DE3512284A1 - Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen der dichte eines gasfoermigen mediums in einem geschlossenen raum - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum ueberwachen der dichte eines gasfoermigen mediums in einem geschlossenen raumInfo
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Description
- VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM UEBERWACHEN DER DICHTE
- EINES GASFOERMIGEN MEDIUMS IN EINEM GESCHLOSSENEN RAUM Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ueberwachen der Dichte eines gasförmigen Mediums in einem geschlossenen Raum, insbesondere eines Isoliergases in gekapselten, druckgas isolierten Schaltanlayen und -geräten.
- Zur Ueberwachung der Dichte des Isoliergases (in der Regel SF6-Gas) bei gekapselten, druckgasisolierten Schaltanlagen ist es bekannt, den Druck des Isoliergases zu überwachen. Da sich jedoch dieser Druck bei gleichbleibender Gasdichte mit der Temperatur ändert, ist eine Temperaturkompensation erforderlich, um aus Druckänderungen auf Dichteänderungen schliessen zu können.
- Es ist bekannt, diese Temperaturabhängigkeit des gemessenen Gasdruckes mittels mechanischer Mittel zu kompensieren, wie das beispielsweise in der DE-OS 27 03 421 und der CH-PS 633 886 beschrieben ist. Die entsprechenden Einrichtungen sind jedoch von verhältnismässig aufwendiger Konstruktion und weisen Bauteile auf, die einer Abnützung unterworfen sind.
- Daneben ist eine Einrichtung zur Dichternessung eines Gases bekannt, be. der für die Druckmessung zwei Widcrstandselemente mit druckabhängigem Widerstand vorgesehen sind, von denen jedes in einen Zweig einer Brückenschaltung geschaltet ist (DE-OS 27 36 946). Die Temperaturkompensation der Druckmessung erfolgt durch Speisung dieser Brückenschaltung mit einem Spei.sestrom, dessen Wert mittels elektrischer Schaltmittel in Abhängigkeit der Gas temperatur geändert wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist für die Temperaturkompensation ein gewisser schaltungstechnischer Mehraufwand erforderlich.
- Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die auf möglichst einfache Weise und ohne Benutzung von Verschleissunterworfenen Teilen eine zuverlässige Ueberwachung der Dichte von gasförmigen Medien erlaubt.
- Diese Aufgabe wird .erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 4 gelöst.
- Die vorliegende Erfindung geht vom bisher beschrittenen Weg zur Dichteüberwachung von gasförmigen Medien ab und zieht anstelle von temperaturkompensierten Druckänderungswerten Aenderungen im Absorptionsvermögen des gasförmigen Mediums für durchtretende Strahlung bestimmter Wellenlänge durch dieses gasförmige Medium als Kenngrösse für Dichteänderungen heran. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist einfach im Aufbau und benötigt keine mechanisch belasteten oder bewegten Teilc.
- Vorzugswei.se wird die Strahlungsintensität am Anfang und am Ende einer Messstrecke gemessen und es werden Aenderungen im Verhältnis der am Anfang der Messstrecke gemessenen Strah ungsint nsiL-ät zur am Ende der Mess-Strecke gemessenen Strahlungsintensität ermittelt. Da es bei dieser.Ausführungsform nicht erforderlich ist, dass die Strahlungsquelle eine Strahlung genau gleichbleibender Intensität erzeugt, kann eine ungeregelte, kostengünstige Strahlungsquelle verwendet werden.
- Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigt rein schematisch: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ueberwachung der Dichte des Isoliergases in einer gekapselten, druckgasisolierten Schaltanlage, und Fig. 2. einen Ausschnitt des Absorptionsspektrums von Schwefelhexafluoridgas (SF6) im infraroten Strahlungsbereich für 2 verschiedene Gasdichten.
