CN111505493B - 一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统，气体密度监测器包括智能微处理器、压力传感器和温度传感器；所述智能微处理器以设定采样频率采集压力值、温度值和气体密度值P₂₀，对设定时间周期内所监测的气体密度值采用平均值法计算得到准确的密度值P_20DZ准确，同时，所述智能微处理器获得该设定时间周期内的最大密度值P_20max和最小密度值P_20min，进而得到对应时间周期的最大温差值△Tmax。本发明能对气体绝缘电气设备和与其连接的密度继电器(或监测器)之间的温差进行监测，有利于密度继电器的选型和明确合理的技术性能要求，为改善或减少电气设备和密度继电器之间的温差提供依据，保障电网安全。

Description

一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种应用在高压、中压电气设备上，监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统。

背景技术

目前，SF₆(六氟化硫)电气设备已广泛应用在电力部门、工矿企业，促进了电力行业的快速发展。近年来，随着经济高速发展，我国电力系统容量急剧扩大，SF₆电气设备用量越来越多。SF₆气体在高压电气设备中的作用是灭弧和绝缘，高压电气设备内SF₆气体的密度降低和微水含量如果超标将严重影响SF₆高压电气设备的安全运行：SF₆气体密度降低至一定程度将导致绝缘和灭弧性能的降低或丧失。

由于电气设备内部的气室和密度继电器两处位置的传热和导热系数不一样，例如当太阳照来时，两处的温度升高速度是不一样的，例如在我国云南尤其明显。密度继电器反映的是安装位置处的环境温度，由于电气设备内部的气室温升的不确定性，密度继电器安装位置处的环境温度和电气设备内部气室的SF6气体的温度肯定存在温差，这种温差在下雪、下雨、太阳暴晒等天气情况下尤为明显。

而密度继电器就是一种带温度补偿的压力表(压力开关)。在使用中要尽可能保证密度继电器安装位置处的温度和需要监测处本体(灭弧室内)的温度间的平衡。如果两者之间存在温差，就会带来误差，严重时还会影响正常使用：出现误报信号。由于电气设备是密封的原因，目前，市场上还没有有效的方法来监测两者的温差。

因此，有必要研制一种能对气体绝缘电气设备和密度继电器之间的温差进行监测的温差监测器，有利于密度继电器的选型和明确合理的技术要求，为改善或减少电气设备和密度继电器之间的温差提供依据，保障电网安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统，以解决上述技术背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本申请第一个方面提供了一种监测温差的多功能气体密度监测器。

本申请第二个方面提供了一种监测温差的多功能气体密度监测系统，所述系统由第一个方面所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器构成，或者包括第一个方面所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器。

本申请所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，包括：

一种监测温差的多功能气体密度监测器，包括：智能微处理器、压力传感器和温度传感器；其中，

所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，根据气体压力-温度特性，计算得到相应的气体密度值P₂₀；

所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确；或者，所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，滤除周期性成份，计算得到准确的密度值P_20DZ准确；同时，所述智能微处理器获得该设定时间周期内的最大密度值P_20max和最小密度值P_20min，计算最大密度值P_20max与准确的密度值P_20DZ准确之间的第一密度差值△P1₂₀所对应的第一温度差值△T1，以及计算准确的密度值P_20DZ准确与最小密度值P_20min之间的第二密度差值△P2₂₀所对应的第二温度差值△T2，第一温度差值△T1与第二温度差值△T2进行比较得到最大温差值△Tmax，用于确定与电气设备相连接的气体密度继电器的最大允许温度补偿误差；其中，所述第一密度差值△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，所述第二密度差值△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min。

优选地，所述智能微处理器根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度特性，得到第一密度差值△P1₂₀所对应的第一温度差△T1，以及第二密度差值△P2₂₀所对应的第二温度差△T2，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；或者，

所述智能微处理器根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到第一温度差△T1＝△P1₂₀/K，以及第二温度差△T2＝△P2₂₀/K，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；其中，△P_DZ为密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线上的压力差，△T为该压力差△P_DZ所对应的温度差；或者，

所述智能微处理器将密度差值和密度值P_20DZ准确、以及对应的温度差之间的对应关系保存到预设数据表中，查询预设数据表得到第一密度差△P1₂₀所对应的第一温度差△T1、以及第二密度差△P2₂₀所对应的第二温度差△T2，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；或者，

所述智能微处理器根据最大密度值P_20max和最小密度值P_20min计算得到P_20∑＝(P_20max+P_20min)/2以及△PT₂₀＝P_20max-P_20min，根据密度值为P_20∑的气体压力温度特性，得到密度差值△PT₂₀所对应的温度差△T_∑，进而得到设定时间周期内的最大温差值△Tmax＝△T_∑/2，或者△Tmax＝△T_∑/2*J，其中J为预设系数，J的范围为(0.85～1.15)。

优选地，所述平均值计算处理包括：在设定的时间周期内，设定采样频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，

在所设定的周期时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，

在所设定的周期时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；

其中，N为大于等于1的正整数。

优选地，所述气体密度监测器还包括通讯模块，所述通信模块与所述智能微处理器相连接，所述智能微处理器将所述气体密度值P₂₀、和/或所述准确的密度值P_20DZ准确、和/或所述准确的密度值P_20DZ准确对应的压力值、温度值、和/或所述最大温差值△Tmax通过通讯模块上传至后台监控终端。

