CN111678886A - 一种tdlas测定sf6设备中湿度的标定和验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，对TDLAS微水传感器进行湿度标定时，通入一定浓度的标准水分含量，测量标幺值；所述标幺值指TDLAS微水检测传感器测量不同湿度时获得的二次谐波电压值与光功率电压值的比值，对标幺值和湿度值进行线性拟合，形成标准曲线，采用标幺值标定湿度；解决了现有技术针对TDLAS的标定方法由于需要涉及怀特池和参考池的建立和二次谐波测量，比较繁琐和麻烦；而且该标定方法未测试光功率电压，无法消除透镜污染造成的数据偏差等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于检测技术，尤其涉及一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定和验证方法。
背景技术
电力行业SF6设备中对微量水分的要求十分严格，SF6设备中微量水分是标准和规程要求强制检测的指标，过量的水分会使气体绝缘设备的绝缘强度下降，尤其是断路器，过量水分甚至会导致内部闪络。标准规定，目前，投运前SF6设备微量水分(湿度)非灭弧室不能超过300μL/L，断路器灭弧室不能超过150μL//L，运行中SF6设备断路器不能超过300μL//L，其它设备不能超过1000μL//L，常用的现场进行SF6设备中微量水分测定的露点法受环境温度制约大，适用于现场5℃～35℃检测，冬夏过冷和过热均不宜检测，现有技术专利201720607357.5和201710389846.2一种TDLAS检测SF6电气设备中湿度的装置及方法适用于现场环境温度范围更广(-20℃～50℃)，优点明显。但是新的TDLAS光学测定水分含量方法涉及到透镜的使用，由于现场检测的SF6设备中气体含量种类众多，尽管检测装置有滤网阻隔，但仍不能完全避免多次检测过程中气体不净可能造成对透镜镜面的污染，因此，考虑到透镜可能会有部分污染的可能，前期的标定以及后期使用中当TDLAS微水检测装置出现超差后的标定方法的选择尤为重要。现有技术文献《可调谐二极管激光吸收光谱法监测大气痕量气体中的浓度标定方法研究》提出了TDLAS监测大气衡量气体中的浓度标定方法，但是采用的方法中需要涉及到怀特池和参考池的建立和二次谐波测量，比较繁琐和麻烦；而且该标定方法未测试光功率电压，无法消除透镜污染造成的数据偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定和验证方法，以解决现有技术针对TDLAS的标定方法由于需要涉及怀特池和参考池的建立和二次谐波测量，比较繁琐和麻烦；而且该标定方法未测试光功率电压，无法消除透镜污染造成的数据偏差等技术问题。
本发明的技术方案是：
一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，对TDLAS微水传感器进行湿度标定时，通入一定浓度的标准水分含量，测量标幺值；所述标幺值指TDLAS微水检测传感器测量不同湿度时获得的二次谐波电压值与光功率电压值的比值，对标幺值和湿度值进行线性拟合，形成标准曲线，采用标幺值标定湿度。
所述标准水分含量采用RA200湿度发生装置和高精度的镜面露点仪结合获得；RA200湿度发生装置采用分流法工作原理，采用干燥的空气或氮气作为气源,在相同的温度下与一定比例的饱和湿气混合得到相对湿度恒定并且连续可调的恒湿气流。
对TDLAS微水传感器进行湿度标定时，首先将湿度发生装置吹扫至冷凝温度-75℃，此时水分含量1.2μL/L，水分含量趋于稳定，不再下降。
在标定时，依次调整湿度发生装置发生的冷凝温度，共17个不同的湿度，TDLAS微水检测装置测得的二次谐波值与光功率电压值的比值即标幺值与湿度值对应，具体数据见下表1：
表1
对测量获得标幺值和湿度进行线性拟合；湿度发生装置吹扫到1.2μL/L，最终湿度稳定值TDLAS微水检测装置测得二次谐波值与光功率电压值的比值为208.21，记为零点值，标幺值和湿度值线性拟合公式为
y＝0.5557x-114.51
其中x为TDLAS微水检测装置测试得到的标幺值，y为标准湿度值。
为了获得更优的标幺值和湿度值线性拟合曲线，将标幺值和湿度值线性拟合公式写入TDLAS微水检测装置程序，此时TDLAS微水检测装置可直接测得水分含量，再次通入标准浓度的微量水分，对标准水分含量和测量获得的水分含量进行拟合，拟合反复进行，直至拟合优度达到0.9999，建立标准湿度和测量湿度值线性拟合公式。
所述再次通入标准浓度的微量水分的湿度值和装置测得的湿度值见表2：
表2
