CN112798661B - 一种so2f2的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种SO2F2的检测方法。本发明公开了一种SO2F2气敏传感器，该传感器将氧化铈‑氧化镍复合物作为传感器的敏感层材料，相对于纯氧化铈基气敏传感器，本发明提供的气敏传感器的响应值和响应温度都都得到了优化，可以在低温下定性与定量检测硫酰氟，实现六氟化硫电气设备故障的准确判断。此外，本发明提供的气敏传感器结构简单，制备成本较低，可以携带到检测现场进行检测，提高了六氟化硫电气设备的状态诊断的及时性和准确性。

Description

一种SO2F2的检测方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种SO2F2的检测方法。
背景技术
六氟化硫电气设备出现故障缺陷后引起局部放电，绝缘介质SF6与水和氧气反应生成H2S，SO2，SOF2，SO2F2等特征气体。通过检测六氟化硫分解产物的组分，可以判断电气设备的故障原因、放电水平、发展状况以及危险程度等，从而为保证整个电力系统的安全运行。其中SOF2、SO2F2是最灵敏有效的六氟化硫电气设备缺陷指示物，虽然光声光谱(PAS)和气相色谱-质谱仪可以高灵敏地检测这些分解产物，但目前常用检测方法存在价格昂贵、结构复杂等缺点，只适用于实验室分解产物测试，现场检测的应用受限，影响六氟化硫电气设备的状态诊断的及时性和准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种SO2F2气敏传感器，该传感器对SO2F2敏感，具有较高的响应值和相对较低的响应温度，且结构简单，可携带到检测现场进行检测。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种SO2F2气敏传感器，包括：电极以及涂覆在所述电极表面的敏感层材料；
所述敏感层材料为氧化铈-氧化镍复合物。
铈元素是一种应用广泛的稀土元素，其氧化物氧化铈广泛用于抛光材料、燃料电池、催化剂等领域，氧化铈是一种n型半导体，具有独特的萤石型晶体结构，氧化铈中的铈元素是价态可在+3价，和+4价之间转化，使氧化铈具有很多氧空位。同时，氧化铈中的铈元素由于其独特的电子结构，具有很好的亲氟性能，这些性能使得氧化铈检测硫酰氟时具有优异的气敏性能；此外，本发明意外地发现氧化铈与氧化镍可复合形成异质结，增强气敏性能。本发明将氧化铈-氧化镍复合物作为传感器的敏感层材料，相对于纯氧化铈基气敏传感器，本发明提供的气敏传感器的响应值和响应温度都都得到了优化，可以低温检测硫酰氟，实现六氟化硫电气设备故障的准确判断。此外，本发明提供的气敏传感器结构简单，制备成本较低，可以携带到检测现场进行检测，提高了六氟化硫电气设备的状态诊断的及时性和准确性。
本发明中，所述敏感层材料在所述电极表面的涂覆量为1-30mg/cm2，优选为10mg/cm2。
本发明中，所述电极优选为叉指电极，更优选为氧化铝叉指电极。
本发明中，所述氧化铈-氧化镍复合物的制备方法包括以下步骤：
将聚乙烯吡咯烷酮与溶剂混合，然后加入铈源与镍源，再加入尿素和硫酸钠混合，进行水热反应，得到氧化铈-氧化镍复合物。
本发明氧化铈-氧化镍复合物制备过程中，首先，将铈源与镍源与溶剂混合；所述溶剂为去离子水和有机溶剂的混合溶液；所述有机溶剂为乙醇、甲醇和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上，优选为乙醇。
所述去离子水与所述有机溶剂的体积比为5:1～1:10，优选为1：1；所述铈源为铈盐，具体为六水硝酸铈、硫酸铈中的一种或两种，优选为六水硝酸铈；所述镍源为镍盐，具体为四水乙酸镍、硝酸镍中的一种或两种，优选为四水乙酸镍；所述铈源与所述镍源的摩尔比为200:1～1:1，优选为97：3。
然后加入尿素混合；所述尿素与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：1；所述混合优选在超声和搅拌条件下混合；所述超声时间为10min-60min，优选为 30min，所述搅拌优选为磁力搅拌，所述磁力搅拌的时间为10min～120min，优选为30min。
所述混合形成澄清的浅绿色溶液后，优选将溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，装入水热釜中进行水热反应；所述水热反应的温度为150℃～200℃，时间为 17h，优选在180℃下反应17h。
所述反应结束后，将反应产物除去上清液，优选将收集的沉淀用水和无水乙醇交替清洗各三次，置于60℃烘箱中干燥24小时，然后将干燥后的产物研磨成均匀的粉末状。本发明对粉末状产物的粒径没有特殊限定，研磨成本领域常规大小的粉末即可。
最后将粉末状的产物进行煅烧，得到氧化铈-氧化镍复合物；所述煅烧的温度为400℃～500℃，时间为1h～4h，优选在450℃下煅烧2h。
本发明还提供了一种SO2F2的检测方法，包括以下步骤：
在50～100度的条件下，采用上述SO2F2气敏传感器对SO2F2进行检测。
本发明中，SO2F2优选为电力系统中的SO2F2。