更优选地，所述通讯模块和智能微处理器为一体化设计。

更优选地，所述通讯模块的通讯方式为有线通讯或无线通讯方式。

进一步地，所述有线通讯方式包括RS232总线、RS485总线、CAN-BUS总线、光纤以太网、4-20mA、Hart、IIC、SPI、Wire、同轴电缆、PLC电力载波、电缆线中的一种或几种。

进一步地，所述无线通讯方式包括传感器内置5G/NB-IOT通讯模块(如5G、NB-IOT)、2G/3G/4G/5G、WIFI、蓝牙、Lora、Lorawan、Zigbee、红外、超声波、声波、卫星、光波、量子通信、声呐中的一种或几种。

更优选地，当所述气体密度值P₂₀小于或等于设定的密度值P_20设定时，智能微处理器通过气体密度监测器的报警接点信号线上传异常信号；或者，智能微处理器通过通讯模块上传异常信号。

优选地，所述智能微处理器根据电气设备所使用的密度继电器额定参数：额定压力值P_e以及报警压力值P_bj，计算密度差△Pmax＝P_e-P_bj；根据额定压力值P_e的气体压力温度特性，得到最大温差值△Tmax所对应的密度差值△P_20C，进而得到电气设备所使用的密度继电器的允许温度补偿误差△J_允许＝(△Pmax-△P_20C)*A，其中A为安全系数，A的范围为(0.7～0.95)。

优选地，在设定时间周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器获得设定时间周期内的准确的密度值P_20DZ准确，以及实时监测到的气体密度值P_20实时，计算得到△P_20实时＝P_20实时-P_20DZ准确，并根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到实时温差△T_实时＝△P_20实时/K；其中，△P_DZ为密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线上的压力差，△T为该压力差△P_DZ所对应的温度差。

优选地，所述气体密度监测器还包括机械部分，所述机械部分包括压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器和信号调节机构；所述气体密度监测器通过压力检测器和温度补偿元件监控气体密度值，并通过信号发生器输出报警、或/和闭锁接点信号；其中，所述信号发生器包括微动开关或磁助式电接点，所述压力检测器包括巴登管或波纹管；所述温度补偿元件采用双金属片构成的补偿元件或者充有补偿气体的补偿元件。

更优选地，所述机械部分还包括机芯、指针和刻度盘，所述指针安装于所述机芯上且设于所述刻度盘之前，所述指针结合所述刻度盘显示气体密度值。

更优选地，至少有一个温度传感器设置在所述机械部分的温度补偿元件附近、或设置在温度补偿元件上，或集成于所述温度补偿元件中。优选地，至少有一个所述温度传感器设置在所述机械部分的压力检测器靠近温度补偿元件的一端。

更优选地，所述气体密度监测器还包括至少一个绝缘件，所述绝缘件设于所述压力传感器与其壳体之间；或者，所述绝缘件设于所述压力传感器与机械部分的壳体之间，或者，所述绝缘件设于所述压力传感器的壳体与所述气体密度监测器的壳体之间。

更优选地，所述气体密度监测器的电子告示信号接点与所述信号发生器串联和/或并联，或者，所述电子告示信号接点串联或并联于信号发生器所对应的控制回路上。

优选地，所述气体密度监测器还包括显示机构，所述显示机构包括具有示值显示的数码器件或液晶器件。

优选地，所述气体密度监测器还包括：用于人机交互的显示界面，实时显示当前的数据，和/或支持数据输入。具体地，所述显示界面显示的当前数据包括实时在线气体密度值、所述准确的密度值P_20DZ准确、压力值、温度值、最大温差值△Tmax、实时温差、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警中的一种或几种。

更优选地，所述气体密度监测器支持密度监测器基本信息输入，所述密度监测器基本信息包括出厂编号、精度要求、额定参数、制造厂、运行位置中的一种或几种。

优选地，所述气体密度监测器还包括：用于数据存储的存储器，所述存储器与所述智能微处理器相连接。

优选地，所述气体密度监测器，包括远传气体密度继电器、气体密度变送器、气体密度传感器、气体密度监测装置中的一种或几种。

优选地，所述压力传感器通过绝缘件密封固定在压力传感器固定座上，压力传感器的外壳与压力传感器固定座之间是绝缘的。

优选地，所述气体密度监测器还包括监测气体微水值的微水传感器，当气体微水值超过设定值时，所述气体密度监测器发出微水超标告示信息，或上传微水超标告示信息。

优选地，所述气体密度监测器还包括在线监测气体分解物的分解物传感器，当气体分解物的含量超过设定值时，所述气体密度监测器发出分解物含量超标告示信息，或上传分解物含量超标告示信息。

优选地，所述智能微处理器的控制通过现场控制，和/或通过所述后台监控终端控制。

优选地，所述智能微处理器基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制整个气体密度监测器的监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。

优选地，所述智能微处理器基于通用计算机、工控机、ARM芯片、AI芯片、CPU、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等内嵌算法及控制程序，自动控制整个过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。

