CN116399910A - 一种用于gis设备的微流控气体检测装置 - Google Patents

一种用于gis设备的微流控气体检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，属于气体检测技术领域；该装置中的气体检测组件包括微流通道以及多个气敏单元，气敏单元包括气敏室以及设置于气敏室中的气敏件，多个气敏件能够分别识别不同的气体种类，微流通道分别与多个气敏室连通；体积变化组件包括可变容积的容气单元以及抽吸件，容气单元包括标记有体积刻度标识的第一容气件和第二容气件，第一容气件与一气敏室连通，第二容气件经由抽吸件与微流通道连通，抽吸件能够抽吸第一容气件、气敏室以及微流通道中的全部气体至第二容气件中；微流通道与GIS设备可开闭连通。本发明通过设置多个气敏元件，对混合气体中的各种GIS成分进行检测。

Description

一种用于GIS设备的微流控气体检测装置
技术领域
本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种用于GIS设备的微流控气体检测装置。
背景技术
随着特高压输电中电压等级的提高，常规敞开式变电站因占地面积不断提高，设备体积不断增大等问题，逐渐被GIS所替代。如果GIS内部出现早期及潜伏性绝缘故障，其产生的放电或者过热能量会使绝缘介质分解，产生一系列复杂的反应，并最终生成一系列特征气体组分，如SO2、H2S、SO2F2、SOF2、CS2和CO等，这些特征组分既是表征GIS安全稳定运行的重要参数，也是监测其运行状态的重要参考。
现阶段国内外已有多种针对GIS故障特征气体的检测方式，如气相色谱法、质谱法、红外吸收光谱法、气体传感器法等，但此类方式由于自身存在成本较高、操作复杂或易受干扰的缺点，难以满足现代GIS设备监测需求。单一的气体传感器在对混合气体进行检测，存在混合气体组分交叉干扰现象，影响检测结果的准确性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，用以解决气体传感器相互干扰的问题。
本发明提供一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，包括：
气体检测组件，其包括微流通道以及多个气敏单元，所述气敏单元包括气敏室以及设置于气敏室中的气敏件，所述气敏件能够分别识别不同的气体种类，所述微流通道分别与多个所述气敏室连通；
体积变化组件，其包括可变容积的容气单元以及抽吸件，所述容气单元包括标记有体积刻度标识的第一容气件和第二容气件，所述第一容气件与一所述气敏室连通，所述第二容气件经由抽吸件与所述微流通道连通，所述抽吸件能够抽吸所述第一容气件、气敏室以及微流通道中的全部气体至所述第二容气件中；所述微流通道与GIS设备可开闭连通。
进一步的，所述微流通道包括主通道以及支通道，所述支通道的两端分别与所述主通道和所述气敏室连通，所述主通道的一端与GIS设备可开闭连通，与所述第一容气件连通的气敏室通过管道与所述主通道另一端连通。
进一步的，所述主通道和支通道的横截面积为1 mm2。
进一步的，所述气体检测组件还包括第一壳体以及连接单元，所述气敏单元设置于所述第一壳体内，所述连接单元包括连接头，所述连接头与所述第一壳体活动连接并可收纳于所述第一壳体中，所述连接头能够连通所述主通道和GIS设备。
进一步的，所述连接头靠近GIS设备的一端设有用于干燥气体的干燥管，所述连接头远离GIS设备的一端设有弹性件，所述干燥管和弹性件插装于所述连接头中，所述弹性件的两端分别与所述连接头和所述干燥管连接，所述干燥管通过管道与所述主通道连通。
进一步的，所述气体检测组件还包括电路模块，所述电路模块包括电源、数据处理器以及蓝牙接口，所述数据处理器分别与所述电源、蓝牙接口以及气敏件电性连接。
进一步的，所述气敏件为6个，所述气敏件能够分别检测SO2、H2S、SO2F2、SOF2、CS2和CO。
进一步的，所述气敏件包括基片以及设置于基片上的传感电极和加热电极。
进一步的，所述第一容气件包括储气筒以及活动插装于储气筒中的活塞，体积刻度标识设置于所述储气筒上，所述第二容气件与所述第一容气件的结构一致。
进一步的，所述体积变化组件还包括第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体一体化连接，所述容气单元和抽吸件设置于所述第二壳体中，所述第二壳体上设有用于观察容气单元的观察窗。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
（1）本发明的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，设置有气体检测组件，气体检测组件包括微流通道以及多个气敏单元，气敏单元包括气敏室以及设置于气敏室中的气敏件，气敏室相对外界密封，可以贮存部分待检测气体，气敏件能够识别GIS设备中产生的各类气体。微流通道分别与多个气敏室连通，使得各个气敏室被隔离且保持相对独立，气敏件的测试结果更加的准确，抗干扰性更强。
