离单元4之间的距离＜5mm。优选地，气敏结构体5的密封件6的底板与油气分离单元4之间的距离为1mm-3mm。更优选地，气敏结构体5的密封件6的底板与油气分离单元4之间的距离为2mm。安装时，气敏结构体5应尽量紧贴油气分离单元4，从而减少阳极气室的体积，缩小响应时间。
气敏结构体5包括密封件6、压板8以及密封安装在密封件6与压板8之间的气敏组件，气敏组件包括气体传感器阵，气体传感器阵包括绝缘电池体15、多个各自独立的子传感器7、与每一个子传感器7相对应的绝缘电池盖10，气敏组件还包括与每一个子传感器7相对应的气体选择性过滤件9，其包括阴极气体选择性过滤件和阳极气体选择性过滤件。
每一个子传感器7包括绝缘电池芯11、位于每一个绝缘电池芯11两侧的铂片12、与每一个铂片12电连接的金属引线14、以及夹装在相对应的绝缘电池芯11与铂片12之间的多孔气体扩散电极13，多孔气体扩散电极13包括阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极。金属引线14远离铂片12的另一端与焊接在PCB板19上的负载电阻(图中未标出)并联后，连接至多针连接器20。同时PCB板19还焊接有热敏电阻21，热敏电阻21的引线同样连接至多针连接器20。气体传感器阵内各子传感器7的阴阳极通过电解质、铂片12、金属引线14、PCB板19、多针连接器20以及与多针连接器20连接的外部信号接收装置构成闭合回路，回路中的电流强度与特征气体浓度成正比。
其中，绝缘电池芯11、绝缘电池盖10和绝缘电池体可以是塑料制成的。
其中，密封件6内具有容纳空间，绝缘电池体15和压板8安装在容纳空间内，绝缘电池体15位于压板8的下方，绝缘电池盖10位于绝缘电池体15与压板8之间；每一个绝缘电池芯11、铂片12、阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极位于相对应的绝缘电池盖10与绝缘电池体15之间；每一个阳极气体选择性过滤件设置在绝缘电池体15与密封件6的底板之间；每一个阴极气体选择性过滤件设置在相对应的绝缘电池盖10与压板8之间；阴极多孔气体扩散电极设置在绝缘电池芯11朝向相对应的绝缘电池盖10的一侧，阳极多孔气体扩散电极设置在绝缘电池芯11朝向绝缘电池体15的一侧，且每一个阴极多孔气体扩散电极和每一个阴极多孔气体扩散电极上分别设置铂片12。
密封件6的底板朝向阳极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一个阳极气体选择性过滤件相对应的第一凹槽16，在每一个第一凹槽16的底壁上开设有第一通孔；压板8朝向阴极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一个阴极气体选择性过滤件相对应的第二凹槽18，在每一个第二凹槽18的底壁上开设有第二通孔；绝缘电池体15朝向子传感器7的一侧开设有与每一个子传感器7相对应的第三凹槽17，在第三凹槽17的底壁上开设有第三通孔；每一个绝缘电池盖10上开设有第四通孔。
油气分离单元4通过主密封圈2、辅助密封圈3以及密封件6与外壳1的内腔相互密封组装。具体地，油气分离单元4与外壳1的内腔的密封是采用耐油氟橡胶O型圈,辅助O型圈，密封件以及固定用内六角螺丝来共同完成的。
第一凹槽16、第二凹槽18和第三凹槽17内也分别设置有密封圈。密封圈即指O型圈，被压紧后保证阴极多孔气体扩散电极、阳极多孔气体扩散电极所接触气体的独立性。阴极多孔气体扩散电极、阳极多孔气体扩散电极上的电催化剂通过绝缘电池芯内的电解质连通。
互相对应的阳极多孔气体扩散电极和阴极多孔气体扩散电极可以是对称电极，也可以是非对称电极，阳极多孔气体扩散电极和阴极多孔气体扩散电极上的电催化剂分别包括金(Au)，钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铱(Ir)中的一种或两种以上的组合。
阳极气体选择性过滤件和阴极气体选择性过滤件分别为选择性电催化过滤层或高分子本体膜。选择性电催化过滤层的活性成分包含金(Au)，钌(Ru)、铑(Rh)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、铱(Ir)中的至少一种。高分子本体膜是由聚四氟乙烯(PTFE)、聚过氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PFEP)、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物(PVDF)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(PETFE)、硅橡胶(SR)、氟化硅橡胶(FSR)中的至少一种制成的膜。
在本实施例中，各子传感器7基于燃料电池原理进行检测，可测试绝缘油中溶解的CO、氢气、乙炔三种特征故障气体。其中，图1显示的子传感器7的数量为两个，而本实施例以图1类推，本实施例中的子传感器7的数量为三个且分别是用于CO目标气体的CO气体子传感器、用于乙炔目标气体的乙炔气体子传感器和用于氢气目标气体的氢气气体子传感器。
每一子传感器的阳极多孔气体扩散电极和阴极多孔气体扩散电极可以是对称电极也可以是非对称电极，其催化剂活性成分可以是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种。与CO气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为0.5～1.5微米；与CO气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米。与乙炔气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为选择性电催化过滤层且该选择性电催化过滤层的活性成分是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种；与乙炔气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜和选择性电催化过滤层的结合体，且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米，该选择性电催化过滤层的活性成分可以是金、钌、铑、铂、钯(Pd)、银、铱中的至少一种。与氢气气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～75微米；与氢气气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：如图1所示，本实施例的子传感器7的数量为两个且分别是用于CO目标气体的CO气体子传感器和用于氢气目标气体的氢气气体子传感器。而且第一凹槽16、第二凹槽18和第三凹槽17的数量也分别仅有对应的两个。