优选地，所述智能微处理器具有电气接口，所述电气接口完成测试数据存储，和/或测试数据导出，和/或测试数据打印，和/或与上位机进行数据通讯，和/或输入模拟量、数字量信息。

更优选地，所述电气接口设有防止用户误接造成接口损坏、和/或防止电磁干扰的电气接口保护电路。

优选地，所述智能微处理器还包括分析系统(例如，专家管理分析系统)，对气体密度值监测、最大温差值、实时温差值、设备漏气、气体密度监测器性能、监测元件进行检测分析、判定。

优选地，所述气体密度监测器还包括对电场起屏蔽作用的电场屏蔽件，所述电场屏蔽件设置在压力传感器和/或气体密度监测器外面；和/或，

所述气体密度监测器还包括对磁场起屏蔽作用的磁场屏蔽件，所述磁场屏蔽件设置在压力传感器和/或气体密度监测器外面。

上述屏蔽件利用屏蔽材料的反射和/或吸收作用，以减少EMI辐射，屏蔽材料的添置可有效减少或清除不必要的缝隙，抑制电磁耦合辐射，降低电磁泄漏和干扰；可采用较高导电、导磁性能的材料作为电磁屏蔽材料(如铁)，一般要求屏蔽性能达40～60dB，具体就是把气体密度监测器密封在一个带有屏蔽材料制成的壳体内，良好的密封，可以克服由于缝隙的导电不连续性，产生电磁泄漏而引起的干扰问题。

优选地，至少两个所述气体密度监测器均依次通过集线器、协议转换器与所述后台监控终端相连接；其中，各个气体密度监测器分别设置在对应的电气设备上。

更优选地，所述集线器采用RS485集线器；所述协议转换器采用IEC61850或IEC104协议转换器。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本申请提供一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统，根据设定的采样频率，所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值采用平均值法计算得到准确的密度值；并在同一设定时间周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器获得最大密度值P_20max、最小密度值P_20min，进而得到对应时间周期的最大温差值△Tmax。本发明能对气体绝缘电气设备和密度继电器(或监测器)之间的温差进行监测，有利于密度继电器的选型和明确合理的技术性能要求，为改善或减少电气设备和密度继电器之间的温差提供依据，保障电网安全。本申请还可以现场监测密度继电器的安装位置是否合理，确保密度继电器的安装位置与电气设备之间的温差是符合要求的。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是实施例一的一种监测温差的多功能气体密度监测器的侧面结构示意图；

图2是实施例一的一种监测温差的多功能气体密度监测器的正面结构示意图；

图3是实施例一的一种监测温差的多功能气体密度监测器的原理框图；

图4是实施例二的一种基于监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统的结构示意图；

图5是实施例三的一种基于监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

图1和图2为实施例一的一种监测温差的多功能气体密度监测器的结构示意图。如图1、图2所示，一种监测温差的多功能气体密度监测器，包括机械部分1和与机械部分相对独立的电子部分2。

机械部分1包括：机械部分壳体101，以及设于所述机械部分壳体内的基座102、端座108、压力检测器103(本案例采用巴登管)、温度补偿元件104(本案例采用双金属片)、机芯105、指针106、刻度盘1012、信号调节机构107、若干信号发生器109(本案例采用微动开关)。具体实现过程为：压力检测器103的一端和温度补偿元件104的一端均固定于端座108上，压力检测器103的另一端密封连接在基座102上，温度补偿元件104的另一端通过显示连杆与机芯105连接或者温度补偿元件104的另一端直接与机芯105连接，指针106安装于机芯105上且设于刻度盘1012之前。所述信号发生器109可以采用微动开关(本案例采用微动开关)或磁助式电接点，通过信号发生器109输出气体密度监测器的接点信号。所述压力检测器103可以采用巴登管(本案例采用巴登管)或波纹管。温度补偿元件104可以采用补偿片(本案例采用双金属片)或壳体内封闭的气体。

而电子部分2包括：温度传感器3，电子部分壳体2010，以及设于所述电子部分壳体2010内的压力传感器201、智能微处理器202、通讯模块4、电源(电源模块)203、显示部件2012、2013。智能微处理器202与显示部件2012、2013相连接，显示部件2012、2013可以用来显示温差值、密度值、或者/和压力值。本案例显示部件2012、2013设置在机械部分壳体101内。另外，显示部件2012、2013也可以设置在电子部分壳体2010上。所述压力传感器201通过绝缘件204、205、206与传感器外壳207以及传感器固定座209相连接；或者所述压力传感器201通过若干绝缘件204、205、206、密封件密封固定在压力传感器固定座209上，所述压力传感器201在气路上与压力检测器103相连通。所述温度传感器3设置在所述机械部分的温度补偿元件104附近、或设置在温度补偿元件104上，或集成于所述温度补偿元件104中。所述机械部分壳体101和电子部分壳体2010是相互独立或隔开的，所述智能微处理器202分别与温度传感器3、压力传感器201、通讯模块4相连接。在传感器外壳207的内部设置有屏蔽件208，以提高气体密度监测器的抗干扰能力；同时在电子部分壳体2010的内侧(或外部)设置有屏蔽件2011，进一步提高气体密度监测器的抗干扰能力。