- In der Fig. 1 ist mit 1 eine Strahlungsquelle bezeichnet, die eine Strahlung einer ganz bestimmten Wellenlänge erzeugt. Es wird später noch erläutert werden, nach welchen Kriterien diese Wellenlänge festgelegt wird. Die Strahlungsquelle l besteht aus einem schwarzen Strahler 2, vorzugsweise einem Hohlraumstrahler, dem ein Filter 3 vorgeschaltet ist, der vorzugsweise ein Monochromatfilter ist. Hinter der Strahlungsquelle 1 sind zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Strahlungsempfänger 4, 5 angeordnet, die von bekannter Bauart sind und beispielsweise fotoelektrische Empfänger sein können. Die beiden Strahlenempfänger 4, 5 haben gleiche Apertur, d.h. sehen die Strahlungsquelle 1 unter demselben Raumwinkel. Dieses Erfordernis yleicher Apertur der Strah]ungsernpfär1ger 4, 5 kann beispielsweise durch Voyschalten von Schlitz- oder Lochblenden erfüllt werden. Die Strahlungsempfänger 4, 5 sind ausgangsseitig mit einer Auswerteschaltung 6 verbunden.
- Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Strahlungsquelle 1 und die Strahlungsempfänger 4, 5 im Innern einer Kapselung 7 untergebracht, deren Innenraum 8 mit einer nicht näher dargestellten gekapselten, druckgasisolierten Schaltanlage in Verbindung steht. Der Innenraum 8 der Kapselung 7 ist somit mit dem unter Druck stehenden Isoliergas der Schaltanlage, z.B. mit Schwefelhexafluorid (SF6), gefühl. Die der Strahlungsquelle 1 zugekehrten strahlene:n-pfangenden Seiten 9 bzw. 10 der Strahlungsempfänger 4, 5 legen den Anfang A und das Ende E einer Messstrecke 11 fest, deren Länge D konstant bleibt.
- Die Funktionsweise der in Fig. 1 nur schematisch dargestellten Vorrichtung ist wie folgt: Die Strahlungsempfänger 4, 5 messen die Intensität 1 0 bzw. I der empfangenen, von der Strahlungsquelle 1 ausgesendeten Strahlung. Infolge der Absorption dieser ausgesendeten Strahlung während deren Durchlaufens durch das Isoliergas der Messstrecke 11 im Innenraum 8 ist die Strahlungsintensität I am Ende E der Messstrecke 11 geringer als die Strahlungsintensität 1 am 0 Anfang A der Messstrecke 11. Für die Beziehung zwischen diesen Strahlungsintensitäten 10 und I gilt das Lamsert- Beersche Gesetz: I = Io . e wobei α (cm-1) der Absorptionskoeffizient des Isoliergases im Innenraum 8 und D (cm) die Länge der Messstrecke 11, d.h. die Lange der von der Strahlung durchlaufenen Strecke bedeutet. Die obige Formel lässt sich wie folgt umformen: ln o/I = Da D bekannt und konstant ist, lässt sich durch Messung der Intensitäten 1 und I der AbsorptionskoeffizientoCg 0 bestimmen, der unabhängig von der Temperatur des Isoliergases proportional zur Dichte dieses Isoliergases ist.
- Der Auswerteschaltung 6 werden von den Strahlungsempfängern 4, 5 Ausgangssignale zugeleitet, die proportional zu den gemessenen Strahlungsintensitäten 10 und I sind. Die Auswerteschaltung 6 stellt nun auf nicht näher erläuterte Weise, jedoch ähnlich wie bei Spektrometern bekannt, aufgrund der erhaltenen Signale fest, ob sich das Verhältnis von 1 zu I, d.h. der Quotient 0 1 / I und damit der Absorptionskoeffizient dC ändert 0 oder nicht. Aus festgestellten Aenderungen des erwähnten Quotienten 1 / I bzw. des Absorptionskoeffizienten 0 oClässt sich dann herleiten, dass sich unabhängig von allfälligen Temperaturänderungen die Dichte des Isoliergases im Innenraum 8 und damit auch im Innern der Schaltanlage geändert hat. Bei der Festlegung der Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 1 ausgesendeten Strahlung ist nun darauf zu achten, dass Dichteänderungen auch genügend grosse Aenderungen des Absorptionskoeffiz jenten s< bewirken, damit letztere auch gemessen werden können. Man hat also eine Wellen-- länge zu wählen, die der Wellenlänge im Bereich einer Resonanzstelle des Absorptionsspektrums des Isoliergases entspricht. Bei der Auswahl geeigneter Resonanzstellen ist weiter zu beachten, dass an diesen Stellen möglichst keine Fremdeinflüsse (Fremdstoffresonanzen, Ueberlagerungen) vorhanden sind. An Hand der Fig. 2, welche einen Ausschnitt des Absorptionsspektrums von Schwefelhexafluoridgas im Infrarotbereich, d.h. die Durchlässigkeit X für Infrarotstrahlung in Ahhängigkeit von der Wellenlänge A dieser Strahlung zeigt, werden nun Kriterien zum Festlegen der geeigneten Wellenlänge der durch das Isoliergas hindurchzuschi.ckenden Strahlung erläutert.
