主動紅外SF₆檢測、監控儀的製作方法

2023-10-05 09:30:29

專利名稱：：主動紅外SF6檢測、監控儀的製作方法
技術領域：
：本發明屬於氣體檢測設備
技術領域：
，具體涉及一種主動紅外SF6氣體洩露檢測、監控儀器。
背景技術：
：SF6介紹SF6氣體在常溫、常壓下是一種無色、無嗅、無毒和不可燃的氣體，其化學性能非常穩定，在2(TC和101325Pa時的密度為6.08g/L，約為空氣密度的5倍，SF6氣體的臨界溫度為45.6"，經壓縮而液化，通常以液態裝入鋼瓶運輸。SF6氣體的電氣絕緣性能和滅弧性能非常強。SF6的分子量是空氣的5倍，因此SF6離子在電場中的運行速度比空氣中的氮、氧等離子小得多，更容易發生複合性，氟離子使氣體帶電質點減少，大大提高氣體的絕緣水平，約為空氣的3倍。氟元素是所有元素中對電子親和合力最強的，所以SF6具有很強的電負性，對電子吸引能力極大，極易形成負離子，所以SF6氣體的滅弧性能是空氣的100倍。因此，SF6氣體在電氣設備中應用非常廣泛，是目前所發現的絕緣滅弧性能最好的物質。純淨的SF6是一種惰性氣體，設備中的放電會造成SF6氣體分解，其分解產物與結構材料是不相容的。SF6氣體在電弧作用下產生氣體的分解，絕大部分分解物為硫和氟的單原子，電弧熄滅後，大部分又可還原，僅有極少部分在重新結合的過程中與游離的金屬原子及水發生化學反應，產生金屬氟化物以及HF有毒性和腐蝕性物質。SF6又是在化學上極其穩定的一種氣體，它在大氣中的壽命約為3200年。特別是SF6具有很強的吸收紅外輻射的能力，也就說，SF6是一種有很強溫室效應的氣體，如以100年為基線，其潛在的溫室效應作用為C02的2.39萬倍。加之目前排放到大氣中的SF6氣體，正以8.7%的速率在增長。綜合SF6氣體特點，測定其洩露點的設備極為重要。目前國內外對SF6氣體洩漏的檢測均很重視，目前對SF6設備內壓力變化的檢測手段主要是利用氣體密度繼電器，一旦密度繼電器報警，說明設備發生了SF6氣體洩漏故障，但往往設備是在運行狀態，不能馬上停電；即使能夠安排停電，因目前常規使用的撿漏儀是手持設備，檢修人員必須手持檢測儀器直接接觸檢測點才能發現，現場操作很不方便。同時，目前國內所使用的檢測設備主要使用特異性吸附探頭，需要使用氬氣或其他特種氣體，存在探頭有固定壽命，存在失活的問題，在高濃度SF6空間內探頭無法正常工作。而目前的紅外雷射檢漏設備，無法定出微量洩露。常州市科能電器有限公司2007年公開的實用新型專利"六氟化硫漏點雷射成像儀"(CN2856958)該實用新型涉及電力安全檢測設備
技術領域：
，尤其是一種對電力系統系統六氟化硫斷路器、六氟化硫封閉式組合電器等高壓電氣設備的六氟化硫氣體洩漏點進行檢測的六氟化硫漏點雷射成像儀，利用六氟化硫氣體對雷射有較強的西後能力，採用紅外光譜法檢測六氟化硫氣體漏點，並通過光電信號轉換、圖象處理等步驟，將漏點位置進行成像顯示；但對於微量的洩漏無法定位，而且因紅外雷射源的壽命限制，無法進行在線長時間監測。福建師範大學2008年公開的使用新型專利"一種新型的六氟化硫氣體微量洩漏在線檢測裝置"(CN201126438)，該實用新型涉及一種氣體洩漏檢測裝置，具體是在高壓開關室內六氟化硫氣體的微量洩漏在線監測裝置。此專利存在大量劑量失活的問題。本發明技術原理是運用長壽命紅外光學系統，完成測定要求的。紅外儀是通過非接觸探測紅外能量(熱量)，並將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和信號值，並可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外儀能夠將探測到的熱量精確量化，或測量，使不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發熱的故障區域進行準確識別和嚴格分析。由於近年來的技術革新，尤其表現在探測器技術，內置可見光照相機，各種自動功能，分析軟體的發展等等，使得紅外分析解決方案比以往更為經濟有效。紅外線是波長0.781000(am的電磁波。測量高溫物體的紅外儀採用35pm波段，測量室溫和低溫物體的紅外熱象儀採用814nm波段。