需要说明的是，上述的一体化气体传感阵列装置的结构不仅适用于测试CO、氢气和乙炔气体，对于本领域技术人员来说，其同样适用于其他气体传感器，既可以是基于燃料电池原理的气体传感器阵，也可以是基于其他原理如定电位电解式原理、非分光红外原理、催化燃烧原理、MEMS原理等都可以应用于本发明中以实现不同气体的检测。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进或变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置，包括外壳(1)，所述外壳(1)的一端凸伸形成有用于进入待测样品的样品进管(22)，其特征在于，外壳(1)的另一端设置有PCB板(19)和多针连接器(20)，在所述外壳(1)内安装有气敏结构体(5)，在所述气敏结构体(5)朝向所述样品进管(22)的一侧设置有油气分离单元(4)；
所述气敏结构体(5)包括密封件(6)、压板(8)以及密封安装在所述密封件(6)与所述压板(8)之间的气敏组件，所述气敏组件包括气体传感器阵，所述气体传感器阵包括绝缘电池体(15)、多个各自独立的子传感器(7)、与每一所述子传感器(7)相对应的绝缘电池盖(10)，所述气敏组件还包括与每一所述子传感器(7)相对应的阴极气体选择性过滤件和阳极气体选择性过滤件；
每一所述子传感器(7)包括绝缘电池芯(11)、位于每一所述绝缘电池芯(11)两侧的铂片(12)、与每一所述铂片(12)电连接的金属引线(14)、以及夹装在相对应的所述绝缘电池芯(11)与所述铂片(12)之间的阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极；
所述密封件(6)内具有容纳空间，所述绝缘电池体(15)和压板(8)安装在所述容纳空间内，所述绝缘电池体(15)位于所述压板(8)的下方，所述绝缘电池盖(10)位于所述绝缘电池体(15)与所述压板(8)之间；每一所述绝缘电池芯(11)、铂片(12)、阴极多孔气体扩散电极和阳极多孔气体扩散电极位于相对应的所述绝缘电池盖(10)与所述绝缘电池体(15)之间；每一所述阳极气体选择性过滤件设置在所述绝缘电池体(15)与所述密封件(6)的底板之间；每一所述阴极气体选择性过滤件设置在相对应的所述绝缘电池盖(10)与所述压板(8)之间；所述阴极多孔气体扩散电极设置在所述绝缘电池芯(11)朝向相对应的所述绝缘电池盖(10)的一侧，所述阳极多孔气体扩散电极设置在所述绝缘电池芯(11)朝向所述绝缘电池体(15)的一侧，且每一所述阴极多孔气体扩散电极和每一所述阳极多孔气体扩散电极上分别设置所述铂片(12)；
所述金属引线(14)远离铂片(12)的另一端与焊接在PCB板(19)上的负载电阻并联后，连接至所述多针连接器(20)，同时PCB板(19)还焊接有热敏电阻(21)，热敏电阻(21)的引线同样连接至多针连接器(20)；
所述阳极气体选择性过滤件和所述阴极气体选择性过滤件分别是选择性电催化过滤层或高分子本体膜、或者是选择性电催化过滤层和高分子本体膜的结合体；
所述选择性电催化过滤层的活性成分包含金、钌、铑、铂、钯、银、铱中的至少一种；
所述高分子本体膜是由聚四氟乙烯PTFE、聚过氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物PFEP、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物PVDF、聚乙烯-四氟乙烯共聚物PETFE、硅橡胶SR、氟化硅橡胶FSR中的至少一种制成的膜。
2.根据权利要求1所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述密封件(6)的底板朝向所述阳极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一所述阳极气体选择性过滤件相对应的第一凹槽(16)，在每一所述第一凹槽(16)的底壁上开设有第一通孔；所述压板(8)朝向所述阴极气体选择性过滤件的一侧开设有与每一所述阴极气体选择性过滤件相对应的第二凹槽(18)，在每一所述第二凹槽(18)的底壁上开设有第二通孔；所述绝缘电池体(15)朝向所述子传感器(7)的一侧开设有与每一所述子传感器(7)相对应的第三凹槽(17)，在所述第三凹槽(17)的底壁上开设有第三通孔；每一所述绝缘电池盖(10)上开设有第四通孔。
3.根据权利要求2所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述油气分离单元(4)通过主密封圈(2)、辅助密封圈(3)以及所述密封件(6)与所述外壳(1)的内腔相互密封组装；所述第一凹槽(16)、第二凹槽(18)和第三凹槽(17)内也分别设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述气敏结构体(5)的密封件(6)的底板与所述油气分离单元(4)之间的距离＜5mm。
5.根据权利要求4所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述气敏结构体(5)的密封件(6)的底板与所述油气分离单元(4)之间的距离为1mm-3mm。
6.根据权利要求1所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述油气分离单元(4)是由聚四氟乙烯PTFE、聚过氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物PFEP、聚四氟乙烯-全氟丙烯醚共聚物PVDF、聚乙烯-四氟乙烯共聚物PETFE、硅橡胶SR、氟化硅橡胶FSR中的至少一种制成的高分子本体膜。