气体密度监测器还可以包括：充油型密度监测器、无油型密度监测器、气体密度表、气体密度开关或者气体压力表、气体密度变送器(仅仅具有电子部分)。在本实施例的气体密度监测器内，其工作原理是：基于压力检测器103并利用温度补偿元件104对变化的压力和温度进行修正，以反映(六氟化硫)气体密度的变化。即在被测介质(六氟化硫)气体的压力作用下，由于有了温度补偿元件104的作用，(六氟化硫)气体密度值变化时，(六氟化硫)气体的压力值也相应的变化，迫使压力检测器103的末端产生相应的弹性变形位移，借助于温度补偿元件104，传递给机芯105，机芯105又传递给指针106，遂将被测的六氟化硫气体密度值在刻度盘1012上指示出来。信号发生器109作为输出报警闭锁接点信号。这样气体密度监测器就能把(六氟化硫)气体密度值显示出来了。如果漏气了，六氟化硫气体密度值下降了，压力检测器103产生相应的反向位移，通过温度补偿元件104，传递给机芯105，机芯105又传递给指针106，指针106就往示值小的方向走，在刻度盘1012上具体显示漏气程度，并且通过信号发生器109输出(报警闭锁)接点信号，通过机械原理监视和控制电气开关等设备中的六氟化硫气体密度，使电气设备安全工作。

图3为本发明实施例一的一种监测温差的多功能气体密度监测器的原理框图。如图3所示，智能微处理器202可以是：通用计算机、工控机、CPU、单片机、ARM芯片、AI芯片、量子芯片、光子芯片、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等；电源203可以是：开关电源、交流220V、直流电源、LDO、可编程电源、太阳能、蓄电池、充电电池、电池等。智能微处理器202通过压力传感器201采集压力信号P，通过温度传感器3采集温度信号T，利用SF₆气体压力和温度之间关系的数学模型(即压力温度间的特性关系)，采用软测量的方法，计算得到相应的气体密度值P₂₀(即20℃的的压力值P₂₀)，且通过通讯模块4能够远传气体密度值P₂₀，或气体密度值P₂₀、压力值、温度值，或压力值、温度值，进而实现在线监测电气设备的气体密度值P₂₀，或气体密度值P₂₀、压力值、温度值，或压力值、温度值。

所述多功能气体密度监测器监测温差的工作原理为：所述智能微处理器202分别与温度传感器3、压力传感器201、通讯模块4相连接，以设定的采样频率获取压力传感器201采集的压力信号P和温度传感器3采集的温度信号T，根据气体压力-温度特性，计算得到相应的气体密度值P₂₀。在一设定时间的周期内，所述智能微处理器202对所监测的气体密度值P₂₀采用平均值法计算得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确。其中，所述平均值法为：在设定的时间周期内，设定采样频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，在所设定的周期时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，在所设定的周期时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；其中，N为大于等于1的正整数。而根据气体压力-温度特性，一般可以根据相应气体的压力温度曲线、对于SF6气体而言可以采用贝蒂一布里奇曼的SF6气体状态方程、对于混合气体可以采用道尔顿分压定律、贝蒂一布里奇曼的SF6气体状态方程、理想气体状态方程进行计算和处理。

根据所设定的采样频率，所述智能微处理器(或后台)对在一设定时间的周期内所监测的气体密度值采用平均值法计算得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确；或者，所述智能微处理器对在一设定时间的周期内所监测的气体密度值P₂₀进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，把周期性成份滤掉，然后计算得到准确的密度值P_20DZ准确；并在同一设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到对应设定周期内的最大密度值P_20max、最小密度值P_20min，进而得到△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度特性，得到密度差值△P1₂₀所对应的温度差△T1；同样，得到△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min，根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度特性，得到密度差值△P2₂₀所对应的温度差△T2；温度差△T1和温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定周期内的最大温差值△Tmax。举例来说明，根据所设定的采样频率为每10min一次，所述智能微处理器202或后台(所述后台指的是由监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统)对在设定时间为一天的周期内所监测的气体密度值采用平均值法计算得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确。例如现场一台电气设备，该准确的密度值P_20DZ准确为0.62MPa(相对压力)，并且在同一天设定时间的周期内，所述智能微处理器202从中得到对应一天周期内的最大密度值P_20max为0.67MPa，最小密度值P_20min为0.59MPa，进而得到△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确＝0.67MPa-0.62MPa＝0.05MPa，根据密度值为P_20DZ准确为0.62MPa的气体压力温度特性，得到密度差值△P1₂₀＝0.05MPa所对应的温度差△T1＝16.5℃；同样方法，可以计算得到△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min＝0.62MPa-0.59MPa＝0.03MPa，根据密度值为P_20DZ准确为0.62MPa的气体压力温度特性，得到密度差值△P2₂₀＝0.03MPa所对应的温度差△T2＝10℃；温度差△T1和温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定周期内的最大温差值，即最大温差值△Tmax＝16.5℃。该最大温差值△Tmax＝16.5℃可以通过显示部件2012进行现场显示；而密度值P_20DZ准确可以通过显示部件2013进行现场显示。

