CN111077191A - 管道热导式气体传感检测模块 - Google Patents

管道热导式气体传感检测模块 Download PDF

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CN111077191A CN201911296581.7A CN201911296581A CN111077191A CN 111077191 A CN111077191 A CN 111077191A CN 201911296581 A CN201911296581 A CN 201911296581A CN 111077191 A CN111077191 A CN 111077191A
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胡军台
汪献忠
郑俊洋
李京伟
肖承仟
张克勇
王栋
蒋延磊
王逸超
梁璐
史景忠
司雪峰
张世坤
王莹秋
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Pingdingshan Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
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Abstract

管道热导式气体传感检测模块及其检测方法，包括模块本体，模块本体内部自左向右依次开设有贯通的左螺纹孔、中安装孔和右螺纹孔，中安装孔内左侧和右侧分别设置有一个隔热桥架，两个隔热桥架之间设置有圆筒状的测量气室，模块本体侧部沿中安装孔的径向方向开设有两条细穿孔，测量气室内穿设有一根张紧的铂金丝，铂金丝在隔热桥架两端折弯后分别通过左右两侧的细穿孔穿出模块本体。本发明采用在线检测手段，无需取气操作，不影响设备安全运行，不会导致设备内气体变化，避免取气检测误差和断头气路导致的区域不一致和温度不一致导致的测量误差。

