基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器
文献发布时间：2023-06-19 16:08:01
技术领域
本发明涉及混合气体浓度比检测，属于检测领域。
背景技术
现有的SF
目前，多采用传感器原理的SF
发明内容
本发明的目的是为了解决SF
基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器，所述检测器包括气瓶、针型阀、流量计、检测器、检测单元和传感器信号检测与调理电路，
检测单元包括微流量热导传感器，
检测器中开设槽，微流量热导传感器设置在槽中，气瓶中的混合绝缘气体依次通过针型阀、流量计进入检测器的槽中，再由槽进入微流量热导传感器，
微流量热导传感器，用于检测气瓶中混合绝缘气体的导热系数，
传感器信号检测与调理电路，用于根据所述的导热系数输出相应的电压值，用所述电压值减去六氟化硫的电压值，得到混合绝缘气体中另一组分的电压值，再结合电压值与气体浓度关系，得到另一组分的浓度，从而得到混合绝缘气体中六氟化硫和另一组分的浓度比。
本发明的有益效果是：
现有的SF
本申请能够准确、快速的检测出混合绝缘气体中组分的浓度。
附图说明
图1为基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器的结构示意图；
图2为热导室温度控制电路板的电路原理图；
图3为传感器信号检测与调理电路的原理图；
图4为超温恒定电路的原理图；
图5为微流量热导传感器的结构示意图；
图6为微流量热导传感器的电路原理图；
图7为混合气体混气比检测试验平台结构图；
图8为SF
图9为SF
图10为SF
图11为SF
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器，所述检测器包括气瓶1、针型阀2、流量计3、检测器4、检测单元和传感器信号检测与调理电路，
检测单元包括微流量热导传感器5，
检测器中开设槽，微流量热导传感器5设置在槽中，气瓶1中的混合绝缘气体依次通过针型阀2、流量计3进入检测器4的槽中，再由槽进入微流量热导传感器5，
微流量热导传感器5，用于检测气瓶1中混合绝缘气体的导热系数，
传感器信号检测与调理电路，用于根据所述的导热系数输出相应的电压值，用所述电压值减去六氟化硫的电压值，得到混合绝缘气体中另一组分的电压值，再结合电压值与气体浓度关系，得到另一组分的浓度，从而得到混合绝缘气体中六氟化硫和另一组分的浓度比。
本实施方式中，微流量热导传感器在每个硅片内集成有金属薄膜热敏元件和膜加热测量电阻，热敏元件里又集成了4只电阻器R
微流量热导传感器主要利用气体扩散特性进行检测，不需要设计专用的热导检测池，当气体进入检测单元的微型气室2(体积大约为100μL)后，通过扩散作用进入气室1(体积大约为0.2μL)中，进行气体体积分数检测。当气体进入检测区后，热导传感器的热丝具有电阻随温度变化的特性，当有电流通过传感器的热丝时，热丝被加热，由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，热丝的温度下降，在这一过程中，热丝的电阻值和热丝内部电流发生变化，传感器有信号输出，输出的电信号与载气的浓度成一定的比例关系，从而进行待测组分的定量分析。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器进一步限定，在本实施方式中，混合绝缘气体的导热系数为：
不同组分具有不同的热导率，对于彼此之间无化学作用的多种组分混合绝缘气体的热导率表达为各组分热导率的加权平均值：
式中，λ为混合绝缘气体的热导率；λ
假设SF
λ＝λ
式中，λ
所述混合绝缘气体热导率为混合绝缘气体的导热系数。
本实施方式中，另一组分可能CF4、N2、CO2或Air等。因此，测得混合绝缘气体的热导率数值即可利用式
P＝I
式中，I为流过膜电阻的电流值；R
气体导热带走的热量为：
Q
式中，λ为气体的热导系数；S为膜电阻与气体的接触面积。总的能量消耗包括：气体热导带走的热量Q
传感器有良好的隔热材料，Q
式中，G为几何系数，由传感器内部几何结构决定。利用公式3和公式6可计算出组分的体积分数。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器进一步限定，在本实施方式中，所述检测器还包括热导室温度控制电路板6、加热丝和超温恒定电路，
加热丝7缠绕在检测器外部，用于对检测器4内的微流量热导传感器5进行加热；
热导室温度控制电路板6，用于控制超温恒定电路对微流量热导传感器5进行恒温加热，保证微流量热导传感器的工作温度不变。
本实施方式中，采用恒温检测方法，在检测过程中保持传感器的工作温度不变，可克服传统热导传感器在气体检测应用中检测灵敏度低、检测误差大等缺陷。实现热导气体传感器恒温检测，须在传感器的温度随气体浓度(亦即气体热导系数)变化时，改变传感器的工作电流(即采用可变电流源)，利用电流的热效应确保传感器温度不变，从而基于传感器工作电流的变化与被测气体导热系数的关系，实现气体含量检测。不管被测气体的热传导率变化，传感器的超温都能够保持恒定，不至于因为温度过高而导致测量不准确或损坏电阻膜。
数据采集系统主要用于采集SF
为了使热导传感器工作稳定，热导室需要温度恒定。在实际应用时，热导室的周围缠绕着加热丝对热导室进行加热。为了保证系统的检测精度，要求检测器的温度稳定精度达到±0.01℃，温度的设定值也应达到较高的精度。考虑到系统中温度传感器是一般的热敏电阻而传统的电桥平衡方法由于桥臂电阻特性不能完全一致，温度设定精度难以保证，所以通过12位DAC输出电压来设定温度。采用PID控制加热，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：为减小因采样与微分引起的高频干扰，引入一阶递推滤波的数字滤波，从而使调节精度更高；为减小由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，采用积分分离PID算法；为减小因人工输入及外界冲击干扰引起的振荡，加入限幅处理。设计的热导室温度控制电路见图2。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器进一步限定，在本实施方式中，所述检测器还包括温度传感器8，
温度传感器8，用于检测检测器4内微流量热导传感器5的温度，反馈给热导室温度控制电路板6。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的基于微流量热导传感器的混合绝缘气体混气比检测器进一步限定，在本实施方式中，加热丝7采用镍铬加热包线实现。
本实施方式中，混合绝缘气体试验：
搭建了混合气体混气比检测试验平台，其检测装置见图7，图7中附图标记9表示动态配气仪，附图标记10表示混气比例检测装置，附图标记11表示回收装置。以纯度不低于99.99％的SF
在检测平台上，分别检测SF
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。