本发明对气敏传感器的循环性能测试采用动态配气法进行测试，以SF6为背底气体，在SF6中占比100ppm的SO2F2为目标检测气体。气敏测试时先通入氮气洗去杂质气体，然后通入SF6气体得到背景气电阻值，然后通入100 ppm的SO2F2，稳定后得到目标气体的电阻值。具体测试时可以调节SO2F2的浓度参数为10ppm，50ppm，70ppm等其他数值。这种测试方案对应于实际 GIS电力系统中正常情况与故障情况，当电力系统正常运行时系统中只有SF6气体，即对应背景气电阻值，当GIS出现局部放电时，产生SO2F2气体，对应目标气体的检测电阻值。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种SO2F2气敏传感器，该传感器将氧化铈-氧化镍复合物作为传感器的敏感层材料，相对于纯氧化铈基气敏传感器，本发明提供的气敏传感器的响应值和响应温度都都得到了优化，可以在低温下根据传感器电阻值的变化定量检测硫酰氟，实现六氟化硫电气设备故障的准确判断。此外，本发明提供的气敏传感器结构简单，制备成本较低，可以携带到检测现场进行检测，提高了六氟化硫电气设备的状态诊断的及时性和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1氧化铈-氧化镍复合物和对比例1纯氧化铈的XRD 图谱；
图2为本发明实施例2制得的氧化铈-氧化镍复合物基SO2F2气敏传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例2制得的纯氧化铈基气敏传感器进行硫酰氟气敏测试时响应曲线；
图4为本发明实施例2制得氧化铈-氧化镍复合物基SO2F2气敏传感器进行硫酰氟气敏测试时的响应曲线。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例敏感层材料氧化铈-氧化镍复合物的制备：
1、量取20ml的去离子水和20ml的无水乙醇，形成混合溶液。
2、称取1g聚乙烯吡咯烷酮与缓慢加入以上混合溶液中。
3、称取1g尿素溶于以上溶液中。
4、称取0.97mol的六合硝酸铈溶于以上溶液中。
5、称取0.03mol的四水乙酸镍溶于以上溶液中。
6、超声30min，磁力搅拌30min。
7、转入聚四氟乙烯内衬中于180℃反应17小时。
8、按照去离子水、乙醇、去离子水、乙醇、去离子水、乙醇的清洗步骤交替清洗6次，离心。
9、60℃干燥箱中烘干24小时，磨成均匀粉末。放入管式炉中450℃煅烧2小时，得到氧化铈-氧化镍复合物。
从图1可知，由于氧化镍含量较低未能检测到氧化镍的峰，但是相较于纯氧化铈，峰的强度发生明显变化，可以说明氧化铈与氧化镍复合成功。
对比例1
本实施例为敏感层材料纯氧化铈的制备：
1、量取20ml的去离子水和20ml的无水乙醇，形成混合溶液。
2、称取1g聚乙烯吡咯烷酮与缓慢加入以上混合溶液中。
3、称取1g尿素溶于以上溶液中。
4、称取0.97mol的六合硝酸铈溶于以上溶液中。
5、超声30min，磁力搅拌30min。
6、转入聚四氟乙烯内衬中于180℃反应17小时。
7、按照去离子水、乙醇、去离子水、乙醇、去离子水、乙醇的清洗步骤交替清洗6次，离心。
8、60℃干燥箱中烘干24小时，磨成均匀粉末。放入管式炉中450℃煅烧2小时，得到纯氧化铈。
从图1可以确认本实施例成功制得纯氧化铈。
实施例2
本实施例为气敏传感器的制备(如图2所示)
将实施例1制得的氧化铈-氧化镍复合物10mg和对比例1制得的纯氧化铈10mg分别分散在无水乙醇中，分别研磨制浆，氧化铈-氧化镍复合物或纯氧化铈以10mg/cm2涂覆量分别涂覆到叉指电极干燥。
实施例3
本实施例采用实施例2制得两种气敏传感器置于CGS-MT气敏测试平台中检测硫酰氟，具体操作如下：
在CGS-MT操作，先通入氮气清洗腔室，再通入SF6气体，待其电阻值稳定后通入SO2F2气体，待其电阻值稳定，重复SF6与SO2F2的操作，可测试循环稳定性。
如图3和图4显示，相比于纯的纳米颗粒氧化铈，氧化铈-氧化镍复合物的气敏性能有一定提升，表现在更低的检测温度50℃(纯氧化铈100℃)，和更高的响应值1.67(纯氧化铈1.2)。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种SO2F2的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
在50~100度的条件下，采用SO2F2气敏传感器对SO2F2进行检测；
所述SO2F2气敏传感器包括：电极以及涂覆在所述电极表面的敏感层材料；
所述敏感层材料为氧化铈-氧化镍异质结复合物；
所述氧化铈-氧化镍异质结复合物的制备方法包括以下步骤：
将聚乙烯吡咯烷酮与溶剂混合，然后加入铈源与镍源，再加入尿素混合，进行水热反应后，再进行煅烧，得到氧化铈-氧化镍复合物；
所述溶剂为去离子水和有机溶剂的混合溶液，所述有机溶剂为乙醇；
所述去离子水与所述有机溶剂的体积比为1:1；
所述铈源与所述镍源的摩尔比为0.97:0.03；
所述尿素与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1；
将所述SO2F2气敏传感器置于CGS-MT气敏测试平台，先通入氮气清洗腔室，再通入SF6气体，待电阻值稳定后通入SO2F2气体，待电阻值稳定，重复SF6与SO2F2的操作，测试循环稳定性。
2.根据权利要求1所述的SO2F2的检测方法，其特征在于，所述有机溶剂还包括甲醇和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的SO2F2的检测方法，其特征在于，所述水热反应的温度为150℃~200℃，时间为17h。
4.根据权利要求1所述的SO2F2的检测方法，其特征在于，所述煅烧的温度为400℃~500℃，时间为1h~4h。
5.根据权利要求1所述的SO2F2的检测方法，其特征在于，所述铈源为铈盐，所述镍源为镍盐。
6.根据权利要求1所述的SO2F2的检测方法，其特征在于，所述敏感层材料在所述电极表面的涂覆量为1-30mg/cm2。
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