或者，在同一设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的最大密度值P_20max、最小密度值P_20min、以及密度值P_20DZ准确，进而得到△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到温度差△T1＝△P1₂₀/K；同样，计算△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min，得到温度差△T2＝△P2₂₀/K；温度差△T1和温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定周期内的最大温差值△Tmax。同样举例为，在同一天设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的最大密度值P_20max为0.67MPa、最小密度值P_20min为0.59MPa、以及密度值P_20DZ准确为0.62MPa，进而得到△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确＝0.05MPa，根据密度值为P_20DZ准确为0.62MPa的气体压力温度曲线斜率K＝△P_DZ/△T＝0.003MPa/℃，得到温度差△T1＝△P1₂₀/K＝0.05MPa/(0.003MPa/℃)＝16.67℃；同样，得到△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min＝0.03MPa，得到温度差△T2＝△P2₂₀/K＝0.03MPa/(0.003MPa/℃)＝10℃；温度差△T1和温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定周期内的最大温差值△Tmax＝16.67℃。

或者，在同一设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的最大密度值P_20max、最小密度值P_20min、以及密度值P_20DZ准确，进而得到△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min，以及将密度差值△P₂₀和密度值P_20DZ准确之间的对应温度差△T关系预设成数据表格，并根据△P1₂₀、△P2₂₀查询所述数据表格得到对应的温度差△T1和温度差△T2，温度差△T1和温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定周期内的最大温差值△Tmax。

或者，在工程中优选地，在同一设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的最大密度值P_20max、最小密度值P_20min，进而得到P_20∑＝(P_20max+P_20min)/2，△PT₂₀＝P_20max-P_20min，根据密度值为P_20∑的气体压力温度特性，得到温度差△T_∑，进而得到对应设定周期内的最大温差值△Tmax＝△T_∑/2，或者△Tmax＝△T_∑/2*J,其中J为预设系数，J一般为(0.85～1.15)。同样举例为，在同一天设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，例如所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的最大密度值P_20max为0.67MPa、最小密度值P_20min为0.59MPa，进而得到P_20∑＝(P_20max+P_20min)/2＝(0.67MPa+0.59MPa)/2＝0.63MPa，△PT₂₀＝P_20max-P_20min＝0.67MPa-0.59MPa＝0.08MPa，再根据密度值为P_20∑为0.63MPa的气体压力温度特性，得到温度差△T_∑＝26℃，进而得到对应设定周期内的最大温差值△Tmax＝△T_∑/2＝26/2＝13℃，虽然与前面的计算有近3.6℃的偏差，在工程应用中可以接受的。

所述智能微处理器202或后台根据得到的最大温差值△Tmax，结合电气设备所使用的密度继电器额定参数：额定压力值P_e以及报警压力值P_bj，得到密度差△Pmax＝P_e-P_bj；根据最大温差值△Tmax和额定压力值P_e的气体压力温度特性，得到密度差值△P_20C，就可以得到电气设备所使用的密度继电器的允许温度补偿误差△J_允许＝(△Pmax-△P_20C)*A，其中A为安全系数。A一般为(0.7～0.95)。例如，最大温差值△Tmax＝15℃，假如该电气设备所使用的密度继电器额定参数为：额定压力值P_e为0.60MPa，以及报警压力值P_bj为0.52MPa，得到密度差△Pmax＝P_e-P_bj＝0.08MPa，根据最大温差值△Tmax为15℃和额定压力值P_e为0.60MPa的气体压力温度特性，得到密度差值△P_20C＝0.6438-0.6＝0.0438MPa，就可以得到电气设备所使用的密度继电器的允许温度补偿误差△J_允许＝(△Pmax-△P_20C)*A＝(0.08MPa-0.0438MPa)＝0.0362*0.8＝0.029MPa，其中安全系数A为0.8，说明密度继电器的最大允许温度补偿误差不能超过0.029MPa，有利于密度继电器的选型和明确其允许的技术性能要求。

另外，在一设定时间的周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的密度值P_20DZ准确，而实时监测到的气体密度值P_20实时；进而得到△P_20实时＝P_20实时-P_20DZ准确，根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到实时温差△T_实时＝△P_20实时/K。例如，所述智能微处理器202从中得到所设定周期内的密度值P_20DZ准确为0.62MPa，而实时监测到的气体密度值P_20实时为0.64MPa；进而得到△P_20实时＝P_20实时-P_20DZ准确＝0.64MPa-0.62MPa＝0.02MPa，根据密度值为P_20DZ准确为0.62MPa的气体压力温度曲线斜率K＝△P_DZ/△T＝0.003MPa/℃，得到实时温差△T_实时＝△P_20实时/K＝0.02MPa/(0.003MPa/℃)＝6.7℃，该实时温差△T_实时可以通过显示部件2012进行现场显示。