（2）本发明的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，设置有体积变化组件，体积变化组件包括可变容积的容气单元以及抽吸件，容气单元包括标记有体积刻度标识的第一容气件和第二容气件，刻度标识可以实时确定容气件中的气体体积。第一容气件与一气敏室连通，气敏室中气体的量将直接影响容第一容气件的体积。第二容气件通过抽吸件与微流通道连通，抽吸件能够抽吸第一容气件、气敏室以及微流通道中的全部气体至第二容气件中，将气敏室和微流通道变成真空状态。微流通道与GIS设备可开闭连通，GIS设备中的待测气体可以在真空负压的作用下填满气敏室和微流通道中，通过监控两不同容气件的体积变化，可以判断气敏室中是否被气体充满或者成为真空状态。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图１为本发明整体的结构示意图一；
图2是本发明中连接单元的结构示意图；
图3是本发明中气敏件的结构示意图；
图4是本发明中容气件的结构示意图；
图5是本发明整体的结构示意图二；
图中，气体检测组件100、微流通道110、主通道111、支通道112、气敏单元120、气敏室121、气敏件122、基片122a、传感电极122b、加热电极122c、第一壳体130、连接单元140、连接头141、干燥管142、弹性件143、体积变化组件200、容气单元210、第一容气件211、储气筒211a、活塞211b、第二容气件212、抽吸件220、第二壳体230、观察窗231。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本实施例中的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，涉及气体检测技术领域，通过同时设置多个气敏元件，对同一混合气体中的各种GIS成分进行检测，准确度更高，抗干扰性更好。
请参阅图1至图5，本实施例中的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，包括气体检测组件100和体积变化组件200。
气体检测组件100包括微流通道110以及多个气敏单元120，气敏单元120包括气敏室121以及设置于气敏室121中的气敏件122，气敏室121相对外界密封，可以贮存部分待检测气体，气敏件122能够识别GIS设备中产生的各类气体。微流通道110分别与多个气敏室121连通，使得各个气敏室121被隔离且保持相对独立，气敏件122的测试结果更加的准确，抗干扰性更强。
为了在提取尽可能少的样本气体的前提下得到检测结果，气敏单元120和微流通道110一般都设计成较小尺寸，气体在气敏单元120和微流通道110中流通困难，难以确定气敏单元120和微流通道110中的气体余量。
体积变化组件200包括可变容积的容气单元210以及抽吸件220，容气单元210包括标记有体积刻度标识的第一容气件211和第二容气件212，刻度标识可以实时确定不同容气件中的气体体积。第一容气件211与一气敏室121连通，气敏室121中气体的量将直接影响容第一容气件211的体积。第二容气件212通过抽吸件220与微流通道110连通，抽吸件220能够抽吸第一容气件211、气敏室121以及微流通道110中的全部气体至第二容气件212中，将气敏室121和微流通道110变成真空状态。微流通道110与GIS设备可开闭连通，GIS设备中的待测气体可以在真空负压的作用下填满气敏室121和微流通道110中，通过监控两不同容气件的体积变化，可以判断气敏室121中是否被气体充满或者成为真空状态。
在使用过程中，气敏室121和微流通道110的内部体积恒定，在抽吸件220工作时，气敏室121、微流通道110和与一气敏室121连通的第一容气件211中的气体被抽吸到第二容气件212中，待第二容气件212中的体积为气敏室121、微流通道110和与第一容气件211的体积之和时，从而判断气敏室121、微流通道110中达到真空状态。微流通道110与GIS设备连通后，待测气体在真空负压的作用下进入到气敏室121和微流通道110中，当与一气敏室121连通的第一容气件211的体积发生变化，即证明气敏室121和微流通道110已经被充满。多个气敏件122可以特异性识别气体中不同成分，在相互独立的气敏室121得到检测结果。
请参阅图1，微流通道110包括主通道111以及支通道112，支通道112的两端分别与主通道111和气敏室121连通，支通道112可以将主通道111中的气体分离并输送到相互独立的气敏室121中。主通道111的一端与GIS设备可开闭连通，GIS设备与主通道111之间设有开关阀，可以在需要时将GIS设备中的待测气体输入到主通道111中。与第一容气件211连通的气敏室121通过管道与主通道111另一端连通，待位于主通道111另一端的气敏室121中被气体充满后，与气敏室121连通的第一容气件211的体积会增大，从而改变刻度标识，从而判断所有的气敏室121已经被充满。