Description

管道热导式气体传感检测模块
技术领域
本发明属于气体在线检测技术领域，具体涉及一种管道热导式气体传感检测模块。
背景技术
六氟化硫（SF6）气体由于其绝缘特性，被大量用于气体绝缘电力设备上。由于设备制造和运行中的各种原因，设备内的气体会存在成分变化导致SF6纯度发生变化，影响设备的安全稳定运行。原有检测手段采用将气体从设备中取出后进行分析。一方面会导致设备气体损失，另一方面，取出气体的过程也会影响设备安全运行，并且取出气体有二次污染的可能。
六氟化硫（SF6）气体由于其具有的优良的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于气体绝缘断路器、气体绝缘组合电器（Gas Iusulated Sub Station， GIS）、变压器、互感器等各种电气设备中。由于SF6气体绝缘设备在制造、安装或运行时可能出现各种缺陷，进而发生放电（电弧放电、火花放电、局部放电）和过热故障，导致SF6气体发生分解，若放电现象出现在固体绝缘介质附近，还将生成CF4、CO、CO2等分解化合产物，其含量、生成速率等特征均与设备内部绝缘劣化状况有十分密切的关系，可以作为判断绝缘设备早期潜伏性故障的依据。国内外的相关研究文献表明，通过检测SF6气体分解组分来诊断上述设备的内部绝缘缺陷已经成为目前研究的热点。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于安装、便于检测的管道热导式气体传感检测模块。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：管道热导式气体传感检测模块，包括模块本体，模块本体内部自左向右依次开设有贯通的左螺纹孔、中安装孔和右螺纹孔，中安装孔内左侧和右侧分别设置有一个隔热桥架，两个隔热桥架之间设置有圆筒状的测量气室，模块本体侧部沿中安装孔的径向方向开设有两条细穿孔，两条细穿孔的内端与中安装孔连通且分别位于隔热桥架的左右两侧，测量气室内穿设有一根张紧的铂金丝，测量气室、中安装孔和测量气室内部的铂金丝同中心线，铂金丝在隔热桥架两端折弯后分别通过左右两侧的细穿孔穿出模块本体。
测量气室为由尼龙或者四氟材料制成的圆筒体，测量气室的两端分别套设有隔热盖，隔热桥架的中心处设置有用于装配隔热盖的台阶孔，隔热盖的中心开设有用于穿过铂金丝的通孔，隔热盖上开设有围绕通孔均匀布置的散热孔。
测量气室的外圆周表面设有圆筒形的加热膜，加热膜内设置有温度电阻丝。
左螺纹孔、中安装孔和右螺纹孔具有同一中心线，右螺纹孔的内径与左螺纹孔的内径相等，中安装孔的内径小于左螺纹孔的内径。
管道热导式气体传感检测模块的检测方法，包括以下步骤；
（1）将模块本体的左螺纹孔和右螺纹孔分别安装在六氟化硫气体管道上；
（2）将穿出模块本体外部的铂金丝两端和和温度电阻丝对应连接在测量仪器上；
（3）启动测量仪器对铂金丝通电；
（4）测量仪器测量铂金丝功率与电阻，进而算出气室内气体的热导值，通过混合气体热导率理论计算气体纯度。
步骤（4）的计算过程为：设铂金丝在测量气室内的长度为l，半径为r1，0度电阻为R0；加载在铂金丝上的电压为v，电流为i；
则其铂金丝输出功率为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
铂金丝电阻为：
Figure 883973DEST_PATH_IMAGE002
铂金丝温度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
测量气室半径为r2，通过测量气室壁的温度电阻丝测得气室壁温度为T0；
根据傅里叶定律气室内气体的热导系数为:
Figure 752572DEST_PATH_IMAGE004
假设测量气室内存在二元气体A和B，其热导率分别为CA和CB。浓度分别为a%和b%；
其中a%+b%=100%
根据混合气体热导率定律，混合气体的热导率为:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
根据前面测得的气室内混合气体热导率，带入公式即可求得混合气体比例：
Figure 260957DEST_PATH_IMAGE006
。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用在线检测手段，无需取气操作，不影响设备安全运行，不会导致设备内气体变化，避免取气检测误差。
2、采用管路检测手段，只需在设备原有检修管路上添加设备，不改变电力设备主结构，对电力设备原有安全运行条件无任何影响。
3、加热膜和温度电阻丝集成在管路内部，直接接触气体，无导气管结构，避免断头气路导致的区域不一致和温度不一致导致的测量误差。
4、加热膜和温度电阻丝集成在管路内部，体积小巧，无多余外部组件，便于安装施工。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明左侧平面结构示意图；
图3是图2中A-A剖视图；
图4是图3中B处的放大图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本发明的管道热导式气体传感检测模块，包括模块本体1，模块本体1内部自左向右依次开设有贯通的左螺纹孔2、中安装孔3和右螺纹孔4，中安装孔3内左侧和右侧分别设置有一个隔热桥架8，两个隔热桥架8之间设置有圆筒状的测量气室7，模块本体1侧部沿中安装孔3的径向方向开设有两条细穿孔5，两条细穿孔5的内端与中安装孔3连通且分别位于隔热桥架8的左右两侧，测量气室7内穿设有一根张紧的铂金丝6，测量气室7、中安装孔3和测量气室7内部的铂金丝6同中心线，铂金丝6在隔热桥架8两端折弯后分别通过左右两侧的细穿孔5穿出模块本体1。