另外，气体密度监测器通过RS-485等数据通讯方式接入到变电站综合自动化在线监测系统中，并远传至无人值班站中心监控站，在变电站当地和远方的中心监控站进行实时监测，实现了SF₆电气设备中SF₆气体密度的在线监测。本发明技术产品，由于所述温度传感器3和温度补偿元件104设置在一起(或所述温度传感器3直接设置在温度补偿元件104上，或所述温度传感器3设置在温度补偿元件104附近)，使得气体密度监测器的机械部分1检测的温度和电子部分2检测的温度一致，大大提高了气体密度监测器的测试精度，经过这样新的设计处理，气体密度监测器的性能大大提高。在一种优选实施例中，所述气体密度监测器还包括隔热件5，所述隔热件5设置在机械部分壳体101和电子部分壳体2010之间，或所述隔热件5设置在电源(电源模块)203处。所述电源(电源模块)203在位置上远离温度传感器3和温度补偿元件104，所述远离是指：正常工作状态下，所述电源(电源模块)203发热不影响到所述温度传感器3和所述温度补偿元件104。所述密度监测器的电子部分还包括屏蔽件2011，所述屏蔽件2011能够对电场、和/或磁场起到屏蔽作用，所述屏蔽件2011设置在电子部分壳体2010的内部或外部。所述压力传感器201设有屏蔽件208；所述智能微处理器202和/或通讯模块4设有屏蔽件。所述气体密度监测器还包括若干绝缘件204、205、206，通过若干绝缘件实现所述压力传感器201与电子部分壳体2010、机械部分壳体101是绝缘的；或者所述传感器外壳207和气体密度监测器的壳体是绝缘的。经过这样的创新设计和处理，气体密度监测器的性能大大提高。

本申请气体密度监测器的所述机械部分壳体101内还可充有防震液，机械部分壳体101内设置有引出线密封件，所述温度传感器3的连接线通过引出线密封件与智能微处理器202相连接。所述气体密度监测器还包括设备连接接头1010，所述设备连接接头设置在机械部分1或电子部分2上。所述通讯模块4设置在电子部分壳体2010处或机械部分壳体101处，或者所述通讯模块4和智能微处理器202一体化设计在一起，所述气体密度监测器通过通讯模块4实现远距离传输测试数据和/或结果等信息，通讯模块4的通讯方式可以是有线或无线方式。所述压力传感器201设置在电子部分壳体2010内，或机械部分壳体101内。所述智能微处理器202基于通用计算机、工控机、ARM芯片、AI芯片、CPU、MCU、FPGA、PLC等、工控主板、嵌入式主控板等内嵌算法及控制程序，自动控制整个监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。

所述智能微处理器202采集压力传感器201的压力信号，以及采集温度传感器3的温度信号，依据气体特性换算成20℃的压力值P₂₀(即气体密度值P₂₀)，即气体密度监测器具有压力、温度测量及软件换算功能。所述智能微处理器202可测量相对压力及绝对压力类型的气体密度监测器。所述气体密度监测器具有人机交互功能：具有数据显示界面，可实时刷新当前数据值；具有数据输入功能，可以输入参数设定值。所述智能微处理器202具有电气接口，可以完成测试数据存储；和/或测试数据导出；和/或测试数据可打印；和/或可与上位机进行数据通讯；和/或可输入模拟量、数字量信息。所述气体密度监测器的电气接口带有保护功能，误接不会造成接口损坏；或/和不会受到电磁场的干扰。气体密度监测器还包括多通接头，所述气体密度监测器的电子部分2设置在多通接头上；或者，所述气体密度监测器还包括多通接头、自封阀，所述的电子部分2、自封阀安装在多通接头上。所述的压力检测器103、压力传感器201通过连接管连接在一起。所述电子部分2设置在气体密度监测器的机械部分壳体101的后面或壳体上，或设置在设备连接接头1010上。所述气体密度监测器还包括时钟，时钟设置在智能微处理器202上，可以记录测试时间。所述电源(电源模块)203还包括供电电源电路，或者电池，或者可循环充电电池，或太阳能，或互感器取电得到的电源，或感应电源等。智能微处理器202的控制可以通过现场控制，也可以通过后台控制，或两者相互互动完成控制。气体密度监测器具有实时在线气体密度值、压力值、温度值等数据显示、变化趋势分析、历史数据查询、实时告警等功能。所述智能微处理器202的电路上包括保护元器件，特别是抗干扰元器件。所述气体密度监测器还包括用于在线监测气体微水值的微水传感器，和/或用于在线监测气体分解物的分解物传感器。所述气体密度监测器具有自诊断功能，能够对异常及时告示，例如断线、短路报警、传感器损坏等告示。气体密度监测器的密度在线监测到气体压力有升高趋势时，及时发出异常告示。气体密度监测器还包括摄像头，对气体密度监测器自身进行监控。气体密度监测器含有对电子元器件环境温度的保护，防止过低温度或过高温度工作，使其工作在允许的温度范围内，例如，可以设置加热器和/或散热器(风扇)，在低温时开启加热器，在高温时开启散热器(风扇)，保证压力传感器201和/或集成电路等电子元件可以在低温或高温环境下可靠工作。气体密度监测器具有数据分析、数据处理功能，能够对电气设备、密度监测器自身进行相应的故障诊断和预测。

本申请的气体密度监测器泛指远传气体密度继电器、气体密度变送器、气体密度监测装置。所述气体密度监测器为气体密度变送器(仅仅具有电子部分)或气体密度监测装置时，可以与纯机械的密度继电器一起配合使用，能够监控密度继电器和其电气设备气室内两者之间的温差。