需要特别说明的是：主通道111和支通道112的横截面积为1 mm2，可以在提取尽可能少的气体的样品的前提下，得到测试结果，微流通道110的横截面积被设置得较小，可以节约气体损耗。
请参阅图1和图5，气体检测组件100还包括第一壳体130以及连接单元140，气敏单元120设置于第一壳体130中，第一壳体130可以对气敏单元120进行密封，减少外界温度和湿度对气敏件122的干扰。连接单元140包括连接头141，连接头141与第一壳体130活动连接并可收纳于第一壳体130中。
作为其中的一种实施方式，在第一壳体130中设有收纳空间，连接头141借助铰接轴与第一壳体130接，连接头141可以沿侧向折叠存入到收纳空间。
作为其中的一种实施方式，在第一壳体130中设有收纳空间，连接头141滑动插装于收纳空间中，收纳空间与连接头141之间设有导轨或者滑道，连接头141可以沿着导轨或者滑道自由移动，从收纳空间伸出或者缩回到收纳空间中。
连接头141可以作为一个转接端口，连通主通道111和GIS设备，将GIS设备中的待测气体输入到主通道111中。
请参阅图2，连接头141靠近GIS设备的一端设有用于干燥气体的干燥管142，干燥管142中盛放有干燥剂，干燥剂为中性干燥剂-无水氯化钙，干燥剂可以吸收来自GIS设备中的水分，避免水分对气体检验结果的影响。无水氯化钙不会与待测气体中的酸性物质发生反应，干扰测量结果。
连接头141远离GIS设备的一端设有弹性件143，弹性件143具体为弹簧，干燥管142和弹性件143插装于连接头141中，弹性件143的两端分别与连接头141和干燥管142连接，干燥管142通过管道与主通道111连通，弹性件143可以给予干燥管142恒定的压力与GIS设备连接，避免干燥管142从GIS设备中脱出。
需要特别说明的是：气体检测组件100还包括电路模块，电路模块包括电源、数据处理器以及蓝牙接口，电源、数据处理器以及蓝牙接口均设置于第一壳体130中，数据处理器分别与电源、蓝牙接口以及气敏件122电性连接。气敏件122收集的气体信息被输送到数据处理器中，数据处理器对信息进行处理后，通过蓝牙接口传输给上机位，上机位软件实时显示样本气体中各组分气体的对应浓度，并可生成变化曲线保存响应数据。
请参阅图1和图3，气敏件122为6个，气敏件122能够分别检测SO2、H2S、SO2F2、SOF2、CS2和CO。在具体实施过程中，气敏件122包括基片122a以及设置于基片122a上的传感电极122b和加热电极122c。基片122a基于MoS2、FeSe2、FeSe2+Fe2O3、SnS2、Mn-Co3O4和石墨烯六种气敏材料制成，加热电极122c的加热温度为200℃。
需要特别说明的是：基片122a与第一壳体130的内腔底部连接，在第一壳体130的内腔底部的四周设有通气孔，通气孔围绕气敏室121设置，在第一壳体130的中部还设有排风扇，排风扇安装的腔室与通气孔连通，可以对第一壳体130的内腔进行散热处理。基片122a的基底采用以下方法制成，将纯度不低于99.95%的贵金属铂粉、羧甲基纤维素（CMC）和去离子水以70mg：1ml：1ml的比例称量混合，以350 r·min-1的参数配置于磁力搅拌机上搅拌2h，以80Hz、的参数配置置于超声机内进行超声振荡40min。通过微电子打印机将处理好的材料打印在氧化铝陶瓷基片上，并将其置于烘干箱内烘干。
请参阅图4，第一容气件211包括储气筒211a以及活动插装于储气筒211a中的活塞211b，体积刻度标识设置于储气筒211a上，活塞211b与储气筒211a之间形成可变容积的储气空间，当向储气筒211a中加气时，活塞211b移动，储气空间扩大。当从储气筒211a中抽气时，活塞211b移动，储气空间缩小。活塞211b移动后，活塞211b相对的刻度标识发生变化，从而实时监控储气空间的大小。第二容气件212的结构与第一容气件211的结构一致，第一容气件211的储气筒通过管道与气敏室连通，第二容气件212通过管道与微流通道连通。
请参阅图5，体积变化组件200还包括第二壳体230，第二壳体230与第一壳体130一体化连接，包括第一容气件211和第二容气件212的容气单元和抽吸件220均设置于第二壳体230中，抽吸件220具体为微型抽气泵，微型抽气泵可以强力抽取主通道111内的气体到第二容气件212中。第二壳体230上设有用于观察容气单元210的观察窗231，透过观察窗231，可以实时观察第一容气件211和第二容气件212上的刻度示数。
需要说明的是：在抽吸件220与主通道111之间设有阀门，阀门可以控制第二容气件212与主通道111的开闭。
