CN114636791B - 一种多气体传感器在线校验平台动态配气方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多气体传感器在线校验平台动态配气方法和系统，包括动态配气模块、混合气室模块、流量控制系统和校验气罩模块。本发明的有益效果是：采用多级动态配气方法，可以对高纯度地SF6、O2等气体进行稀释，有效提升了现场校验技术的气体稀释范围，提高了配气精度；通过质量流量控制器控制稀释气体以及其他组分的流量，可以快速地配置不同浓度不同组分的混合气体，有利于简化现场校验流程、提高校验效率；通过更换不同组分的气瓶，可使适用于多种不同种类的气体传感器，同时校验多个气体传感器；重新设计了气路，加入止回阀防止不同流速的气体返混，在气体混合出口处采用变径管路的设计，使气体充分混合。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线校验平台，具体为一种多气体传感器在线校验平台动态配气方法和系统，属于气体传感器校验技术领域。
背景技术
SF6气体因具有优越的绝缘和灭弧特性，被广泛用于电力行业中。SF6气体是一种惰性化学气体，在常温条件下化学性质稳定。纯净的SF6气体无色无味、无毒无腐蚀性、不可燃不易爆，是理想的绝缘介质。但在配电房的非开阔环境中，大量吸入会使人因缺氧而窒息，且遇到拉弧、放电、高温等情况，SF6会分解，产生SF4、SF2等剧毒物质。在电力系统中，电气设备的运行环境较为复杂，尤其是配电房内气体流通相对缓慢，SF6气体的密度几乎是空气的五倍，当SF6发生严重泄漏时，大量的SF6气体会沉积在配电房地表，挤走室内空气，一旦出现意外情况可能会对运行检修人员带来危险。因此，国家《电业安全工作规程》与《SF6开关设备运行维护和检修管理规定》明确指出：“装有SF6设备的场所必须保持SF6气体浓度小于1000ppm，除需装设强力通风装之外，在低位区应该按照能够监测O2和SF6气体浓度的监控报警装置。”
常见的SF6气体浓度监控报警装置主要采用高频电离法、激光光声法、超声波法、红外光谱法、高压击穿法等原理实现其浓度测量功能。但经过长时间工作，这些装置内部的传感器在受到温度、湿度等环境因素的影响下其精准度会有所下降，报警值甚至会发生漂移。因此需要定期对SF6气体传感器、O2气体传感器进行校验，保证装置测量准确、消除安全隐患。
目前气体传感器校验多采用实验室校验，利用实验室内配置的标准气体对待校验传感器进行标定。而针对现场正在运行的气体传感器可以用一级配气方法进行校验，这种配气方法设备简单、操作繁琐，在配制极低浓度的标气时可能会存在较大误差，配置浓度范围也受到一定限制。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种多气体传感器在线校验平台动态配气方法和系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，包括
动态配气模块，其用于输送多种不同原料气与稀释气，且其由分别用于盛放不同气体的SF6气瓶、O2气瓶、N2气瓶以及用于连通各个气瓶的PU管构成；
混合气室模块，其与动态配气模块的PU管输送端相连通，且其由呈方形状的混合气室构成，且所述混合气室内安装有监测用传感器组件；
流量控制系统，其分别连接在动态配气模块的各个气瓶进行气体输送的PU管上，并用于控制气体的输送量，且其由分别安装在用于各个气体输送的PU管上的质量流量控制器构成，且所述质量流量控制器通过485总线与外设的上位机进行信号传输连接；
校验气罩模块，其设置在所述混合气室的另一侧用于对混合气体进行校验，且其由与所述混合气室输出管道相连通的校验气罩构成。
作为本发明再进一步的方案：所述SF6气瓶、O2气瓶以及N2气瓶均可替换为其他待校验气体传感器的目标气体，并可加入多条气路混合气体。
作为本发明再进一步的方案：所述动态配气模块在每条气体输送PU管的输送方向前端安装有减压阀，后端安装有止回阀。
作为本发明再进一步的方案：所述混合气室由有机玻璃制成应。
作为本发明再进一步的方案：所述混合气室内安装的传感器组件包括标准SF6传感器、标准O2传感器以及标准温湿度传感器，且伸入所述混合气室内的PU管上安装有压力表。
作为本发明再进一步的方案：位于所述混合气室内的PU管输出端上安装有变径管，且所述变径管的前端连通有喷嘴。
作为本发明再进一步的方案：所述混合气室与校验气罩之间的连通管道上安装有流量计。
一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其配气方法包括以下步骤
步骤一、配气开始前，由于气体分子的吸附在容器内壁上，需要对系统内部进行气路清洗，打开N2气瓶，上位机控制质量流量控制器阀门全开，使整个系统内部充满流动的N2气体，避免前一次配气过程的残留气体对本次配气结果造成影响；
