CN107101906A - 混合气体组分比例测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合气体组分比例测定装置及方法，所述混合气体组分比例测定装置包括气缸、设于所述气缸内的活塞、用于驱动所述活塞运动的驱动机构、气管、温控机构、压力传感器以及温度传感器，所述气缸与所述活塞形成可变容积的测量气室，所述气管的一端伸入所述气缸内与所述测量气室连通，所述气管上设有阀门，所述温控机构用于调控所述测量气室内的温度，所述压力传感器用于检测所述测量气室内的压力，所述温度传感器用于检测所述测量气室内的温度。所述混合气体组分比例测定装置及方法，能够方便地得到电气设备中两种不同气体的组分比例，为补充绝缘气体时提供参考数据，组分比例测定准确。

Description

混合气体组分比例测定装置及方法

技术领域

本发明涉及高电压绝缘技术领域，尤其涉及一种混合气体组分比例测定装置及方法。

背景技术

传统的，气体绝缘电气设备通常使用SF6(六氟化硫)作为绝缘介质，但随着环境保护的要求越来越高，SF6作为强温室效应气体，其应用受到了限制。取而代之的是将两种不同气体按照一定含量比例组成混合绝缘气体来作为气体绝缘电气设备的绝缘介质。由于不同气体的特性不同，随着运行年限的增加，不同气体组分泄露的比例会出现差别。在向气体绝缘电气设备内补充绝缘气体前，需要确定设备内现有的混合气体中两种不同气体的组成比例。传统针对设备内混合气体的组成比例研究较少，没有能够较好地测定电气设备中两种不同气体的组分比例的装置，无法为补充气体提供数据依据。

发明内容

基于此，有必要提供一种混合气体组分比例测定装置及方法，该混合气体组分比例测定装置及方法能够对电气设备中两种不同气体的组分比例进行测定，进而能够为补充气体提供数据依据。

其技术方案如下：

一种混合气体组分比例测定装置，包括气缸、设于所述气缸内的活塞、用于驱动所述活塞运动的驱动机构、气管、温控机构、压力传感器以及温度传感器，所述气缸与所述活塞形成可变容积的测量气室，所述气管的一端伸入所述气缸内与所述测量气室连通，所述气管上设有阀门，所述温控机构用于调控所述测量气室内的温度，所述压力传感器用于检测所述测量气室内的压力，所述温度传感器用于检测所述测量气室内的温度。

在其中一个实施例中，所述温控机构包括调温控制器以及与所述调温控制器电性连接的调温件，所述调温件设置在所述气缸上。

在其中一个实施例中，所述调温件为调温片，所述调温片的形状与所述气缸的外壁匹配，所述调温片贴合设置在所述气缸的外壁上。

在其中一个实施例中，所述调温件为半导体制冷片。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括蜗杆、蜗轮以及驱动电机，所述蜗杆的一端伸入所述气缸内并与所述活塞连接，所述驱动电机与所述蜗轮驱动连接，所述蜗轮与所述蜗杆驱动连接。

在其中一个实施例中，所述活塞与所述气缸之间设有密封圈。

在其中一个实施例中，所述混合气体组分比例测定装置还包括控制***，所述控制***与所述驱动机构、温控机构、压力传感器和温度传感器电性连接。

一种混合气体组分比例测定方法，采用如上所述的混合气体组分比例测定装置，包括以下步骤：

S1：配制与待测两组份混合气体的气体组成成分相同且具有不同的组分比例的n份标准两组分混合气体，其中，n为正整数，n≥2；

S2：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量n份标准两组分混合气体在预设初始压力和预设初始温度条件下进行预设温控程序后的压力-温度变化，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}；

S3：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量待测两组份混合气体在相同初始压力和相同初始温度条件下进行温控程序后的压力-温度变化，得到压力-温度测量曲线B；

S4：对比压力-温度测量曲线B和标准曲线簇{A}，获取标准曲线簇{A}中与所述压力-温度测量曲线B接近的一条压力-温度标准测量曲线A_i，则该压力-温度标准测量曲线A_i所对应的两种不同气体的组分比例为该待测两组份混合气体的组分比例，其中，i为正整数，2≤i≤n。

在其中一个实施例中，所述步骤S1的具体步骤为：

根据两组分混合绝缘气体的应用需求设置目标配气比例，在该目标配气比例的预设范围内选取n个不同的组分比例，配制具有不同组分比例的n份标准两组分混合气体。

在其中一个实施例中，所述步骤S2的具体步骤为：

S21：打开阀门，驱动机构控制活塞运动通过气管排出气缸内的所有气体，驱动机构控制活塞运动通过气管吸入定量的其中一份标准两组分混合气体，关闭阀门；

S22：驱动机构控制活塞运动调节测量气室的容积，温控机构调控测量气室内的温度，使测量气室中的第1份标准两组分混合气体达到预设初始压力和预设初始温度；

S23：按照预设温控程序，温控机构逐步对测量气室内的温度进行调节，同时记录测量气室内的气压变化及温度变化，获得一条压力-温度标准测量曲线；

S24：重复步骤S21～S23，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}。

本发明的有益效果在于：

所述混合气体组分比例测定装置，对电气设备中两种不同气体的组分比例进行测定时，获取待测两组份混合气体，配置与待测两组份混合气体的气体组成成分相同且具有不同组分比例的n份标准两组分混合气体，将待测两组份混合气体、n份标准两组分混合气体分别通入测量气室内进行测试，通过该测定装置能够获得待测两组份混合气体的压力-温度变化曲线B及n份标准两组分混合气体对应的n条标准测量曲线A₁～A_n，然后将压力-温度测量曲线B和n条标准测量曲线A₁～A_n进行对照，获取与压力-温度测量曲线B最接近的一条压力-温度标准测量曲线A_i，则该压力-温度标准测量曲线A_i所对应的两种不同气体的组分比例即为该待测两组份混合气体的组分比例。所述混合气体组分比例测定装置，能够方便地得到电气设备中两种不同气体的组分比例，能应用于使用两组分混合绝缘气体的气体绝缘电气设备中，为其补充绝缘气体时提供参考数据，并且，压力-温度变化曲线B及n份标准两组分混合气体的n条标准测量曲线A₁～A_n均通过同一装置测定获取，能够很大程度上避免仪器误差引起的测量偏差，组分比例测定准确。

所述混合气体组分比例测定方法，采用上述的混合气体组分比例测定装置对待测两组份混合气体的组分比例进行测定，方法简单，组分比例测定准确。

附图说明

图1为本发明实施例所述的混合气体组分比例测定装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的混合气体组分比例测定方法的流程示意图。

附图标记说明：

100、气缸，110、测量气室，200、活塞，300、驱动机构，310、蜗杆，320、蜗轮，330、驱动电机，400、气管，500、温控机构，510、调温控制器，520、调温件，600、压力传感器，700、温度传感器，800、阀门，900、控制***。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象，但这些对象不受这些术语限制。

如图1所示，一种混合气体组分比例测定装置，包括气缸100、设于所述气缸100内的活塞200、用于驱动所述活塞200运动的驱动机构300、气管400、温控机构500、压力传感器600以及温度传感器700。所述气缸100与所述活塞200形成可变容积的测量气室110。所述气管400的一端伸入所述气缸100内与所述测量气室110连通，所述气管400上设有阀门800。所述温控机构500用于调控所述测量气室110内的温度。所述压力传感器600用于检测所述测量气室110内的压力。所述温度传感器700用于检测所述测量气室110内的温度。

所述混合气体组分比例测定装置，对电气设备中两种不同气体的组分比例进行测定时，获取待测两组份混合气体，配置与待测两组份混合气体的气体组成成分相同且具有不同组分比例的n份标准两组分混合气体，将待测两组份混合气体、n份标准两组分混合气体分别通入测量气室110内进行测试，通过该测定装置能够获得待测两组份混合气体的压力-温度变化曲线B及n份标准两组分混合气体对应的n条标准测量曲线A₁～A_n，然后将压力-温度测量曲线B和n条标准测量曲线A₁～A_n进行对照，获取与压力-温度测量曲线B最接近的一条压力-温度标准测量曲线A_i，则该压力-温度标准测量曲线A_i所对应的两种不同气体的组分比例即为该待测两组份混合气体的组分比例。所述混合气体组分比例测定装置，能够方便地得到电气设备中两种不同气体的组分比例，能应用于使用两组分混合绝缘气体的气体绝缘电气设备中，为其补充绝缘气体时提供参考数据，并且，压力-温度变化曲线B及n份标准两组分混合气体的n条标准测量曲线A₁～A_n均通过同一装置测定获取，能够很大程度上避免仪器误差引起的测量偏差，组分比例测定准确。本实施例所述的混合气体组分比例测定装置尤其适用于对气体绝缘电气设备中两种气体按照一定比例组成的混合绝缘气体的比例组分测定，能够为补充绝缘气体提供数据依据，再配合另外的补气装置，可以实现混合绝缘气体补气的自动化。

本实施例所述的混合气体组分比例测定装置，气缸100内部能够形成测量气室110，通过驱动机构300控制活塞200在气缸100内部运动，能够使得测量气室110的容积发生变化，进而能够改变测量气室110内的压力，压力传感器600能够检测测量气室110内的压力，温度传感器700能够检测测量气室110内的温度。所述混合气体组分比例测定装置对两种不同气体的组分比例进行测定时的工作原理为：打开阀门800，通过驱动机构300控制活塞200运动使得气缸100内的所有气体通过气管400排出；通过驱动机构300控制活塞200运动，使得气缸100内通过气管400吸入一定量的待测试气体，关闭阀门800，其中，待测试气体为待测两组份混合气体、n份标准两组分混合气体中的其中一种；通过驱动机构300控制活塞200运动调节测量气室110的容积，温控机构500调控测量气室110内的温度，使测量气室110中的待测试气体达到预设初始压力和预设初始温度，在测试前使得待测试气体处于等体积条件下；按照预设温控程序，通过温控机构500逐步对测量气室110内的温度进行调节，记录测量气室110内的气压变化及温度变化，获得待测试气体随温度变化发生的压力变化曲线，即获得一条压力-温度曲线；依次重复上述步骤，即可得到压力-温度变化曲线B及n份标准两组分混合气体的n条标准测量曲线A₁～A_n。

进一步地，所述温控机构500包括调温控制器510以及与所述调温控制器510电性连接的调温件520，所述调温件520设置在所述气缸100上。调温件520设置在气缸100上能够对气缸100温度进行调节，进而调节测量气室110内的温度，调温控制器510能够控制调温件520按照预设温控程序对气缸100进行作用。本实施例中，所述调温件520为调温片，所述调温片的形状与所述气缸100的外壁匹配，所述调温片贴合设置在所述气缸100的外壁上。进而，调温片能够与所述气缸100表面紧密接触，调温片进行温度调节时，温度能够直接作用于气缸100，调温效果好。

具体地，所述调温件520可以为电加热片、制冷片等结构。本实施例中，所述调温件520为半导体制冷片。通过将调温件520采用半导体制冷片，一方面，半导体制冷片无运动部件，可靠性较高；另一方面，半导体制冷片能够与调温控制器510组成降温***，在实际组分含量测定过程中，可预设降温程序，该降温***能够安照设定好的降温程序逐步降低测量气室110温度，进而可模拟气体从气态到液态的相变过程，在冷凝过程中实现测定，相比于将温度逐步升高、逐步升高再降低或逐步降低再升高的预设温控程序，操作更加简单方便，测定更加准确。可选地，所述半导体制冷片为至少两片，至少两片半导体制冷片均匀间隔设置在所述气缸100的外壁上，制冷效果好。

本实施例中，所述驱动机构300包括蜗杆310、蜗轮320以及驱动电机330，所述蜗杆310的一端伸入所述气缸100内并与所述活塞200连接，所述驱动电机330与所述蜗轮320驱动连接，所述蜗轮320与所述蜗杆310驱动连接。采用蜗轮蜗杆传动的方式对活塞200进行驱动，使得活塞200能够运动改变测量气室110的容积，结构简单，驱动可靠。

本实施例中，所述活塞200与所述气缸100之间设有密封圈。进而，活塞200与气缸100之间密封连接，能够保证测量气室110内气体保持在一定压力范围内，提高测定的准确性。可选地，所述密封圈为O型圈，密封效果好，成本低。本实施例中，所述压力传感器600及/或所述温度传感器700设置在所述气缸100的内壁上，能够直接准确测试所述测量气室110内的压力及/或温度的变化，测试精度高。

进一步地，所述混合气体组分比例测定装置还包括控制***900，所述控制***900与所述驱动机构300、温控机构500、压力传感器600和温度传感器700电性连接。控制***900能够控制驱动机构300运动，控制温控机构500控制测量气室110内的温度，进而实现对测量气室110内压力与温度的调节，并且，还能够采集测试过程中压力传感器600与温度传感器700所检测的数据，进而用于分析计算确定待测两组分混合气体的组分含量比例。可选地，所述控制***900为计算机，操作方便。进一步地，所述控制***900与温控机构500的调温控制器510电性连接，控制***900通过控制调温控制器510，进而控制调温件520对气缸100进行调温。控制***900与驱动机构300的驱动电机330电性连接。

如图1、图2所示，一种混合气体组分比例测定方法，采用如上所述的混合气体组分比例测定装置，包括以下步骤：

S1：配制与待测两组份混合气体的气体组成成分相同且具有不同的组分比例的n份标准两组分混合气体，其中，n为正整数，n≥2；

S2：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量n份标准两组分混合气体在预设初始压力和预设初始温度条件下进行预设温控程序后的压力-温度变化，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}；

S3：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量待测两组份混合气体在相同初始压力和相同初始温度条件下进行温控程序后的压力-温度变化，得到压力-温度测量曲线B；

S4：对比压力-温度测量曲线B和标准曲线簇{A}，获取标准曲线簇{A}中与所述压力-温度测量曲线B接近的一条压力-温度标准测量曲线A_i，则该压力-温度标准测量曲线A_i所对应的两种不同气体的组分比例为该待测两组份混合气体的组分比例，其中，i为正整数，2≤i≤n。

具体地，实际操作时，可以按S1、S2、S3、S4的步骤依次执行，也可以按S3、S1、S2、S4的步骤依次执行。所述混合气体组分比例测定方法，采用上述的混合气体组分比例测定装置对待测两组份混合气体的组分比例进行测定，方法简单，组分比例测定准确。此外，在得到标准曲线簇{A}后，当后续还需要对其他待测两组份混合气体进行组分测定时，若该其他待测两组份混合气体的两种气体组成成分与标准两组分混合气体的两种气体组成成分相同，则可无需进行步骤S1和S2，直接进行步骤S3，获取该其他待测两组份混合气体的压力-温度测量曲线B′，然后与标准曲线簇{A}对照即可，采用本实施例的混合气体组分比例测定装置进行测定时只用进行一次，操作方便。

进一步地，所述步骤S1的具体步骤为：根据两组分混合绝缘气体的应用需求设置目标配气比例，在该目标配气比例的预设范围内选取n个不同的组分比例，配制具有不同组分比例的n份标准两组分混合气体。通过以两组分混合绝缘气体的应用需求为目标配气比例，并在目标配气比例的附近一定范围内选取n个不同的组分比例，实际针对性更强，能够针对气体绝缘电气设备中的两组分混合绝缘气体进行比例测定，得到的标准曲线簇{A}能够更加接近于压力-温度测量曲线B，可进一步提高组分比例测定的精度。

进一步地，所述步骤S2的具体步骤为：

S21：打开阀门800，驱动机构300控制活塞200运动通过气管400排出气缸100内的所有气体，驱动机构300控制活塞200运动通过气管400吸入定量的其中一份标准两组分混合气体，关闭阀门800；

S22：驱动机构300控制活塞200运动调节测量气室110的容积，温控机构500调控测量气室110内的温度，使测量气室110中的第1份标准两组分混合气体达到预设初始压力和预设初始温度；

S23：按照预设温控程序，温控机构500逐步对测量气室110内的温度进行调节，同时记录测量气室110内的气压变化及温度变化，获得一条压力-温度标准测量曲线；

S24：重复步骤S21～S23，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}。

采用上述步骤，即可得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，操作简单方便。本实施例中，在步骤S3中，获取压力-温度测量曲线B的具体步骤可参照上述步骤S21～S24，此处不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混合气体组分比例测定装置，其特征在于，包括气缸、设于所述气缸内的活塞、用于驱动所述活塞运动的驱动机构、气管、温控机构、压力传感器以及温度传感器，所述气缸与所述活塞形成可变容积的测量气室，所述气管的一端伸入所述气缸内与所述测量气室连通，所述气管上设有阀门，所述温控机构用于调控所述测量气室内的温度，所述压力传感器用于检测所述测量气室内的压力，所述温度传感器用于检测所述测量气室内的温度。

2.根据权利要求1所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，所述温控机构包括调温控制器以及与所述调温控制器电性连接的调温件，所述调温件设置在所述气缸上。

3.根据权利要求2所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，所述调温件为调温片，所述调温片的形状与所述气缸的外壁匹配，所述调温片贴合设置在所述气缸的外壁上。

4.根据权利要求3所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，所述调温件为半导体制冷片。

5.根据权利要求1所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，所述驱动机构包括蜗杆、蜗轮以及驱动电机，所述蜗杆的一端伸入所述气缸内并与所述活塞连接，所述驱动电机与所述蜗轮驱动连接，所述蜗轮与所述蜗杆驱动连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，所述活塞与所述气缸之间设有密封圈。

7.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体组分比例测定装置，其特征在于，还包括控制***，所述控制***与所述驱动机构、温控机构、压力传感器和温度传感器电性连接。

8.一种混合气体组分比例测定方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的混合气体组分比例测定装置，包括以下步骤：

S1：配制与待测两组份混合气体的气体组成成分相同且具有不同的组分比例的n份标准两组分混合气体，其中，n为正整数，n≥2；

S2：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量n份标准两组分混合气体在预设初始压力和预设初始温度条件下进行预设温控程序后的压力-温度变化，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}；

S3：采用所述混合气体组分比例测定装置，测量待测两组份混合气体在相同初始压力和相同初始温度条件下进行温控程序后的压力-温度变化，得到压力-温度测量曲线B；

S4：对比压力-温度测量曲线B和标准曲线簇{A}，获取标准曲线簇{A}中与所述压力-温度测量曲线B接近的一条压力-温度标准测量曲线A_i，则该压力-温度标准测量曲线A_i所对应的两种不同气体的组分比例为该待测两组份混合气体的组分比例，其中，i为正整数，2≤i≤n。

9.根据权利要求8所述的混合气体组分比例测定方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：

根据两组分混合绝缘气体的应用需求设置目标配气比例，在该目标配气比例的预设范围内选取n个不同的组分比例，配制具有不同组分比例的n份标准两组分混合气体。

10.根据权利要求8所述的混合气体组分比例测定方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

S21：打开阀门，驱动机构控制活塞运动通过气管排出气缸内的所有气体，驱动机构控制活塞运动通过气管吸入定量的其中一份标准两组分混合气体，关闭阀门；

S22：驱动机构控制活塞运动调节测量气室的容积，温控机构调控测量气室内的温度，使测量气室中的第1份标准两组分混合气体达到预设初始压力和预设初始温度；

S23：按照预设温控程序，温控机构逐步对测量气室内的温度进行调节，同时记录测量气室内的气压变化及温度变化，获得一条压力-温度标准测量曲线；

S24：重复步骤S21～S23，得到n条压力-温度标准测量曲线A₁～A_n，得到标准曲线簇{A}。