一种用于GIS设备的微流控气体检测装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、组装气体检测装置并将其与GIS连接，打开电源和上机位软件，连接检测仪蓝牙，调整装置初始参数，记录与气敏室121连通的第一容气件211的气体刻度V1, 气敏室121和微流通道110的容积和为V2, 与主通道111连通的第二容气件212的气体刻度为零刻度；
S2、打开阀门和抽吸件220，待第二容气件212的气体刻度为V1+V2时，第一容气件211的储气空间完全闭合，气敏室121和微流通道110已处于真空状态，关闭阀门和抽吸件220；
S3、接通连接单元140与GIS设备，待与气敏室121连通的第一容气件211有示数Vx时，断开连接单元140与GIS设备的连通，通过数据处理器获取气敏件122对待测气体产生的响应信号，通过蓝牙接口将相关数据传送到上机位，通过上机位软件获取待测气体的种类、浓度及传感阵列的相应变化曲线并保存相关数据；
S4、重复S2步骤，待与主通道111连通的第二容气件212的气体刻度为V1+V2+V2+Vx时，气敏室121和微流通道110已处于真空状态，关闭阀门和抽吸件220；
S5、若需要新的数据，重复步骤S3和S4，数据测试完毕后，调整装置结束参数，包括停止加热等，并启动排风扇快速散热；
S6、待与主通道111连通的第二容气件212的容量满后，打开容第二容气件212与外界连通的接口，将内部气体排出并进行回收处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明之内。

Claims (10)

1.一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，包括：
气体检测组件，其包括微流通道以及多个气敏单元，所述气敏单元包括气敏室以及设置于气敏室中的气敏件，所述气敏件能够分别识别不同的气体种类，所述微流通道分别与多个所述气敏室连通；
体积变化组件，其包括可变容积的容气单元以及抽吸件，所述容气单元包括标记有体积刻度标识的第一容气件和第二容气件，所述第一容气件与一所述气敏室连通，所述第二容气件经由抽吸件与所述微流通道连通，所述抽吸件能够抽吸所述第一容气件、气敏室以及微流通道中的全部气体至所述第二容气件中；所述微流通道与GIS设备可开闭连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述微流通道包括主通道以及支通道，所述支通道的两端分别与所述主通道和所述气敏室连通，所述主通道的一端与GIS设备可开闭连通，与所述第一容气件连通的气敏室通过管道与所述主通道另一端连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述主通道和支通道的横截面积为1 mm2。
4.根据权利要求2所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述气体检测组件还包括第一壳体以及连接单元，所述气敏单元设置于所述第一壳体内，所述连接单元包括连接头，所述连接头与所述第一壳体活动连接并可收纳于所述第一壳体中，所述连接头能够连通所述主通道和GIS设备。
5.根据权利要求4所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述连接头靠近GIS设备的一端设有用于干燥气体的干燥管，所述连接头远离GIS设备的一端设有弹性件，所述干燥管和弹性件插装于所述连接头中，所述弹性件的两端分别与所述连接头和所述干燥管连接，所述干燥管通过管道与所述主通道连通。
6.根据权利要求1所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述气体检测组件还包括电路模块，所述电路模块包括电源、数据处理器以及蓝牙接口，所述数据处理器分别与所述电源、蓝牙接口以及气敏件电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述气敏件为6个，所述气敏件能够分别检测SO2、H2S、SO2F2、SOF2、CS2和CO。
8.根据权利要求1所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述气敏件包括基片以及设置于基片上的传感电极和加热电极。
9.根据权利要求1所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述第一容气件包括储气筒以及活动插装于储气筒中的活塞，体积刻度标识设置于所述储气筒上，所述第二容气件与所述第一容气件的结构一致。
10.根据权利要求4所述的一种用于GIS设备的微流控气体检测装置，其特征在于，所述体积变化组件还包括第二壳体，所述第二壳体与所述第一壳体一体化连接，所述容气单元和抽吸件设置于所述第二壳体中，所述第二壳体上设有用于观察容气单元的观察窗。
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