实施例二：

图4为本发明实施例二的一种基于监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统。如图4所示，多个设有六氟化硫气室的高压电气设备、多个气体密度监测器均依次通过集线器、IEC61850协议转换器与后台监控终端连接，其中，每个气体密度监测器分别设置在对应的六氟化硫气室的高压电气设备上。

具体地，PC为后台监控终端，HUB为集线器，而Z为气体密度监测器。后台监控终端PC通过集线器HUB0与多个集线器HUB(HUB1、HUB2、……HUBm)进行通讯。每个集线器HUB连接一组气体密度监测器，如集线器HUB1连接气体密度监测器Z11、Z12、……Z1 n，集线器HUB2连接气体密度监测器Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接气体密度监测器Zm1、Zm2、……Zmn，其中，m、n均为自然数。

后台监控终端包括：1)后台软件平台：基于Windows、Linux及其他等，或VxWorks、Android、Unix、UCos、FreeRTOS、RTX、embOS、MacOS。2)后台软件关键业务模块：例如权限管理、设备管理、数据存储于查询等，以及用户管理、报警管理、实时数据、历史数据、实时曲线、历史曲线、配置管理、数据采集、数据解析、记录条件、异常处理等。3)界面组态：例如Form界面、Web界面、组态界面等。所述基于边缘计算的多功能气体密度监测系统监测到的包括、但不限于最大温差值、实时温差值、准确的密度值P_20准确、漏气率L、趋势变化值△P₂₀、漏气信息、补气信息、实时数据、实时曲线中的一种或几种，可以上传到手机或其它目标终端，便于掌控。

实施例三：

图5是本发明实施例三的一种基于监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统。本实施例较实施例二增加了网络交换机Gateway、综合应用服务器Server、规约转换器/在线监测智能单元ProC。

本实施例中，后台监控终端PC通过网络交换机Gateway连接两个综合应用服务器Server1、Server2，两个综合应用服务器Server1、Server2通过站控层A网和B网与多个规约转换器/在线监测智能单元ProC(ProC1、ProC2、……ProCn)通讯，规约转换器/在线监测智能单元ProC通过R5485网络与多个集线器HUB(HUB1、HUB2、……HUBm)通讯。每个集线器HUB连接一组气体密度监测器，如集线器HUB1连接气体密度监测器Z11、Z12、……Z1n，集线器HUB2连接气体密度监测器Z21、Z22、……Z2n，……，集线器HUBm连接气体密度监测器Zm1、Zm2、……Zmn，其中，m、n均为自然数。

本技术方案可以实现：由若干个监测温差的多功能气体密度监测器构成的监测系统，可以由多功能气体密度监测器采集相关压力值、温度值，采用本发明技术，其计算由系统(后台)完成密度值的转换、温差值的计算。即所述系统(后台)分别对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确；或者，所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，滤除周期性成份，计算得到准确的密度值P_20DZ准确；同时，所述智能微处理器获得该设定时间周期内的最大密度值P_20max和最小密度值P_20min，计算最大密度值P_20max与准确的密度值P_20DZ准确之间的第一密度差值△P1₂₀所对应的第一温度差值△T1，以及计算准确的密度值P_20DZ准确与最小密度值P_20min之间的第二密度差值△P2₂₀所对应的第二温度差值△T2，第一温度差值△T1与第二温度差值△T2进行比较得到最大温差值△Tmax，用于确定与电气设备相连接的气体密度继电器的最大允许温度补偿误差以及其它一些相应数据处理；其中，所述第一密度差值△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，所述第二密度差值△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min。

综上所述，本申请所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器及监测系统，解决了业内难题：气体密度监测器(或气体密度继电器)与电气设备的气室间的温差问题，有利于密度继电器的选型和准确地提出相关技术性能要求，为改善或减少电气设备和密度继电器之间的温差提供依据，保障电网安全。本申请还可以现场监测密度继电器的安装位置是否合理，确保密度继电器与电气设备之间的温差是符合要求的，为生产维护提供帮助和指导，保障电网更加可靠安全运行。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (15)

1.一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于，包括：智能微处理器、压力传感器和温度传感器；其中，

所述智能微处理器分别与温度传感器、压力传感器相连接，以设定的采样频率获取压力传感器采集的压力信号和温度传感器采集的温度信号，根据气体压力-温度特性，计算得到相应的气体密度值P₂₀；

所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，该平均值P_20DZ平均就是准确的密度值P_20DZ准确；或者，所述智能微处理器对设定时间周期内所监测的气体密度值P₂₀进行傅里叶变换，转换成对应的频谱，滤除周期性成份，计算得到准确的密度值P_20DZ准确；同时，所述智能微处理器获得该设定时间周期内的最大密度值P_20max和最小密度值P_20min，计算最大密度值P_20max与准确的密度值P_20DZ准确之间的第一密度差值△P1₂₀所对应的第一温度差值△T1，以及计算准确的密度值P_20DZ准确与最小密度值P_20min之间的第二密度差值△P2₂₀所对应的第二温度差值△T2，第一温度差值△T1与第二温度差值△T2进行比较得到最大温差值△Tmax，用于确定与电气设备相连接的气体密度继电器的最大允许温度补偿误差；其中，所述第一密度差值△P1₂₀＝P_20max-P_20DZ准确，所述第二密度差值△P2₂₀＝P_20DZ准确-P_20min。