所述标准湿度和测量湿度值线性拟合公式为
y＝1.0067x-1.1324
其中x为TDLAS微水检测装置测试得到的湿度值，y为标准湿度值。此时拟合优度R2为0.9999。
将湿度发生装置调整在-2.3℃，在这一冷凝温度下，TDLAS微水检测装置测得的二次谐波处于饱和状态，此时对应微水含量5031.71μL/L，此时达到TDLAS微水检测装置的最大检测量程，对标定后的TDLAS微水检测装置的重复性和再现性进行验证，具体见表3：
表3
从表3可以看出，标定后，验证TDLAS微水检测装置的精度，在测试的范围内，和标准水分含量相比，相对误差在1.5％以内，10μL/L以下偏差小于1，符合微水检测装置的要求，且误差低于标准规定的水分检测的装置误差应在0.6℃范围之内；检测灵敏度达到1.2μL/L，最大检测量程5031μL/L；完全满足标准和规程中电力行业用于SF6设备气体中微量水分检测的要求。
本发明有益效果：
本发明在标定时，通入一定浓度的标准水分含量，测量标幺值，标幺值是指TDLAS微水检测传感器测量不同湿度时获得的二次谐波电压值与光功率电压值的比值，从而可以避免透镜镜面的部分污染对测量值的影响，标定时对标幺值和湿度进行线性拟合，获得良好的线性关系，形成标准曲线。
本发明采用标幺值标定湿度使得TDLAS微水检测装置的精度和准确性均非常高，同时获得了TDLAS微水检测装置的低极限值和高极限值，且可以长期用于在现场检测，有利于正确判断SF6设备的运行状态，无需经常性标定，在出现部分衰减时，只需配置标准湿度，重新测试湿度值进行线性拟合即可重新保证数据检测的准确性，后期标定非常简单便利。
解决了现有技术针对TDLAS的标定方法由于需要涉及怀特池和参考池的建立和二次谐波测量，比较繁琐和麻烦；而且该标定方法未测试光功率电压，无法消除透镜污染造成的数据偏差等技术问题。
附图说明
图1为微水标定标幺值与湿度拟合曲线；
图2为标准水分湿度与测定湿度拟合曲线。
具体实施方式
TDLAS测定微量水分的基本依据是Lambert-Beer定律：强度为I0，频率为v的单色激光，通过长度为L的吸收介质后，在接收端测得的强度为I，设T(i)为透过率，则有：
光谱吸收系数kv在K种痕量气体的多组分情况下，包括了Nj重叠跃迁。
P为压力，Xj为气体j的浓度(摩尔份数)，Si,j[cm-2atm-1]和Φi,j[cm]分别为气体j的某种分子能级跃迁i时的吸收线强和线型，线强是温度的函数，线型与压力有关。因此，该方法必然使用透镜，当透镜镜面被部分污染时，其透过透镜的光产生的二次谐波电压也会变化，光功率电压也会变化，如果在标定同时测量光功率电压，求得二者的比值，即可最大程度减小透镜面被灰尘等污染的影响，从而保证数据的准确性。
标准水分含量的获得采用RA200湿度发生装置和高精度的镜面露点仪结合(经过中国计量院微水发生器源校准的有效期内)，为气体湿度仪表的检测提供各种湿度的气体。气体湿度发生装置是采用分流法工作原理，采用干燥的空气或氮气作为气源,在相同的温度下与另一股一定比例的饱和湿气(即相对湿度为100％)混合，便可得到相对湿度恒定并且连续可调的恒湿气流。对可调谐激光半导体激光(TDLAS)微水传感器进行湿度标定，首先将湿度发生装置吹扫至冷凝温度-75℃，此时水分含量1.2μL/L时，水分含量趋于稳定，不再下降。
在标定过程中，依次调整标准湿度发生装置发生的冷凝温度，共17个不同的湿度，TDLAS微水检测装置测得的二次谐波值与光功率电压值的比值(标幺值)与之对应。实验数据如表1所示：
表1 TDLAS微水传感器标定实验数据
表1中的不同的冷凝温度对应的标准湿度(微量水分含量)下，TDLAS微水检测装置获得的二次谐波电压值与光功率电压值的比值与水分含量一一对应，对测量获得标幺值和湿度进行线性拟合，得到如图1所示。按照吹扫到1.2μL/L，最终湿度稳定值TDLAS微水检测装置测得二次谐波值与光功率电压值的比值为208.21，记为零点值。
y＝0.5557x-114.51
其中x为TDLAS微水检测装置测试得到的标幺值，y为标准湿度值。
此时拟合优度R2为0.9954，R2指回归直线对观测值的拟合程度，R2的值越接近1，说明回归直线对观测值的拟合程度越好，衡量的是回归方程整体的拟合度，表示因变量和所有自变量之间的总体关系，为了得更优的拟合曲线，将标幺值和湿度值拟合公式写入TDLAS微水检测装置程序，此时TDLAS微水检测装置可直接测得水分含量，再次通入标准浓度的微量水分，对标准发生的水分含量和测量获得的水分含量进行拟合，该拟合方式可以反复进行，直至拟合优度达到0.9999，保证装置检测高精度。最终测得数据见表2.
表2标准湿度和TDLAS水分检测装置最终测试获得的湿度