- Wie Fig. 2 zeigt, sind im Wellenlängenbereich von ca. 5 bis etwa l0-l0 6 m verschiedene Resonanzstellen anzutreffen, von denen sich aus den vorstehend dargelegten Griinden nicht alle gleich gut ausnützen lassen.
- Kann das Vorhandensein von Feuchtigkeit ausgeschlossen werden, so lassen sich bei einer Wellenlänge von ca.
- -6 6,3'10 m (Resonanzstelle R1) Aenderungen im Absorptionsvermögen des SF6-Gases und damit Aenderungen der Gasdichte recht gut feststellen und auswerten. Dabei ist bei einen Gasdruck im Innern 8 der Kapselung 7 von etwa 5 bar die Länge D der Messstrecke 11 etwa 0,2 -0,5 cm zu wählen.
- An sich wären jedoch längere Messstrecken 11 wünschenswert. Bei einer ellenlan von ca. 7,2 ' 10 G m (Resonanzstelle R3) und einem Gasdruck in der Kapselung 7 von bis zu 5 Dar kann die Länge D der blessstrecke 11 2-5 cm betragen. Als nachteilig erweist sich jedoch, dass an dieser Resonanzstelle R3 die Absorptionskurve eine sich über eine breitere Basis erhebende Spitze aufweist.
- An der Resonanzstelle R2 (Wellenlänge ca. 6,9 10 m) weist die Absorptionskurve eine isolierte Resonanzspitze weitgehend ungestörter Form auf. Doch ist das Absorptionsvermögen bei dieser Wellenlänge eher schwach. Dies bedeutet, dass die Länge D der Messstrecke 11 verhältnismässig gross gewählt werden muss, z.B. l0 - 20 cm bei einem Isoliergasdruck von 5 bar, um eine genügend grosse Messempfindlichkeit zu erzielen.
- Wie aus den vorangehenden Erläuterungen ersichtlich isti müssen somit für das Festlegen der Wellenlänge verschiedene Faktoren gegeneinander abgewogen werden.
- Dies trifft auch dann zu, wenn das Gas, dessen Dichte auf die beschriebene Weise überwacht werden soll, nicht Schwefelhexafluoridgas sondern ein anderes Gas oder Gasgemisch ist.
- Im folgenden wird noch auf einige der verschiedenen möglichen Varianten in der Ausbildung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung eingegangen. Anstelle eines schwarzen Strahlers 2 kann beispielsweise als Strahlungserzeuyer auch ein vorzugsweise gewendelter Glühdraht, d.h. ein strahler, eingesetzt erden.
- Wird eine Stahlungse1le 1 verwendet, die eine Strahlung mit konstantbleibender Intensität ausstrahlt, so kann der vordere Strahlungsempfänger 4 entfallen. Die Messstrecke wird dann durch die S,rahlungsquelle 1 und den Strahlungsempfänger 5 gebildet, d.h. der Anfang A der Messstrecke 11. liegt dann am Ausgang der Strahlungsquelle 1. Da bei einer solchen Ausführungsform sich die Intensität I der Strahlung arn Anfang der 0 Messstrecke 11 nicht ändert und bekannt ist, kann aus festgestellten Aenderungen der Strahlungsintensität I am Ende E der Messstrecke 11 direkt auf Aenderungen des Absorptionskoeffizienten OC und somit auf Aenderungen der Gasdichte geschlossen werden. Demgegenüber hat diese Ausführungsform den Nachteil, dass eine Regelung der Strahlungsquelle 1 erforderlich ist, um eine gleichbleibende Intensität der ausgesendeten Strahlung sicherzustellen. Da es bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nicht erforderlich ist, dass die Strahlungsquelle 1 eine Strahlung konstanter Intensität aussendet, kann eine Regelung der Strahlungsquelle 1 entfallen, was den Einsatz einer kostengünstigeren Strahlungsquelle 1 ermöglicht.