2.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：所述智能微处理器根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度特性，得到第一密度差值△P1₂₀所对应的第一温度差△T1，以及第二密度差值△P2₂₀所对应的第二温度差△T2，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；或者，

所述智能微处理器根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到第一温度差△T1＝△P1₂₀/K，以及第二温度差△T2＝△P2₂₀/K，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；其中，△P_DZ为密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线上的压力差，△T为该压力差△P_DZ所对应的温度差；或者，

所述智能微处理器将密度差值和密度值P_20DZ准确、以及对应的温度差之间的对应关系保存到预设数据表中，查询预设数据表得到第一密度差△P1₂₀所对应的第一温度差△T1、以及第二密度差△P2₂₀所对应的第二温度差△T2，第一温度差△T1和第二温度差△T2之中最大的一个值就是对应设定时间周期内的最大温差值△Tmax；或者，

所述智能微处理器根据最大密度值P_20max和最小密度值P_20min计算得到P_20∑＝(P_20max+P_20min)/2以及△PT₂₀＝P_20max-P_20min，根据密度值为P_20∑的气体压力温度特性，得到密度差值△PT₂₀所对应的温度差△T_∑，进而得到设定时间周期内的最大温差值△Tmax＝△T_∑/2，或者△Tmax＝△T_∑/2*J，其中J为预设系数，J的范围为(0.85～1.15)。

3.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于，所述平均值计算处理包括：在设定的时间周期内，设定采样频率，将全部采集得到的不同时间点的N个气体密度值进行平均值计算处理，得到气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，

在所设定的周期时间间隔里、设定温度间隔步长，把全部温度范围内采集得到的N个不同温度值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；或者，

在所设定的周期时间间隔里、设定压力间隔步长，把全部压力变化范围内采集得到的N个不同压力值的密度值进行平均值计算处理，得到其气体密度值P₂₀的平均值P_20DZ平均，从而得到准确的密度值P_20DZ准确；

其中，N为大于等于1的正整数。

4.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：还包括通讯模块，所述通讯模块与所述智能微处理器相连接，所述智能微处理器将所述气体密度值P₂₀、和/或所述准确的密度值P_20DZ准确、和/或所述准确的密度值P_20DZ准确对应的压力值、温度值、和/或所述最大温差值△Tmax通过通讯模块上传至后台监控终端。

5.根据权利要求4所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：所述通讯模块的通讯方式为有线通讯或无线通讯方式。

6.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于，所述智能微处理器根据电气设备所使用的密度继电器额定参数：额定压力值P_e以及报警压力值P_bj，计算密度差△Pmax＝P_e-P_bj；根据额定压力值P_e的气体压力温度特性，得到最大温差值△Tmax所对应的密度差值△P_20C，进而得到电气设备所使用的密度继电器的允许温度补偿误差△J_允许＝(△Pmax-△P_20C)*A，其中A为安全系数，A的范围为(0.7～0.95)。

7.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：在设定时间周期内，根据所设定的采样频率，所述智能微处理器获得设定时间周期内的准确的密度值P_20DZ准确，以及实时监测到的气体密度值P_20实时，计算得到△P_20实时＝P_20实时-P_20DZ准确，并根据密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线斜率公式K＝△P_DZ/△T，得到实时温差△T_实时＝△P_20实时/K；其中，△P_DZ为密度值为P_20DZ准确的气体压力温度曲线上的压力差，△T为该压力差△P_DZ所对应的温度差。

8.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：还包括机械部分，所述机械部分包括压力检测器、温度补偿元件、至少一个信号发生器和信号调节机构；所述气体密度监测器通过压力检测器和温度补偿元件监控气体密度值，并通过信号发生器输出报警、或/和闭锁接点信号；其中，所述信号发生器包括微动开关或磁助式电接点，所述压力检测器包括巴登管或波纹管；所述温度补偿元件采用双金属片构成的补偿元件或者充有补偿气体的补偿元件。

9.根据权利要求8所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：所述机械部分还包括机芯、指针和刻度盘，所述指针安装于所述机芯上且设于所述刻度盘之前，所述指针结合所述刻度盘显示气体密度值。

10.根据权利要求8所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：至少有一个温度传感器设置在所述机械部分的温度补偿元件附近、或设置在温度补偿元件上，或集成于所述温度补偿元件中。

11.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：还包括显示机构，所述显示机构包括具有示值显示的数码器件或液晶器件。

12.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：还包括用于数据存储的存储器，所述存储器与所述智能微处理器相连接。

13.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：所述智能微处理器的控制通过现场控制，和/或通过后台监控终端控制。

14.根据权利要求1所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器，其特征在于：所述智能微处理器基于微处理器的嵌入式系统内嵌算法及控制程序，自动控制整个气体密度监测器的监测过程，包含所有外设、逻辑及输入输出。

15.一种监测温差的多功能气体密度监测系统，其特征在于：所述监测系统由权利要求1至14任一项所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器构成；或者，所述监测系统包括权利要求1至14任一项所述的一种监测温差的多功能气体密度监测器。

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