CN218629453U - 一种检测sf6中cf4气体浓度的检测器 - Google Patents
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Abstract
一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，属于电力系统运维技术领域，解决现有运维时需要携带仪器的多种检测器问题；红外探测装置输出端与差分放大器反相输入端连接，差分放大器正相输入端接恒定电压，差分放大器输出端与R1的一端连接，R1的另一端与运算放大器正相输入端连接，运算放大器反相输入端接R2的一端、R2另一端接地，运算放大器输出端与单片机A/D模数转换接口连接；R3、R4、R5一端分别与模拟开关B0、B1、B2引脚连接，R3、R4、R5另一端均连接在运算放大器反相输入端；模拟开关输出端A引脚与运算放大器输出端连接，模拟开关控制端S1、S2引脚分别与单片机I/O信号接口连接；只采用一台检测器就能实现三类气体的检测需求，提高了工作效率。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统运维技术领域，涉及一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器。
背景技术
电力系统运维中同时存在检测SF6新气中低含量杂质气体CF4(对应的检测器的量程为0～200ppm，定义为小量程测量模式)、局部放电产生的高浓度故障气体CF4(对应的检测器的量程0～2000ppm，定义为中量程测量模式)以及SF6/CF4混合绝缘气体中CF4占比(量程为0～60％，定义为大量程测量模式)的三类需求，因检测场合与所需仪器的测量量程不同，一般需要三台不同的仪器才能完成检测。检测器出厂时一旦标定量程，使用者便无法自行调节量程，即无法同时满足测量SF6中高、中、低三种浓度范围的CF4的实际需求。因此，为了减少运维工作携带仪器的种类和数量，提高效率，急需一款能够自动切换量程的SF6中CF4气体浓度检测器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于设计一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，以解决现有运维工作中检测不同SF6中CF4气体浓度时，需要携带仪器的多种检测器，而导致的工作效率低的问题。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，包括：CF4气体红外探测装置(11)、差分放大器(12)、运算放大器(13)、模拟开关(14)、单片机(15)，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述的CF4气体红外探测装置(11)的输出端与差分放大器(12)的反相输入端连接，差分放大器(12)的正相输入端接恒定电压，差分放大器(12)的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器(13)的正相输入端连接，运算放大器(13)的反相输入端接电阻R2的一端、电阻R2的另一端接地，运算放大器(13)的输出端与单片机(15)的A/D模数转换接口连接；所述的电阻R3、电阻R4、电阻R5的一端分别与模拟开关(14)的B0、B1、B2引脚连接，电阻R3、电阻R4、电阻R5的另一端均连接在运算放大器(13)的反相输入端；所述的模拟开关(14)的输出端A引脚与运算放大器(13)的输出端连接，模拟开关(14)的控制端S1、S2引脚分别与单片机(15)的两个I/O信号接口连接。
本实用新型的检测器通过单片机(15)的两个I/O信号接口输出控制信号给模拟开关(14)的控制端S1、S2引脚，当需要测量SF6/CF4混合绝缘气体中CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R3以调节运算放大器(13)的放大倍数，在大量程测量模式下进行测量，当需要测量局部放电产生的高浓度故障气体中CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R4以调节运算放大器(13)的放大倍数，在中量程测量模式下进行测量，当需要测量SF6新气中杂质气体CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R5以调节运算放大器(13)的放大倍数，在小量程测量模式下进行测量，本实用新型的技术方案只采用一台检测器就能实现三类气体的检测需求，减少运维工作携带仪器的种类和数量，提高了工作效率。
进一步地，所述的CF4气体红外探测装置(11)包括：红外光源发射器(111)、光池(112)、滤光片(113)、热释电探测器(114)；所述的红外光源发射器(111)设置在光池(112)的外部的一端，所述的滤光片(113)设置在光池(112)的内部的另一端，与红外光源发射器(111)正对设置，所述的热释电探测器(114)与滤光片(113)紧贴设置在光池(112)的外部的另一端，所述的光池(112)开设有进气口和出气口，所述的热释电探测器(114)的输出端与差分放大器(12)的反相输入端连接。
在一种实施例中，所述的差分放大器(12)的型号为TSX562AIST。
在一种实施例中，所述的运算放大器(13)的型号为TSX562AIST。
在一种实施例中，所述的模拟开关(14)的型号为FSA3357 SP3T的单刀三掷模拟开关。
在一种实施例中，所述的单片机(15)的型号为STM32H723VET6。
在一种实施例中，所述的红外光源发射器(111)的型号为EMIRS 200。
在一种实施例中，所述的热释电探测器(114)的型号为PY0303。