7.根据权利要求1所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述阳极多孔气体扩散电极和所述阴极多孔气体扩散电极上的电催化剂分别包括金、钌、铑、铂、钯、银、铱中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求1所述的气体传感阵列装置，其特征在于，所述子传感器(7)的数量为三个且分别是用于CO目标气体的CO气体子传感器、用于乙炔目标气体的乙炔气体子传感器和用于氢气目标气体的氢气气体子传感器。
9.根据权利要求8所述的气体传感阵列装置，其特征在于，与所述CO气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为0.5～1.5微米；与所述CO气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米；
与所述乙炔气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为选择性电催化过滤层且该选择性电催化过滤层的活性成分包含金、钌、铑、铂、钯、银、铱中的至少一种；与所述乙炔气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜和选择性电催化过滤层的结合体，且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米，该选择性电催化过滤层的活性成分包含金、钌、铑、铂、钯、银、铱中的至少一种；
与所述氢气气体子传感器相对应的阳极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～75微米；与所述氢气气体子传感器相对应的阴极气体选择性过滤件为聚四氟乙烯膜且该聚四氟乙烯膜的厚度为6～125微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810349775.8A CN108414601B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810349775.8A CN108414601B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108414601A CN108414601A (zh) | 2018-08-17 |
| CN108414601B true CN108414601B (zh) | 2024-03-12 |
Family
ID=63134301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810349775.8A Active CN108414601B (zh) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108414601B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1608719A (zh) * | 2003-10-24 | 2005-04-27 | 深圳奥特迅电气设备有限公司 | 一种油气分离膜、其制造方法以及用其制成的气体传感器 |
| GB2409524A (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-29 | Alphasense Ltd | A dual gas sensor having first and second working electrodes separated by a gas impermeable member |
| KR20070070346A (ko) * | 2005-12-29 | 2007-07-04 | 한국전기연구원 | 복합형 수소가스센서와 멤브레인을 이용한 유중수소가스검출센서 장치 |
| CN101363813A (zh) * | 2007-08-10 | 2009-02-11 | 深圳市奥特迅传感技术有限公司 | 用于监测绝缘油中气体含量的气体传感器 |
| CN101477076A (zh) * | 2008-01-02 | 2009-07-08 | 通用电气公司 | 用于测量和检测溶于流体中的乙炔和氢的传感器装置 |
| CN203069551U (zh) * | 2013-01-16 | 2013-07-17 | 深圳市深安旭传感技术有限公司 | 燃料电池气体传感器 |
| CN103926299A (zh) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 深圳市深安旭传感技术有限公司 | 气体传感器 |
| CN105424775A (zh) * | 2014-09-17 | 2016-03-23 | 黑龙江宏宇电站设备有限公司 | 新型电站监测变压器油用燃料电池气体传感器及监测方法 |
| CN208188040U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-12-04 | 深圳市普晟传感技术有限公司 | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9689833B2 (en) * | 2011-10-11 | 2017-06-27 | Life Safety Distribution Ag | Auxiliary micro-electrodes for diagnostics of electrochemical gas sensors |
| KR101303936B1 (ko) * | 2011-11-28 | 2013-09-05 | 한국과학기술연구원 | 가스 센서용 복합 분리막 구조체, 이를 포함하는 가스 센서 장치, 이를 이용한 가스 농도 측정 방법 및 장치 |
-
2018