步骤二、配气开始时，打开SF6气瓶、O2气瓶、N2气瓶，但保持三个质量流量控制器全闭，在上位机软件设置目标气体浓度，通过准确的设置控制质量流量控制器开闭，调节三个气路的流量，使其在混合气室充分混合后通入校验气罩；
步骤三、混合气室内装有标准的SF6、O2传感器，用于采集混合气的实时浓度信号，保证最终达到目标浓度。压力表与标准温湿度传感器用于监视混合气室内的气体物理状态，保证整个配气过程安全稳定。
本发明的有益效果是：
1)采用多级动态配气方法，可以对高纯度地SF6、O2等气体进行稀释，有效提升了现场校验技术的气体稀释范围，提高了配气精度；
2)通过质量流量控制器控制稀释气体以及其他组分的流量，可以快速地配置不同浓度不同组分的混合气体，有利于简化现场校验流程、提高校验效率；
3)通过更换不同组分的气瓶，可使该发明适用于多种不同种类的气体传感器，同时校验多个气体传感器；
4)重新设计了气路，加入止回阀防止不同流速的气体返混，在气体混合出口处采用变径管路的设计，使气体充分混合。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明系统硬件连接结构示意图；
图中：1、混合气室；2、SF6气瓶；3、O2气瓶；4、N2气瓶；5、减压阀；6、止回阀；7、质量流量控制器；8、上位机；9、压力表；10、变径管；11、喷嘴；12、标准SF6传感器；13、标准O2传感器；14、标准温湿度传感器；15、流量计。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1至图2所示：一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，包括
动态配气模块，其用于输送多种不同原料气与稀释气，且其由分别用于盛放不同气体的SF6气瓶2、O2气瓶3、N2气瓶4以及用于连通各个气瓶的PU管构成；
混合气室模块，其与动态配气模块的PU管输送端相连通，且其由呈方形状的混合气室1构成，且所述混合气室1内安装有监测用传感器组件；
流量控制系统，其分别连接在动态配气模块的各个气瓶进行气体输送的PU管上，并用于控制气体的输送量，且其由分别安装在用于各个气体输送的PU管上的质量流量控制器7构成，且所述质量流量控制器7通过485总线与外设的上位机8进行信号传输连接；
校验气罩模块，其设置在所述混合气室1的另一侧用于对混合气体进行校验，且其由与所述混合气室1输出管道相连通的校验气罩构成。
实施例二
如图1至图2所示：实施例二包括实施例一种的技术方案，同时也包括，所述SF6气瓶2、O2气瓶3以及N2气瓶4均可替换为其他待校验气体传感器的目标气体，并可加入多条气路混合气体，可实现对多种气体进行校验，使用范围更广。
在本发明实施例中，所述动态配气模块在每条气体输送PU管的输送方向前端安装有减压阀5，后端安装有止回阀6，以防止不同流速的气体返混。
在本发明实施例中，所述混合气室1由有机玻璃制成，可保持内部可视的同时避免与原料气产生反应。
在本发明实施例中，所述混合气室1内安装的传感器组件包括标准SF6传感器12、标准O2传感器13以及标准温湿度传感器13，且伸入所述混合气室1内的PU管上安装有压力表9，可以实时观测混合气室内部压强与温湿度，以及混合气体的各组分浓度，以便准确的校验气体传感器。
在本发明实施例中，位于所述混合气室1内的PU管输出端上安装有变径管10，且所述变径管10的前端连通有喷嘴11，使气流在管径很小的地方速形成负压，进而在喷出后得以充分混合。
在本发明实施例中，所述混合气室1与校验气罩之间的连通管道上安装有流量计15，用于记录送入校验气罩的混合气体体积，方便后续回收处理。
实施例三
一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其配气方法包括以下步骤
步骤一、配气开始前，由于气体分子的吸附在容器内壁上，需要对系统内部进行气路清洗，打开N2气瓶4，上位机8控制质量流量控制器7阀门全开，使整个系统内部充满流动的N2气体，避免前一次配气过程的残留气体对本次配气结果造成影响；
步骤二、配气开始时，打开SF6气瓶2、O2气瓶3、N2气瓶4，但保持三个质量流量控制器7全闭，在上位机8软件设置目标气体浓度，通过准确的设置控制质量流量控制器7开闭，调节三个气路的流量，使其在混合气室1充分混合后通入校验气罩；
步骤三、混合气室1内装有标准的SF6、O2传感器，用于采集混合气的实时浓度信号，保证最终达到目标浓度。压力表9与标准温湿度传感器14用于监视混合气室内的气体物理状态，保证整个配气过程安全稳定。