本实用新型的优点在于：
本实用新型的检测器通过单片机(15)的两个I/O信号接口输出控制信号给模拟开关(14)的控制端S1、S2引脚，当需要测量SF6/CF4混合绝缘气体中CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R3以调节运算放大器(13)的放大倍数，在大量程测量模式下进行测量，当需要测量局部放电产生的高浓度故障气体中CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R4以调节运算放大器(13)的放大倍数，在中量程测量模式下进行测量，当需要测量SF6新气中杂质气体CF4浓度时，模拟开关(14)选择接通电阻R5以调节运算放大器(13)的放大倍数，在小量程测量模式下进行测量，本实用新型的技术方案只采用一台检测器就能实现三类气体的检测需求，减少运维工作携带仪器的种类和数量，提高了工作效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例的检测SF6中CF4气体浓度的检测器的电路结构原理图；
图2是本实用新型实施例的模拟开关的电路结构原理图；
图3是本实用新型实施例的检测SF6中CF4气体浓度的检测器的工作流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1所示，一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，包括：CF4气体红外探测装置11、差分放大器12、运算放大器13、模拟开关14、单片机15，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述的CF4气体红外探测装置11包括：红外光源发射器111、光池112、滤光片113、热释电探测器114；所述的CF4气体红外探测装置11用于将输入的不同浓度的CF4气体转换为对应的电压信号，所述的红外光源发射器111的型号为EMIRS 200，所述的热释电探测器114的型号为PY0303，所述的差分放大器12、运算放大器13的型号为TSX562AIST，所述的模拟开关14的型号为FSA3357 SP3T的单刀三掷模拟开关，所述的单片机15的型号为STM32H723VET6。
所述的红外光源发射器111设置在光池112的外部的一端，所述的滤光片113与红外光源发射器111正对设置在光池112的内部的另一端，所述的热释电探测器114与滤光片113紧贴设置在光池112的外部的另一端，所述的光池112开设有进气口和出气口；所述的热释电探测器114的输出端与差分放大器12的反相输入端Vin连接，差分放大器12的正相输入端接恒定电压VE；所述的差分放大器12的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器13的正相输入端连接，运算放大器13的反相输入端接电阻R2的一端、电阻R2的另一端接地，运算放大器13的输出端与单片机15的A/D模数转换接口连接；所述的电阻R3、电阻R4、电阻R5的一端分别与模拟开关14的B0、B1、B2引脚连接，电阻R3、电阻R4、电阻R5的另一端均连接在运算放大器13的反相输入端；所述的模拟开关14的输出引脚A与运算放大器13的输出端连接，模拟开关14的控制端S1、S2分别与单片机15的两个I/O信号接口连接，模拟开关14的VCC端连接电源正极，模拟开关14的GND端连接电源负极。
如图2所示，所述的模拟开关14的B0、B1、B2引脚分别为三个输入通道，A引脚为输出通道，S1及S2为控制端，其中当S1端输入为0，S2端输入也为0时，模拟开关14不导通；当S1端输入为1，S2端输入为0时，模拟开关14内部B0端与A端导通，其他通道不导通；当S1端输入为0，S2端输入为1时，模拟开关14内部B1端与A端导通，其他通道不导通；当S1端输入为1，S2端输入也为1时，模拟开关14内部B2端与A端导通，其他通道不导通。
检测器的量程标定：
1)恒定电压VE以及差分信号V01的标定
向光池112内部通入纯SF6气体，红外光源发射器111发射红外光，经过滤光片113过滤之后，热释电探测器114输出电压的值的大小与恒定电压VE的值相等；
向光池112内部通入60％浓度的CF4气体(背景气为SF6气体)，红外光源发射器111发射红外光，经过滤光片113过滤之后，恒定电压VE与热释电探测器114输出电压的值之差(VE-Vin)输入差分放大器12，(VE-Vin)经过差分放大器12后输出的差分信号V01为4.5V；
向光池112内部通入2000ppm浓度的CF4气体(背景气为SF6气体)，红外光源发射器111发射红外光，经过滤光片113过滤之后，恒定电压VE与热释电探测器114输出电压的值之差(VE-Vin)输入差分放大器12，(VE-Vin)经过差分放大器12输出的差分信号V01为0.2V；
向光池112内部通入200ppm浓度的CF4气体(背景气为SF6气体)，红外光源发射器111发射红外光，经过滤光片113过滤之后，恒定电压VE与热释电探测器114输出电压的值之差(VE-Vin)输入差分放大器12，(VE-Vin)经过差分放大器12后输出的差分信号V01为0.02V。
2)检测器用于SF6/CF4混合绝缘气体中CF4浓度测量时的量程标定
向光池112中通入60％浓度的CF4气体(背景气为SF6)，稳定后，单片机15控制模拟开关14选择R3接入运算放大器13，满量程时有：
V02＝Vref＝V01×(R3+R2)/R2
取Vref为5V，电阻R2的阻值为1kΩ，此时计算可得R3阻值等于111Ω。
3)检测器用于局部放电产生的高浓度故障气体中CF4浓度测量时的量程标定