测量气室7为由尼龙或者四氟材料制成的圆筒体，测量气室7的两端分别套设有隔热盖9，隔热桥架8的中心处设置有用于装配隔热盖9的台阶孔，隔热盖9的中心开设有用于穿过铂金丝6的通孔，隔热盖9上开设有围绕通孔均匀布置的散热孔10。
测量气室7的外圆周表面设有圆筒形的加热膜11，加热膜11内设置有温度电阻丝12。
左螺纹孔2、中安装孔3和右螺纹孔4具有同一中心线，右螺纹孔4的内径与左螺纹孔2的内径相等，中安装孔3的内径小于左螺纹孔2的内径。
管道热导式气体传感检测模块的检测方法，包括以下步骤；
（1）将模块本体1的左螺纹孔2和右螺纹孔4分别安装在六氟化硫气体管道上；
（2）将穿出模块本体1外部的铂金丝6两端和和温度电阻丝12对应连接在测量仪器上；
（3）启动测量仪器对铂金丝6通电；
（4）测量仪器测量铂金丝6功率与电阻，进而算出气室内气体的热导值，通过混合气体热导率理论计算气体纯度。
步骤（4）的计算过程为：设铂金丝6在测量气室7内的长度为l，半径为r1，0度电阻为R0；加载在铂金丝6上的电压为v，电流为i；
则其铂金丝6的输出功率为
Figure 861703DEST_PATH_IMAGE001
铂金丝6的电阻为：
Figure 121783DEST_PATH_IMAGE002
铂金丝6的温度为：
Figure 528493DEST_PATH_IMAGE003
测量气室7半径为r2，通过测量气室7壁的温度电阻丝12测得气室壁温度为T0；
根据傅里叶定律气室内气体的热导系数为:
Figure 557629DEST_PATH_IMAGE004
假设测量气室7内存在二元气体A和B，其热导率分别为CA和CB。浓度分别为a%和b%；
其中a%+b%=100%
根据混合气体热导率定律，混合气体的热导率为:
Figure DEST_PATH_IMAGE007
根据前面测得的测量气室7内混合气体热导率，带入公式即可求得混合气体比例：
Figure 126014DEST_PATH_IMAGE006
。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.管道热导式气体传感检测模块，其特征在于：包括模块本体，模块本体内部自左向右依次开设有贯通的左螺纹孔、中安装孔和右螺纹孔，中安装孔内左侧和右侧分别设置有一个隔热桥架，两个隔热桥架之间设置有圆筒状的测量气室，模块本体侧部沿中安装孔的径向方向开设有两条细穿孔，两条细穿孔的内端与中安装孔连通且分别位于隔热桥架的左右两侧，测量气室内穿设有一根张紧的铂金丝，测量气室、中安装孔和测量气室内部的铂金丝同中心线，铂金丝在隔热桥架两端折弯后分别通过左右两侧的细穿孔穿出模块本体。
2.根据权利要求1所述的管道热导式气体传感检测模块，其特征在于：测量气室为由尼龙或者四氟材料制成的圆筒体，测量气室的两端分别套设有隔热盖，隔热桥架的中心处设置有用于装配隔热盖的台阶孔，隔热盖的中心开设有用于穿过铂金丝的通孔，隔热盖上开设有围绕通孔均匀布置的散热孔。
3.根据权利要求2所述的管道热导式气体传感检测模块，其特征在于：测量气室的外圆周表面设有圆筒形的加热膜，加热膜内设置有温度电阻丝。
4.根据权利要求3所述的管道热导式气体传感检测模块，其特征在于：左螺纹孔、中安装孔和右螺纹孔具有同一中心线，右螺纹孔的内径与左螺纹孔的内径相等，中安装孔的内径小于左螺纹孔的内径。
5.如权利要求4所述的管道热导式气体传感检测模块的检测方法，其特征在于：包括以下步骤；
（1）将模块本体的左螺纹孔和右螺纹孔分别安装在六氟化硫气体管道上；
（2）将穿出模块本体外部的铂金丝两端和和温度电阻丝对应连接在测量仪器上；
（3）启动测量仪器对铂金丝通电；
（4）测量仪器测量铂金丝功率与电阻，进而算出气室内气体的热导值，通过混合气体热导率理论计算气体纯度。
6.如权利要求5所述的管道热导式气体传感检测模块的检测方法，其特征在于：步骤（4）的计算过程为：设铂金丝在测量气室内的长度为l，半径为r1，0度电阻为R0；加载在铂金丝上的电压为v，电流为i；
则其铂金丝输出功率为
Figure 913809DEST_PATH_IMAGE001
铂金丝电阻为：
Figure 438332DEST_PATH_IMAGE002
铂金丝温度为：
Figure 458240DEST_PATH_IMAGE003
测量气室半径为r2，通过测量气室壁的温度电阻丝测得气室壁温度为T0；
根据傅里叶定律气室内气体的热导系数为:
Figure 726411DEST_PATH_IMAGE004
假设测量气室内存在二元气体A和B，其热导率分别为CA和CB；
浓度分别为a%和b%；
其中a%+b%=100%
根据混合气体热导率定律，混合气体的热导率为:
Figure 577692DEST_PATH_IMAGE005
根据前面测得的气室内混合气体热导率，带入公式即可求得混合气体比例：
Figure 538695DEST_PATH_IMAGE006
。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113203769A (zh) * 2021-04-15 2021-08-03 电子科技大学 一种高气密性的微型热导检测器及其制作方法

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CN113203769A (zh) * 2021-04-15 2021-08-03 电子科技大学 一种高气密性的微型热导检测器及其制作方法

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