任何高於絕對溫度零度的物體都是紅外輻射源，當物體內部存在缺陷時，它將改變物體的熱傳導，使物體表面溫度分布發生變化，紅外檢測儀可以測量表面溫度分布變化，探測缺陷的位置。紅外檢測技術的特點探測器焦距20cm無窮遠，適用於非接觸大面積的遙測；探測器只響應紅外線，故白天、黑夜均可以工作；可作靜、動態目標溫度變化的探測。紅外檢測技術的基本原理熱流注入是均勻的，對無缺陷的物體，正面和背面的溫度場分布基本上是均勻的，如果物體內部存在缺陷，在缺陷處溫度分布將發生變化，對於隔熱性的缺陷，正面檢測方式，缺陷處因熱量堆積呈"熱點"，背面檢測時，缺陷處則是低溫點；而對於導熱性的缺陷，正面檢測時，缺陷處的溫度是低溫點，背面檢測到缺陷處的溫度是"熱點"。可見，採用紅外檢測技術，可以形象地檢測出材料表層與淺層缺陷和範圍。紅外熱象儀基本工作原理，按普朗克定律W(X，T)=d/入5[exp(C2AT-l]"(W/cm2*,)式中C,為第l輻射常數；C2為第2輻射常數。波長一定，測出紅外輻射能量W就能算出溫度值T，通過與黑體基準參量比較，儀器處理器能詳細計算出各測點實際的溫度值，且以不同顏色的溫標顯示出檢測面溫度分布的變化。氣體傳感器的工作原理紅外吸收型氣體傳感器是基於氣體的吸收光譜隨物質的不同而存在差異的原理製成的。不同氣體分子化學結構不同，對不同波長的紅外輻射的吸收程度就不同，因此，不同波長的紅外輻射依次照射到樣品物質時，某些波長的輻射能被樣品物質選擇吸收而變弱，產生紅外吸收光譜，故當知道某種物質的紅外吸收光譜時，便能從中獲得該物質在紅外區的吸收峰。同一種物質不同濃度時，在同一吸收峰位置有不同的吸收強度，吸收強度與濃度成正比關係。因此通過檢測氣體對光的波長和強度的影響，便可以確定氣體的濃度。根據比爾朗伯定律，輸出光強度、輸入光強度和氣體濃度之間的關係為formulaseeoriginaldocumentpage5式中C為待測氣體濃度；L為光和氣體的作用長度(傳感長度)。對上式進行變換得通過檢測相關數據就可以得知氣體的濃度。紅外氣體傳感器探頭結構是由紅外光源、測量氣室、可調幹涉濾光鏡、光探測器、光調製電路、放大系統等組成。紅外光源採用鎳鉻絲，其通電加熱後可發出310pm的紅外線，其中包含了SF6氣體的強吸收峰。在氣室中，氣體吸收光源發出特定波長的光，經探測器檢測則可顯示出氣體對紅外線的吸收情況。幹涉濾光鏡是可調的，調節他可改變其通過的光波波段，從而改變探測器探測到信號的強弱。紅外探測器為薄膜電容，吸收了紅外能量後，氣體溫度升高，導致室內壓力增大，電容兩極間的距離就要改變，電容值隨之改變。待檢測氣體的濃度愈大，電容值改變也就愈大。本發明為SF6氣體的監測提供了一條途徑，有效地解決了目前設備長時間、高靈敏之間的矛盾。本發明與已有技術不同點在於1、被檢測設備不停運在線定點不間斷監控六氟化硫洩漏；2、設備採用主動紅外照射技術，設備輻射；3、無探頭失活因素。
發明內容本發明的目的在於提供一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SFe氣體洩漏檢測、監測設備。本發明的目的是這樣實現的包括紅外光源發生器(1)、第一濾鏡(2)、濾光片(3)、調製器(4)第二濾鏡(5)、第一反射鏡(6)、第二反射鏡(7)、第三透鏡(8)、信號捕捉分色放大器(9)。其中由紅外光源發出的紅外光，經過第一濾鏡到達調製器濾光片，再通過第二反射鏡照射被測氣體，之後經過第二反射鏡、第三透鏡進入信號捕捉分色放大器，將微弱的SF6吸收峰檢測出來，並放大形成電信號。濾光片(3)要求為10.56//及10//的帶寬。要求A"〈0.1/z透過率〉60。/。。直徑35mm-200mm，對大厚度2mm-5mm。由於濾光片的作用，使得SF6測量的靈敏度提高，採用雙向同步輸出得出差值信號再放大，可放大到1000倍，提高靈敏度在平衡輸入端設一微節作為無SF6時零點調節，提高靈敏度；放大電路圖如圖l所示本發明具備具備檢測空間範圍可調節，其中第一反射鏡(6)和第二反射鏡(7)之間的距離可根據被檢測設備大小在5CM至200CM之間調整，同時濾光片(3)直徑根據被檢測空間大小在35mm-200mm之間調整。