CN203241336U - 红外气体监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了红外气体监测装置，其包括MCU微处理器（1）、测量气室（2）、气泵（3）、前端气体处理装置（5），所述前端气体处理装置（5）连接测量气室（2），测量气室（2）配置有气泵（3），测量气室（2）连接MCU微处理器，所述测量气室（2）内置有红外气体传感器，所述前端气体处理装置（5）至少为2个，还包括中段管路切换装置（4），所述中段管路切换装置（4）选择性地将前端气体处理装置（5）与测量气室（2）接通。本实用新型用于检测高压开关电器设备的六氟化硫气体泄漏含量浓度的监控装置。

Description

红外气体监测装置

技术领域

本实用新型用于检测高压开关电器设备的六氟化硫气体泄漏含量浓度的监控装置。 

背景技术

六氟化硫(SF6)是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力。近年来，SF6电气设备已在国内外得到了广泛的应用，并显示出无与伦比的优越性。 

六氟化硫还是一种简单窒息剂。暴露在氧气含量<19.5%的大气中会导致头晕、昏迷、口水增多、反应迟钝、反胃、呕吐、失去意识和死亡。暴露在氧气含量<12％ 的大气中会无任何先兆的失去知觉，并失去自我救护的能力。六氟化硫经过高温拉弧放电的分解物氟化亚硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)、四氟化硫(SF4)、二氟化硫(SF2)等等也对人体有极大的损害。因此在装有SF6设备的开关室，平时因为通风不良可能会缺少新鲜空气，缺氧或因设备SF6气体泄漏而污染室内环境，使进入房间的操作人员，巡视、检修人员的健康甚至生命受到严重威胁，给电力安全运行带来挑战，因此，我国《电业安全工作规程》特别规定，在相关场所必须安装氧气和SF6检测报警装置系统，并安装必要的通风换气装置。 

不同气体对红外光有着不同的吸收光谱，某种气体的特征光谱吸收强度与该气体的浓度相关，利用这一原理可以测量气体浓度。此类传感器灵敏度高、选择性好，目前国内外用于精确测量和标定气体浓度的传感器基本上都是采用红外技术。窄带红外发光二极管的发射强度可以用电学方法进行调制。通过在研制过程中调整发光二极管的成分，可以把二极管的发射波段调节到被测气体的吸收波段处。这样，红外发光二极管就可以代替普通红外气体传感器中的热源、窄带滤光片和调制装置，从而形成一种固体的、低功耗的、结构紧凑的仪器。 

但目前六氟化硫气体监测系统普遍采用扩散模式，以及目前的超声波监测六氟化硫气体，因此存在以下不足： 

1、由于超声波监测六氟化硫气体采用被动采集模式故在接收数据方面有局限性，得到的实际泄漏量不真实和及时数据不能实时体现。

2、系统通讯接口方式单一，系统适应性差，这样对系统进行集成并且对现场监测器的布局与工程施工带来更多的工作量，也由于系统链路的复杂或外部环境的干扰造成系统稳定性的降低，导致整个监测系统不能实时、准确的获得六氟化硫气体浓度含量，以使系统的安全性达不到要求。 

3、抗干扰能力差，对环境要求较高；特别是在是户外环境中不易实现。 

发明内容

本发明旨在解决以下问题： 

1. 更精确的监测六氟化硫的泄漏量，精度达到±2%，响应时间＜15S（0.5L/min），更低的成本,统一的接口模式提供更好的兼容性。

2. 提高抗干扰能力降低对环境的要求，能在恶劣的环境中稳定工作。 

本发明为了实现上述目的采用以下技术方案： 

一种红外气体监测装置，其特征在于：包括MCU微处理器（1）、测量气室（2）、气泵（3）、前端气体处理装置（5），所述前端气体处理装置（5）连接测量气室（2），测量气室（2）配置有气泵（3），测量气室（2）连接MCU微处理器，测量气室内置有红外传感器，所述红外传感器为气体红外传感器。

上述方案中，所述前端气体处理装置（5）至少为2个，还包括中段管路切换装置（4），所述中段管路切换装置（4）选择性地将前端气体处理装置（5）与测量气室（2）接通。 

上述方案中所述中段管路切换装置（4）包括电磁阀，所述电磁阀与MCU微处理器连接。 

本实用新型的技术优点及积极效果是： 

一、采用了高性能MCU处理器，处理速度快，计算优化效果好，接口丰富，功耗低； 

二、本系统只采用一个测量气室通过中段的管路切换就可以实现多点监测, 使用成本低，实时性强，稳定可靠；

三、系统使用到的测量气室是在一个密闭的铝合金气室里面其抗干扰能力强，响应速度快，精度高。

四、采用多路独立的气体接口，安装更方便，维护费用低。 

五、基于光谱原理的红外监测系统：运用16位（数据）的改进型哈佛架构的微处理器、数据采集、数据处理、通信技术于一体系统平台，它的所有功能均采用模块化设计，便于工程安装及工程维护。系统智能化程度高，性能稳定，功耗低。以解决高压开关电器设备室内空气中六氟化硫气体泄漏含量的技术问题。 

