CN113092396B - 一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置 - Google Patents

一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置，属于电力技术领域。所述测定方法通过将待测气体与气体检测管上的反应物质进行反应，利用反应前后反应物质和反应生成物的颜色不同，使气体检测管在反应前后发生变色；将激光照射至气体检测管上，利用激光在不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，实现基于激光法的气体检测管测定方法。所述用于实现上述测定方法的装置包括两端分别设有进气口和出气口的外壳，进气口和出气口之间连接有气体检测管，外壳内壁设有激光束发生器和光敏元件，光敏元件分布于气体检测管周围。本发明解决了人工目测识别气体检测管误差大、分析慢的问题，实现准确测量。

Description

一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置。
背景技术
SF6气体由于具有较强的电负性、优异的绝缘和灭弧性能,被作为绝缘和灭弧介质广泛应用于电力行业。当SF6电气设备内部存在过热、放电等潜伏性故障时，会引发SF6气体分解，并与设备中存在的微量水分、气体杂质、金属电极材料和固体绝缘材料发生反应，生成一系列稳定或不稳定的化学产物，通过检测SF6气体中分解物的含量来判断电力设备运行状态已经成为电力检修部门的重要技术手段。
气体检测管检测法是对SF6分解产物进行检测的一种有效方法，具有检测快速方便、能检测的气体种类多、费用低、保存期长等优点。气体检测管是在一个有固定的有限长度和内径的玻璃管内，装填一定量的检测剂(即指示粉)，用塞料加以固定，再将玻璃管的两端密封加工而成。使用时将玻璃管两端割断，使用针筒或者专用采样器通过抽取使一定量的目标气体通过管子，目标气体中所含有的被测物质与检测剂发生化学反应，已反应的检测剂将变色，变色的长度与被测物质的浓度成正比，在气体检测管壁上划上刻度，依据气体检测管变色的长度与被测物质的浓度成正比的原理，将气体检测管上刻度与浓度数值一一对应。
在使用检测管检测SF6分解产物时，对检测管指示读数的准确性是得到分解产物浓度数据的重要环节，现有的读数方式主要是通过人工目测识别反应终点进行读数，这种方式只能大致识别出结果位于某一刻度间内，无法再一步精确判别，若目测视线不垂直于气体检测管上存在角度倾斜时，会增加识别带来的误差。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于激光法的气体检测管测定方法及装置，解决了采用人工目测识别气体检测管带来的误差较大、分析速度慢的问题，实现气体检测管的准确测量。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种基于激光法的气体检测管测定方法，将待测气体与气体检测管上的反应物质进行反应，利用反应前后反应物质和反应生成物的颜色不同，使气体检测管在反应前后发生变色；将激光照射至气体检测管上，利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，实现基于激光法的气体检测管测定方法。
优选地，利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，实现基于激光法的气体检测管测定方法，具体包括以下操作：利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，确定气体检测管上各部位的颜色变化，并将气体检测管上各部位与待检测气体的浓度数值对应；以激光强度的突变点的部位作为变色的终点位置，根据变色的终点位置对应的部位，确定检测气体的浓度数值，实现基于激光法的气体检测管测定方法。
进一步优选地，根据激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，以及变色的终点位置，确定气体检测管上的反应区和未反应区；从气体检测管的入气口处到变色的终点位置之间为反应区，从变色的终点位置到气体检测管的出气口之间为未反应区。
其中，优选地，未反应区为透明或白色，激光选择与反应区的反应后颜色相补的颜色。
进一步优选地，将气体检测管上各部位与待检测气体的浓度数值对应，具体包括：将激光按每一刻度自动记录，并将所记录的每一刻度与待测气体浓度数值一一对应。
其中，优选地，所述基于激光法的气体检测管测定方法的最低限为0.01mm。
优选地，待测气体为SO2气体，反应物质为I2+2H2O。
优选地，待测气体为H2S气体，反应物质为Pb(CH3COO)2。
优选地，待测气体为CO气体，反应物质为Na2Pd(SO3)2。
本发明公开了一种用于实现上述一种基于激光法的气体检测管测定方法的装置，包括外壳，外壳两端分别设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接有气体检测管，外壳内壁上还设有激光束发生器和光敏元件，光敏元件分布于气体检测管周围。