y＝1.0067x-1.1324
其中x为TDLAS微水检测装置测试得到的湿度值，y为标准湿度值。此时拟合优度R2为0.9999。
湿度发生装置调整在-2.3℃时，在这一冷凝温度下，TDLAS微水检测装置测得的二次谐波趋于饱和状态(电路设计定值为5V)，此时对应微水含量5031.71μL/L左右，达到TDLAS微水检测装置的最大检测量程，因此TDLAS微水检测装置的量程极限在5031.71μL/L左右。对标定后的TDLAS微水检测装置的重复性和再现性进行验证，测试数据如表3所示。
表3 TDLAS微水检测装置经过标定后验证测试结果
从表3可以,看出，标定后，验证TDLAS微水检测装置的精度，在测试的范围内，和标准水分含量相比，相对误差在1.5％以内，两次检测的重复性也很好，10μL/L以下偏差小于1，含量高偏差略微增大，符合微水检测装置的要求，且误差远低于DL/T506-2007标准规定的水分检测的装置误差应在0.6℃范围之内。装置的检测灵敏度达到1.2μL/L，最大检测量程5031μL/L。完全满足DL/T506-2007标准和规程中电力行业用于SF6设备气体中微量水分检测的要求。
Claims (8)
1.一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：对TDLAS微水传感器进行湿度标定时，通入标准水分含量，测量标幺值；所述标幺值指TDLAS微水检测传感器测量不同湿度时获得的二次谐波电压值与光功率电压值的比值，对标幺值和湿度值进行线性拟合，形成标准曲线，采用标幺值标定湿度。
2.根据权利要求1所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：所述标准水分含量采用RA200湿度发生装置和高精度的镜面露点仪结合获得；RA200湿度发生装置采用分流法工作原理，采用干燥的空气或氮气作为气源,在相同的温度下与一定比例的饱和湿气混合得到相对湿度恒定并且连续可调的恒湿气流。
3.根据权利要求1所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：对TDLAS微水传感器进行湿度标定时，首先将湿度发生装置吹扫至冷凝温度-75℃，此时水分含量1.2μL/L，水分含量稳定，不再下降。
4.根据权利要求1所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：在标定时，所述通入标准水分含量测量标幺值的方法为：依次调整湿度发生装置发生的冷凝温度，共17个不同的湿度的标准水分含量，TDLAS微水检测装置测得的二次谐波值与光功率电压值的比值即标幺值，将标幺值与湿度值对应，具体数据见下表1：
表1
对测量获得标幺值和湿度进行线性拟合；湿度发生装置吹扫到1.2μL/L，最终湿度稳定值TDLAS微水检测装置测得二次谐波值与光功率电压值的比值为208.21，记为零点值，标幺值和湿度值线性拟合公式为
y＝0.5557x-114.51
其中x为TDLAS微水检测装置测试得到的标幺值，y为标准湿度值。
5.根据权利要求4所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：为了获得更优的标幺值和湿度值线性拟合曲线，将标幺值和湿度值线性拟合公式写入TDLAS微水检测装置程序通过TDLAS微水检测装置直接测得水分含量，再次通入标准浓度的微量水分，对标准水分含量和测量获得的水分含量进行拟合，拟合反复进行，直至拟合优度达到0.9999，建立标准湿度和测量湿度值线性拟合公式。
6.根据权利要求5所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，其特征在于：所述再次通入标准浓度的微量水分的湿度值和装置测得的湿度值见表2：
表2
7.根据权利要求5所述的一种TDLAS测定SF6设备中湿度的标定方法，
其特征在于：所述标准湿度和测量湿度值线性拟合公式为
y＝1.0067x-1.1324
式中：x为TDLAS微水检测装置测试得到的湿度值，y为标准湿度值；拟合优度R2为0.9999。
8.一种TDLAS测定SF6设备中湿度标定的验证方法，其特征在于：将湿度发生装置调整在-2.3℃，在这一冷凝温度下TDLAS微水检测装置测得的二次谐波处于饱和状态，此时对应微水含量5031.71μL/L，达到TDLAS微水检测装置的最大检测量程，对标定后的TDLAS微水检测装置的重复性和再现性进行验证，具体见表3：
表3