六、基于光谱原理的红外监测系统：系统由于使用到的改进型哈佛架构的微处理器硬件体系，使得在体积、功耗、抗干扰和稳定性能等方面都有突出表现。 

附图说明

图1是本实用新型的系统整体组成结构图。 

具体实施方式

下面结合附图举一种实施实例对本实用新型进一步说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。 

本系统基于光谱原理，使用红外测量技术（NDIR）、配有坚固的铝合金气室、温度补偿等特性，可以解决以上精度和抗干扰的能力。由于测量室整个是密封在一个特制铝合金体里面因此它具有较强的抗干扰能力、能够在恶劣的环境中稳定的工作，在测量六氟化硫泄漏量方面它是使用到现今最先进的红外测量方式所以更加的精准。 

本实用新型的工作原理简述如下：系统是红外气体监测，由于对于不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，某些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道某种物质的红外吸收光谱时，便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，便可以确定气体的浓度 。根据比尔朗伯定律，输出光强度 、输入光强度 和气体浓度 之间的关系为： 

　　 

（A）

　　式中 为摩尔分子吸收系数；C 为待测气体浓度；L 为光和气体的作用长度（传感长度）。对上式进行变换得：

　

　（B）

通过计算相关数据就可以得知气体的浓度 。

要使被监测的气体进入到它特定的测量气室（图一中的2）里面进行测量，因此我们需要使用到气泵（图一中的3）；利用气泵把需要监测的气体抽到气室里面检测，在这个的同时我们的上位机或者MCU（图一中的1）都实时的和测量气室通讯，实时监测数据的变化及时上报数据。若我们需要监测多个地点，我们就要把这几个地方的气体依次抽到气室里面进行测量，这样就形成多点监测。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术实施的一种具体方案是： 

基于光谱原理的红外监测系统其系统特征在于：系统主要包括前端气体处理（图一中的5），去除待测气体中杂质、水汽；中段的管路切换（图一中的4），利用内部机械结构控制需要监测的点位；测量气室内置红外传感器（图一中的2），根据上述A或者B公式计算被测气体的浓度并送相关数据至MCU；MCU处理器（图一中的1）和测量气室实时通讯，处理数据和上传得到的数据。

实施例：

本实用新型是基于光谱原理的红外监测系统，其系统组成如图1所示：MCU微处理器（图一中的1）、测量气室内置红外传感器（图一中的2）、气泵（图一中的3）、中段管路切换（图一中的4）、前端气体处理（图一中的5）组成。本系统采用多种通讯总线协议上传送数据，也可以为此系统作为一个单元级联形成更多点位、更大的系统结构。

该系统是基于光谱测量气体故主要的连接是由气体管路连接和切换来达到多点测量的目的，这样也达到了能在恶劣的环境中不受干扰、精度高的优点。系统的第一级（图一中的5）是过滤空气中的杂质和多余的水汽让其能够得到更干燥和纯净的被测气体，其目的是未免过多的杂质堵塞管路和损坏设备，最初我们这里设计六路（也可以是更多路，但会损失监测时间）那么就有六路一样的第一级前端，然后通过管路连接到中段管路切换（图一中的4），此块主要是电磁阀合集组成按照前面提到的六路那么这里就应该有六组电磁阀，电磁阀的开、闭是由微控制器控制的，每一次循环只能有一路开启其它路均闭合，待此路得到合适的数据后便可以切换到其它路，依次循环便可检测六点的六氟化硫的含量；中段管路切换也是通过一条管路和测量气室（图一中的2）的IN口连接OUT口和气泵（图一中的3）的IN口连接，测量气室的通讯接口与微处理器相互传送数据，微处理器得到数据后就可以把得到的六氟化硫含量上传达到实时监测的目的。 

六氟化硫气体泄漏含量的红外气体监测装置其总线通讯接口也具有多种总线通讯方式：其总线通讯接口的通讯协议可以是CAN协议总线，也可以是RS232协议总线、RS485协议总线，可以是TCP/IP以太网协议通讯协议，也可以是多路独立的无线通讯接口(如：WiFi(无线宽带)无线通讯接口或GPRS(通用分组无线业务)无线通讯接口)等。红外气体监测装置其总线通讯接口或者仅有前述的一种总线通讯接口，进行系统集成，实现多种总线通讯方式的兼容或者只采用某一种总线通讯方式，以适应不同场合的要求，增加系统的兼容性与适应性。 

Claims (3)

1.红外气体监测装置，其特征在于：包括MCU微处理器（1）、测量气室（2）、气泵（3）、前端气体处理装置（5），所述前端气体处理装置（5）连接测量气室（2），测量气室（2）配置有气泵（3），测量气室（2）连接MCU微处理器，所述测量气室（2）内置有红外气体传感器，所述前端气体处理装置（5）至少为2个，还包括中段管路切换装置（4），所述中段管路切换装置（4）选择性地将前端气体处理装置（5）与测量气室（2）接通。

2.根据权利要求1所述的红外气体监测装置，其特征在于：所述中段管路切换装置（4）包括电磁阀，所述电磁阀与MCU微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的红外气体监测装置，其特征在于：所述测量气室（2）为铝合金气室。

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