利用动态配气法快速配制浓度值可调的多组分混合标准气体，快速对配电房内的气体传感器进行校验。在校验过程中，先利用上位机设定混合气体的浓度，通过严格控制组分气体的流量比例，使SF6气体、O2气体与稀释气N2按照一定比例进入混合气室进行混合，从而持续获得一定浓度的标准气体。传统SF6动态配气装置在一些情况下会出现混合气体浓度误差较大、气体混合不均匀的问题，为此，本发明在气路中加入了止回阀，防止不同气路中的气体因流速不同而产生返混；在气体混和出口处采用变径管的设计，使气流在管径很小的地方速形成负压，得以充分混合。为精确控制组分气体流量，系统内加入质量流量控制器。质量流量控制器不仅具有实时流量计的功能，还可以随时调整气体流量，保证流量恒定。且由于控制的是气体实际质量流量，而不是体积流量，因此配制的标准气体浓度不会受环境温度和压力变化的影响。当配制多组分标准气时(例如以SF6、O2作为原料气，N2作为稀释气)SF6、O2气体的浓度分别为aSF6、a02，配制的标气气体目标浓度分别为bSF6、b02，则SF6气体的稀释比为
O2气体的稀释比为
由此得到两种原料气与稀释气流量的比例关系：
QSF6：QO2：QN2＝dSF6：dO2：(l-dSF6-dc2)
工作原理：利用质量流量控制器实现流量比混合法。通过该系统可以获得不同种类气体、不同流速、不同浓度的现场校验条件，可以更加快速准确的完成配电房气体传感器在线校验。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其特征在于：包括动态配气模块，其用于输送多种不同原料气与稀释气，且其由分别用于盛放不同气体的SF6气瓶(2)、O2气瓶(3)、N2气瓶(4)以及用于连通各个气瓶的PU管构成；
混合气室模块，其与动态配气模块的PU管输送端相连通，且其由呈方形状的混合气室(1)构成，且所述混合气室(1)内安装有监测用传感器组件；位于所述混合气室(1)内的PU管输出端上安装有变径管(10)，且所述变径管(10)的前端连通有喷嘴(11)；
所述混合气室(1)内安装的传感器组件包括标准SF6传感器(12)、标准O2传感器(13)以及标准温湿度传感器(13)，且伸入所述混合气室(1)内的PU管上安装有压力表(9)；
流量控制系统，其分别连接在动态配气模块的各个气瓶进行气体输送的PU管上，并用于控制气体的输送量，且其由分别安装在用于各个气体输送的PU管上的质量流量控制器(7)构成，且所述质量流量控制器(7)通过485总线与外设的上位机(8)进行信号传输连接；
校验气罩模块，其设置在所述混合气室(1)的另一侧用于对混合气体进行校验，且其由与所述混合气室(1)输出管道相连通的校验气罩构成。
2.根据权利要求1所述的一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其特征在于：所述SF6气瓶(2)、O2气瓶(3)以及N2气瓶(4)均可替换为其他待校验气体传感器的目标气体。
3.根据权利要求1所述的一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其特征在于：所述动态配气模块在每条气体输送PU管的输送方向前端安装有减压阀(5)，后端安装有止回阀(6)。
4.根据权利要求1所述的一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其特征在于：所述混合气室(1)由有机玻璃制成。
5.根据权利要求1所述的一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统，其特征在于：所述混合气室(1)与校验气罩之间的连通管道上安装有流量计(15)。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的一种多气体传感器在线校验平台动态配气系统的配气方法，其特征在于：其配气方法包括以下步骤
步骤一、配气开始前，由于气体分子的吸附在容器内壁上，需要对系统内部进行气路清洗，打开N2气瓶(4)，上位机(8)控制质量流量控制器(7)阀门全开，使整个系统内部充满流动的N2气体，避免前一次配气过程的残留气体对本次配气结果造成影响；步骤二、配气开始时，打开SF6气瓶(2)、O2气瓶(3)、N2气瓶(4)，但保持三个质量流量控制器(7)全闭，在上位机(8)软件设置目标气体浓度，通过准确的设置控制质量流量控制器(7)开闭，调节三个气路的流量，使其在混合气室(1)充分混合后通入校验气罩；
步骤三、混合气室(1)内装有标准的SF6、O2传感器，用于采集混合气的实时浓度信号，保证最终达到目标浓度；压力表(9)与标准温湿度传感器(14)用于监视混合气室内的气体物理状态，保证整个配气过程安全稳定。
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