- Wie bereits erwähnt lässt sich auf die beschriebene Weise die Dichte verschiedenartiger Gase und Gasgemische überwachen.
- Leerseite -
Claims (9)
- , PATENTANSPRUECHE 1. Verfahren zum Ueberwachen der Dichte eines gasförmigen Mediums in einem geschlossenen Raum, insbesondere eines Isoliergases in gekapselten, druckgasisolierten Schaltanlagen und -geräten, dadurch gekennzeichnet, dass durch das gasförmige Medium eine Strahlung mit einer Wellenlänge ( ), die der Wellenlänge im Bereich einer Resonanzstelle (R1, R2, R3) des Absorptionsspektrums des gasförmigen Mediums entspricht, hindurchgeschickt wird und Aenderungen in der Abnahme der Intensität dieser Strahlung bei deren Durchlaufen einer gegebenen Strecke (11) im gasförmigen Medium ermittelt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsintensität (Io, I) am Anfang (A) und am Ende (E) einer Messstrecke (11) gemessen wird und Aenderungen im Verhältnis der am Anfang (A) der Messstrecke (11) gemessenen Strahlungsintensität (Io) zur am Ende (E) der Alessstrecke (11) gemessenen Strahlungsintensität (I) ermittelt werden.
- 3. . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ueberwachung der Dichte eines im wesentlichen aus Schwefelhexafluorid bestehenden Isoliergases durch dieses eine Infrarotstrahlung geschickt wird.
- 4. Vorrichtunq zur Durchführung des Verfährens nach einem der Ansprüche L - 3, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (1), die eine das gasförmige Medium zu durchlaufen bestimmte Strahlung mit einer Wellenlänge ), die der Wellenlänge im Bereich einer Resonanzstelle (R1 R2, R3) des Absorptionsspektrums des gasförmigen Mediums entspricht, erzeugt, wenigstens einen in einem Abstand von der Strahlungsquelle (1) angeordneten Strahlungsempfänger (5) zum Messen der Intensität (I) der Strahlung nach deren Durchlaufen einer gegebenen Strecke (11) im gasförmigen Medium und eine mit dem Strahlungsempfänger (5) verbundene Auswerteanordnung (6) zum Ermitteln von Aenderungen in der Abnahme der Intensität der Strahlung bei deren Durchlaufen der gegebenen Strecke (11).
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zweiten, ebenfalls an die Auswerteanordnung (5) angeschlossenen Strahlungsempfänger (4), der zwischen der Strahlungsquelle (1) und dem ersten Strahlungsempfänger (6) angeordnet ist, die gleiche Apertur aufweist wie der erste Strahlungsempfänger (5) und die Strahlungsintensität (Io) am Anfang (A) einer Alessstrecke (11) misst, wobei die Auswerteanordnung (6) aufgrund der von den beiden Strahlungsempfängern (4, 5) erzeugen Ausgangssignale Aenderungen im Verhältnis der durch den zweiten Strahlungsempfänger (4) gemessenen Strahlungsintensität (Io) zur durch den ersten Strah-Lungsempfänger (5) geessenen Strahlungsintensität (I) ermittelt.
- 6. Vorrichtung nach Anspr-uch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) aus einem Strahlunjserzeucr(r (2) und einem diesem vorgeschalieten Filter (3) , insbesondere einen Monochromatfilter be- steht.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungserzeuger ein schwarzer Strahler (2), insbesondere ein Hohlraumstrahler, ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungserzeuger durch ein vorzugsweise gewendeltes Glühdrahtelement gebildet ist.
- 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 8, gekennzeichnet durch eine Infrarotstrahlung erzeugende Strahlungsquelle (1).
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