向光池112中通入2000ppm浓度的CF4气体(背景气为SF6)，稳定后，单片机15控制模拟开关14选择R4接入次级运算放大器13，满量程时有：
V02＝Vref＝V01×(R4+R2)/R2
取Vref为5V，电阻R2的阻值为1kΩ，此时计算可得R4阻值等于24kΩ。
4)检测器用于SF6新气中杂质气体CF4浓度测量时的量程标定
向光池112中通入200ppm浓度的CF4气体(背景气为SF6)，稳定后，单片机15控制模拟开关14选择R5接入次级运算放大器13，满量程时有：
V02＝Vref＝V01×(R5+R2)/R2
取Vref为5V，电阻R2的阻值为1kΩ，此时计算可得R5阻值等于249kΩ。
如图3所示，所述的检测器的工作流程如下：
(1)大量程测量模式(SF6/CF4混合绝缘气体中CF4浓度测量)
检测器的初始工作模式为小量程测量模式，即模拟开关14选择电阻R5接入运算放大器13，此时V02＝V01×(R5+R2)/R2，且光池112中通入的是SF6/CF4混合绝缘气体，其中混气中CF4的浓度大于200ppm，即V01大于0.02V，所以此时V02大于Vref，此时CF4浓度高于小量程测量模式的最大检测浓度，单片机15输出控制信号控制模拟开关14选择电阻R4接入运算放大器13，进入中量程测量模式，此时V02＝V01×(R4+R2)/R2＝Vref，且光池112中通入的是SF6/CF4混合绝缘气体，其中CF4的浓度大于2000ppm，即V01大于0.2V，所以此时V02还是大于Vref，单片机15输出控制信号控制模拟开关14选择电阻R3接入运算放大器13，进入大量程测量模式完成检测。
(2)中量程测量模式(局部放电产生的高浓度故障气体中CF4浓度测量)
检测器的初始工作模式为小量程测量模式，即模拟开关14选择电阻R5接入运算放大器13，此时V02＝V01×(R5+R2)/R2，且光池112中通入的是故障气体，故障气体中的CF4浓度大于200ppm，即V01大于0.02V，所以此时V02大于Vref，此时CF4浓度高于小量程测量模式的最大检测浓度，单片机15输出控制信号控制模拟开关14选择电阻R4接入运算放大器13，进入中量程测量模式完成检测。
(3)小量程测量模式(SF6新气中杂质气体CF4浓度测量)
检测器的初始工作模式为小量程测量模式，即模拟开关14选择电阻R5接入运算放大器13，此时V02＝V01×(R5+R2)/R2，且光池112中通入的是SF6新气，SF6新气中的CF4浓度小于200ppm，即V01小于0.02V，所以此时V02小于Vref，直接在小量程测量模式下完成检测。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，包括：CF4气体红外探测装置(11)、差分放大器(12)、运算放大器(13)、模拟开关(14)、单片机(15)，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；所述的CF4气体红外探测装置(11)的输出端与差分放大器(12)的反相输入端连接，差分放大器(12)的正相输入端接恒定电压，差分放大器(12)的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与运算放大器(13)的正相输入端连接，运算放大器(13)的反相输入端接电阻R2的一端、电阻R2的另一端接地，运算放大器(13)的输出端与单片机(15)的A/D模数转换接口连接；所述的电阻R3、电阻R4、电阻R5的一端分别与模拟开关(14)的B0、B1、B2引脚连接，电阻R3、电阻R4、电阻R5的另一端均连接在运算放大器(13)的反相输入端；所述的模拟开关(14)的输出端A引脚与运算放大器(13)的输出端连接，模拟开关(14)的控制端S1、S2引脚分别与单片机(15)的两个I/O信号接口连接。
2.根据权利要求1所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的CF4气体红外探测装置(11)包括：红外光源发射器(111)、光池(112)、滤光片(113)、热释电探测器(114)；所述的红外光源发射器(111)设置在光池(112)的外部的一端，所述的滤光片(113)设置在光池(112)的内部的另一端，与红外光源发射器(111)正对设置，所述的热释电探测器(114)与滤光片(113)紧贴设置在光池(112)的外部的另一端，所述的光池(112)开设有进气口和出气口，所述的热释电探测器(114)的输出端与差分放大器(12)的反相输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的差分放大器(12)的型号为TSX562AIST。
4.根据权利要求1所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的运算放大器(13)的型号为TSX562AIST。
5.根据权利要求1所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的模拟开关(14)的型号为FSA3357 SP3T的单刀三掷模拟开关。
6.根据权利要求1所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的单片机(15)的型号为STM32H723VET6。
7.根据权利要求2所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的红外光源发射器(111)的型号为EMIRS 200。
8.根据权利要求2所述的一种检测SF6中CF4气体浓度的检测器，其特征在于，所述的热释电探测器(114)的型号为PY0303。
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