标定后验证TDLAS微水检测装置的精度，在测试的范围内和标准水分含量相比，相对误差在1.5％以内，10μL/L以下偏差小于1，符合微水检测装置的要求，且误差低于标准规定的水分检测的装置误差应在0.6℃范围之内；检测灵敏度达到1.2μL/L，最大检测量程5031μL/L；完全满足标准和规程中电力行业用于SF6设备气体中微量水分检测的要求。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112697747A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-23 | 贵州电网有限责任公司 | 一种六氟化硫气体中分解物、水分和纯度检测装置和方法 |
| CN116559093A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 广州兰泰仪器有限公司 | 一种气体水分测定方法及系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120283961A1 (en) * | 2011-05-03 | 2012-11-08 | Axetris Ag | Method and apparatus for detecting a gas concentration with reduced pressure dependency |
| CN107037004A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-08-11 | 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置及方法 |
| CN207408302U (zh) * | 2017-07-31 | 2018-05-25 | 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种sf6气体综合光学检测装置 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120283961A1 (en) * | 2011-05-03 | 2012-11-08 | Axetris Ag | Method and apparatus for detecting a gas concentration with reduced pressure dependency |
| CN107037004A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-08-11 | 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置及方法 |
| CN207408302U (zh) * | 2017-07-31 | 2018-05-25 | 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种sf6气体综合光学检测装置 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 余志祥 等: "TDLAS技术在SF6放电分解物CO检测中的应用研究", 《科学咨询(科技•管理)》 * |
| 余志祥 等: "TDLAS技术用于SF_6放电分解物H_2S检测的可行性研究", 《高压电器》 * |
| 张可可 等: "基于可调谐激光吸收光谱的湿度传感器研究", 《仪表技术与传感器》 * |
| 杨玉新 等: "基于可调谐激光吸收光谱的痕量CO定量检测技术", 《工业安全与环保》 * |
| 苑吉河 等: "GIS气室SF_6气体微水激光检测系统的设计及溯源实验研究", 《测控技术》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112697747A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-23 | 贵州电网有限责任公司 | 一种六氟化硫气体中分解物、水分和纯度检测装置和方法 |
| CN116559093A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-08 | 广州兰泰仪器有限公司 | 一种气体水分测定方法及系统 |
| CN116559093B (zh) * | 2023-07-10 | 2023-09-15 | 广州兰泰仪器有限公司 | 一种气体水分测定方法及系统 |
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