优选地，外壳上对称分布恒温单元，恒温单元用于将外壳内部温度维持为恒定数值。
优选地，激光束发生器与气体检测管平行设置。
优选地，外壳为封闭遮光结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种基于激光法的气体检测管测定方法，通过将待测气体与气体检测管上的反应物质进行反应，将待测气体的浓度信号转化为生成物的颜色浓度，根据待测气体和生成物的颜色种类选取相应颜色的激光，当激光照射检测中气体检测管，利用反应前后反应物质和反应生成物的颜色不同、并结合激光透过或反射的强度变化，依据光敏元件接受的光强度确定气体检测管各部位颜色变化，自动记录相应的变色位置；进而实现基于激光法的气体检测管测定方法。因此，本发明所述基于激光法的气体检测管测定方法能够有效避免人工目测识别反应进行程度，以激光信号的获取实现反应现象的自动识别、记录及处理。
进一步地，本发明所述测定方法通过以激光强度的突变点的部位作为变色的终点位置，根据变色的终点位置对应的部位，确定检测气体的浓度数值，能够排除外界因素的影响，比肉眼识别得到更加精确的结果。
进一步地，根据确定气体检测管上的反应区和未反应区，能够获取两区域的分界线，并找到对应的变色终点位置。
进一步地，通过将激光选择为反应后颜色相补的颜色，能够提高激光的在反应区、未反应区之间的变化程度，将反应区与未反应区更加显著的区分开来。
进一步地，通过将激光按每一刻度自动记录，并将所记录的每一刻度与待测气体浓度数值一一对应，将该对应关系录入程序，能够实现刻度的自动识别并通过程序自动得出对应的浓度数值。
进一步地，由于激光经过聚焦后光斑大小可达0.01mm，即所述基于激光法的气体检测管测定方法的最低限为0.01mm，因此本发明所述测定方法能够适用于高精度的气体浓度检测。
本发明还公开了一种用于实现上述一种基于激光法的气体检测管测定方法的装置，通过激光束发生器和光敏元件质检的信号响应，能够识别气体检测管各点的反应情况，通过光敏元件分布于气体检测管周围，能够对变色位置进行精确检测。因此，本发明实现避免人工目测识别的现有操作，极大程度上减小了误差，提高了分析检测效率。
进一步地，通过使用恒温单元将外壳内部温度维持为恒定数值，有利于排除外界环境如温度对气体反应的影响。
进一步地，通过将激光束发生器与气体检测管平行设置，确保激光垂直照射气体检测管，确保各点的激光不会相互干扰。
进一步地，通过将外壳选择为封闭遮光结构，能够确保在封闭空间内进行气体检测管的检测工作及激光照射定位步骤，使得光敏元件的检测不受外界光照影响。
附图说明
图1为本发明所述基于激光法的气体检测管测定方法的装置示意图。
其中：1-外壳；2-进气口；3-恒温单元；4-激光束发生器；5-气体检测管；6-出气口；7-光敏元件。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本方发明提供一种基于激光法的气体检测管5测定方法及装置，包括外壳1、进气口2、恒温单元3、激光束发生器4、气体检测管5、出气口6、光敏元件7等。外壳1内部为一个密封空间，可通过上盖打开将气体检测管5通过进气口2接入进气口2与出气口6；恒温单元3对称分布在外壳1外部两侧，采用恒温单元3控制外壳1内部温度为一恒定数值；激光束发生器4与气体检测管5平行、光敏元件7分布气体检测管5四周，当待测气体进入气体检测管5后，气体检测管5中反应物质会与待测气体进行反应，反应前后物质发生颜色的变化，控制激光束发生器4发出特定颜色的激光束垂直照射到气体检测管5侧面，而被气体检测管5透过或反射的激光束由光敏元件7接收。
气体检测管5根据反应变色的位置确定待测气体的浓度，即从气体检测管5的入口处到变色的终点位置之间定为反应区，为反应后颜色W2；变色的终点位置到气体检测管5的出气口6定为未反应区，为反应前的颜色W1；若W1为透明或白色，则激光束选择与W2相补的颜色。如此，激光束垂直照射到气体检测管5上时，在反应区内，激光束被完全或大部分吸收，导致激光束在透过气体检测管5或被反射后光强度大幅度下降，在未反应区，激光束基本透过气体检测管5或被完成反射。即光敏元件7接收到的激光在反应区的光强度与未反应区的光强度有较大差距。
光敏元件7可接受气体检测管5各位置透过或被反射的激光，并检测各位置的激光强度并记录。以变色的终点位置为界线，光敏元件7接收到的从反应区透过或被反射的激光光强度明显低于从未反应区透过或被反射的激光光强度。
由此，光敏元件7可将接收的激光束按每一小刻度自动记录，并与待测气体浓度数值一一对应，处理器自动检测在某一刻度值光强度发生较大变化，即此刻度值为变色的终点位置，并找到对应其代表的浓度数值。由于激光经过聚焦后光斑大小可达0.01mm，即通过激光元件可检出的最低限为0.01mm，因此本发明可以0.01mm为单位一一对应得出对应的待测气体浓度数值。
具体地，以检测SO2气体为例，气体检测管5内SO2的反应方程为：
SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI
其中，SO2、H2O、H2SO4、HI无色，I2为紫色，即反应区为无色透明，未反应区为紫色；已知紫色与黄色互为补色，以黄光照射紫色物质将被完全吸收，即黄光垂直照射气体检测管5的反应区会基本透过或被反射，而黄光垂直照射气体检测管5的未反应区会被大幅的吸收，以此依据光敏元件7接受的激光光强度变化确定变色的终点位置并自动依据对应得出浓度数值。反应前后颜色变化明显。
具体地，以检测H2S气体为例，气体检测管5内H2S的反应方程为：
H2S+Pb(CH3COO)2＝PbS+2CH3COOH
其中，H2S、Pb(CH3COO)2、CH3COOH无色，PbS为黑色，即反应区为黑色，未反应区接近无色透明；以任意颜色的激光束如红光照射黑色物质将被完全吸收，即红光垂直照射气体检测管5的反应区会被大幅的吸收，而红光垂直照射气体检测管5的未反应区会基本透过或被反射，以此依据光敏元件7接受的激光光强度变化确定变色的终点位置并自动依据对应得出浓度数值。
具体地，以检测CO气体为例，气体检测管5内CO的反应方程为：
CO+Na2Pd(SO3)2＝Pd+CO2+SO2+Na2SO3
其中，CO、CO2、SO2、Na2SO3无色，Na2Pd(SO3)2为黄色，Pd为棕黑色，即反应区为棕黑色，未反应区为黄色；以黄光照射棕黑色物质将被完全吸收，即黄光垂直照射气体检测管5的反应区会被大幅的吸收，而黄光垂直照射气体检测管5的未反应区会基本透过或被反射，以此依据光敏元件7接受的激光光强度变化确定变色的终点位置并自动依据对应得出浓度数值。
具体地，在本发明的实施例中，光敏元件7的为光导型半导体光敏元件；恒温单元3为半导体制冷器。
综上所述，本发明具有以下优点：(1)通过气体检测过程的反应方程，了解反应前后物质颜色变化，选取相应颜色的激光，垂直照射检测中的气体检测管5，依据光敏元件7接受的光强度确定气体检测管5各部位颜色变化，自动记录相应的变色位置，无需工作人员进行目测识别和比对，自动进行检测、记录，比目测识别更精确；(2)提供了一种基于激光法的气体检测管5测定装置，在封闭空间内进行气体检测管5的检测工作及激光照射定位，使得光敏元件7的检测不受外界光照影响，整个检测过程更加稳定、可靠；(3)采用恒温单元3提供一个恒温的环境，排除温度带来的误差影响。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于激光法的气体检测管测定方法，其特征在于，将待测气体与气体检测管上的反应物质进行反应，利用反应前后反应物质和反应生成物的颜色不同，使气体检测管在反应前后发生变色；将激光照射至气体检测管上，利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，实现基于激光法的气体检测管测定方法；
所述利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，实现基于激光法的气体检测管测定方法，具体包括以下操作：
利用激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，确定气体检测管上各部位的颜色变化，并将气体检测管上各部位与待检测气体的浓度数值对应；以激光强度的突变点的部位作为变色的终点位置，根据变色的终点位置对应的部位，确定检测气体的浓度数值，实现基于激光法的气体检测管测定方法；
根据激光在反应前后不同颜色中透过或反射的激光强度的变化，以及变色的终点位置，确定气体检测管上的反应区和未反应区；
从气体检测管的入气口处到变色的终点位置之间为反应区，从变色的终点位置到气体检测管的出气口之间为未反应区；
未反应区为透明或白色，激光选择与反应区的反应后颜色相补的颜色；
将气体检测管上各部位与待检测气体的浓度数值对应，具体包括：将激光按每一刻度自动记录，并将所记录的每一刻度与待测气体浓度数值一一对应。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光法的气体检测管测定方法，其特征在于，所述基于激光法的气体检测管测定方法的最低限为0.01mm。
3.一种用于实现权利要求1或2所述一种基于激光法的气体检测管测定方法的装置，其特征在于，包括外壳，外壳两端分别设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接有气体检测管，外壳内壁上还设有激光束发生器和光敏元件，光敏元件分布于气体检测管周围，所述激光束发生器与气体检测管平行设置。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，外壳上对称分布恒温单元，恒温单元用于将外壳内部温度维持为恒定数值。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，外壳为封闭遮光结构。
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