分發明具備被檢測設備可不停機實時自動化監控能力，使得本發明既可以作為洩露檢測設備，又可以作為高危險環境下的無人實時監控設備。對使用SF6氣體的電力高壓開關等設備提高運行安全性起到了相當的作用。圖1是放大電路圖應用實例樣機1:測試距離0.5m靈敏度lppmv1.0x1CT5atmcc/sec(或mbar升/禾少)對其它氣體沒有交叉敏感性水分不受影響，從0-100%相對溼度無中毒症狀反應〖90=1秒。主機300xl95x80毫米副機300xll0x90毫米重量主機2.5公斤副機1.5公斤樣機2:測試距離2m精度lppmv測試工作溫度範圍-30度到50度測試壓力範圍800hPa-1000hPa預熱時間小於2分鐘反應時間擴散時間小於25秒，流速小於5秒主機尺寸456x372x185mm重量3kg副機尺寸200x60xl80mm副機重量1.5kg樣機3:測試距離4m精度lppmv測試工作溫度範圍-30度到50度測試壓力範圍800hPa-1000hPa靈敏度0.001scc/sec體積(整機):540x205xl05mm重量6.5KG樣機2檢測110kV變電站戶外高壓SF6斷路器安裝的本發明報警器報顯示發生SF6氣體洩露現象，同時通過監測點設置位置判斷洩漏點在斷路器C相法蘭與瓷瓶的澆注處。經過在斷路器停運狀態下設備運行人員用手持式檢漏儀對其進行洩露檢測，確定洩漏點與本發明設備判斷位置一致。避免了誤判發生，節省了大量的判斷維修時間，為設備維護提供了有力依據，由此可見主動紅外SF6檢漏報警技術對高危險洩漏點檢測技術更為先進、全面，檢測結果更為準確。試用樣機檢測洩漏試驗結果tableseeoriginaldocumentpage9權利要求1、一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，包括紅外光源發生器(1)、第一濾鏡(2)、濾光片(3)、調製器(4)第二濾鏡(5)、第一反射鏡(6)、第二反射鏡(7)、第三透鏡(8)、信號捕捉分色放大器(9)。2、如權利要求1所述的一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，其特徵是濾光片(3)為10.56^及10;/的帶寬。要求A"〈0.1p透過率〉60。/。。3、如權利要求1所述其特徵是自帶紅外光源發生器(1)。4、如權利要求1所述的一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，其特徵是一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，其特徵是第一反射鏡(2)和第二反射鏡(7)之間作為檢測空間，距離可以根據實際使用需要進行調整。5、如權利要求1所述的一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，其特徵是可製作成手持式，方便靈活測定。6、如權利要求1所述的一種應用於使用SF6氣體的電力及其他行業設備的SF6氣體洩漏檢測、監測設備，其特徵是可製作成在線監視模式，利於實時監控。全文摘要本發明公開了一種主動紅外SF6氣體洩露檢測儀器，包括紅外光源發生器(1)、第一濾鏡(2)、濾光片(3)、調製器(4)第二濾鏡(5)、第一反射鏡(6)、第二反射鏡(7)、第三透鏡(8)、信號捕捉分色放大器(9)。其特徵是光源發生器(1)中光源經過內部折射，形成準直光源，通過第一濾鏡(2)折射進入調製器(4)濾光片(3)，經過濾光片降噪後的光線經過反射鏡通過待檢測空間，再經第二反射鏡(7)及第三濾鏡(8)進入信號捕捉分色放大器(9)形成信號；濾光片(3)為10.56μ及10μ的帶寬。要求Δn＜0.1μ透過率＞60％；本發明第一反射鏡(6)和第二反射鏡(7)之間的空間作為檢測空間，可以根據實際需要進行調整，在特種設備中，可以作為在線實時檢測設備，可以做到被監測設備不停運，不間斷監控。文檔編號G01N21/31GK101634628SQ200910157300公開日2010年1月27日申請日期2009年7月7日優先權日2009年7月7日發明者模劉,珺彭,朱春才,李運德,濤楊,敏熊申請人:濤楊