- 2018-04-18 CN CN201810349775.8A patent/CN108414601B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1608719A (zh) * | 2003-10-24 | 2005-04-27 | 深圳奥特迅电气设备有限公司 | 一种油气分离膜、其制造方法以及用其制成的气体传感器 |
| GB2409524A (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-29 | Alphasense Ltd | A dual gas sensor having first and second working electrodes separated by a gas impermeable member |
| KR20070070346A (ko) * | 2005-12-29 | 2007-07-04 | 한국전기연구원 | 복합형 수소가스센서와 멤브레인을 이용한 유중수소가스검출센서 장치 |
| CN101363813A (zh) * | 2007-08-10 | 2009-02-11 | 深圳市奥特迅传感技术有限公司 | 用于监测绝缘油中气体含量的气体传感器 |
| CN101477076A (zh) * | 2008-01-02 | 2009-07-08 | 通用电气公司 | 用于测量和检测溶于流体中的乙炔和氢的传感器装置 |
| CN103926299A (zh) * | 2013-01-11 | 2014-07-16 | 深圳市深安旭传感技术有限公司 | 气体传感器 |
| CN203069551U (zh) * | 2013-01-16 | 2013-07-17 | 深圳市深安旭传感技术有限公司 | 燃料电池气体传感器 |
| CN105424775A (zh) * | 2014-09-17 | 2016-03-23 | 黑龙江宏宇电站设备有限公司 | 新型电站监测变压器油用燃料电池气体传感器及监测方法 |
| CN208188040U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-12-04 | 深圳市普晟传感技术有限公司 | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108414601A (zh) | 2018-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101363813B (zh) | 用于监测绝缘油中气体含量的气体传感器 | |
| US8002957B2 (en) | Sensor apparatus for measuring and detecting acetylene and hydrogen dissolved in a fluid | |
| US6324891B1 (en) | Method and apparatus for monitoring GAS(ES) in a dielectric fluid | |
| US20060032742A1 (en) | Laminated membranes for diffusion limited gas sensors resistant to pressure variations | |
| CN108779926B (zh) | 空气净化器以及用于检测气体过滤器的状况的方法 | |
| JP4507235B2 (ja) | 電気化学式ガスセンサ | |
| CA2374939C (en) | Means for detecting and measuring the concentration of acetylene dissolved in a fluid | |
| CN208188040U (zh) | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 | |
| CN108414601B (zh) | 一种同时连续在线检测多种气体的气体传感阵列装置 | |
| JP4529140B2 (ja) | 水蒸気センサー | |
| JP2010050093A (ja) | 燃料電池エレメント電極 | |
| US8382974B2 (en) | Sensor to measure a concentration of alkali alcoholate | |
| JP5276604B2 (ja) | 電気化学式センサの診断方法及び電気化学式センサ | |
| JP6576053B2 (ja) | 定電位電解式ガスセンサ | |
| CN108680617B (zh) | 一种氢气传感器 | |
| US8736274B2 (en) | Method and apparatus for diagnosing electrochemical sensor | |
| KR20010039446A (ko) | 변압기 이상 감시장치 | |
| CN2508222Y (zh) | 固体聚合物电解质一氧化碳传感器 | |
| CN216484761U (zh) | 一种分体式电化学氧分析仪 | |
| US11874248B2 (en) | Electrochemical gas sensor assembly | |
| RU2146U1 (ru) | Электрохимический датчик для определения концентрации кислорода | |
| US20060254908A1 (en) | Electrochemical solid electrolyte sensor for the detection of oxygen, hydrocarbons and moisture in vacuum environments | |
| CN217133028U (zh) | 一种电化学气体传感器 | |
| CN115753626A (zh) | 一种基于光声光谱技术的变压器油溶解气体在线监测系统 | |
| JP6473351B2 (ja) | 定電位電解式ガスセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |