CN112556776A - 基于定容法的梯度充放气式sf6气室容积测定方法 - Google Patents

Abstract

基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，属于SF₆测量设备技术领域，解决如何准确地对电气设备的气室内部体积进行精确测算的问题，本发明的方法采用测试装置对电气设备的SF₆气室内的气体量测量时，当SF₆气室内的压力偏高时，进行放气测量，当SF₆气室内的压力偏低时，进行充气测量；充放气测量时根据气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分阶段对气室进行放气并测量数据，各个阶段分别计算气室的体积与质量，再取各个阶段测得的数据的平均值，消除了由于压力传感器的测量精度限制，提高了计算结果的精确度。

Description

基于定容法的梯度充放气式SF6气室容积测定方法

技术领域

本发明属于SF₆测量设备技术领域，涉及基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法。

背景技术

六氟化硫(SF₆)气体因优良的绝缘和灭弧性能，已广泛应用于高、中压电气设备中。据统计，全球每年六氟化硫(SF₆)气体产量在2万吨左右，约80％应用于电力行业。随着交/直特高压工程大量开建、投运，SF₆气体的用量越来越大。但SF₆气体温室效应是CO₂的23900多倍，在空气中能够存在3200多年，是京都协议书禁止排放的六种气体之一。

电力行业六氟化硫电气设备数量巨大，大部分在运行设备铭牌未标注气体用量和设备容积(设备内含多种复杂结构，难以通过外形估算)，SF₆气体放气量未知；部分新投运设备铭牌标注的SF₆气体放气量不准确，且实际运行压力普遍高于额定压力值，因此，电气设备六氟化硫用气量的准确数据难以掌握，设备检修、退役时气体回收率无法管控，回收率不达标情况时有发生。

为控制和减少六氟化硫气体排放，形成“分散回收、集中处理、统一检测、循环利用”的工作模式，实现现场六氟化硫气体的回收、回充和净化处理。现有技术中，申请号为201821892226.7、公开日期为2019年6月7日的中国实用新型专利《一种SF₆气体计量装置》，如图5所示，具体包括称重装置1、质量流量计2、自封接头3、连接头4、调压针阀5、第一压力表6、第二压力表7、加热装置8、气体钢瓶9。该装置可实时获取放气钢瓶重量、气体流量、钢瓶温度、操作前后的设备压力等数据，实现对SF₆电气设备充补气数据以及气体钢瓶使用量的实时监控管理。该装置如对已被抽真空的气室进行充补气，可根据称重装置确定补放气后气室内存有SF₆气体的量。

现有技术存在的缺点：

(1)对运行中电气设备的SF₆气室内的体积进行测量时，存在SF₆气室内的压力存在偏高或者偏低的情况，SF₆气室内的压力偏高时，需要进行放气，SF₆气室内的压力偏低时，需要进行充气；上述装置只能对SF₆气室进行充气测量，不能同时测量两种情况下的SF₆气室内的压力。

(2)由于压力传感器的测量精度限制，对气室进行充放气时，如果一次性从初始值放到设定值、进行一次测量并计算气室体积以及气室内初始气体质量，测量必然存在较大的偶然误差，难以精确的得出实时的压力数值，计算结果的精确度难以保证。

(3)在放气测量过程中，现有装置容易出现气室内气体放出过多，导致气室内压力下降至报警值发出报警的情况。

(4)采用称重装置确定充放的SF₆气体量，却无法得知气室中原有的SF₆气体量，也不能对气室内部体积进行有效测算。而且，称重传感器易受外借因素影响，稳定性差。

因此，基于现场生产需求，如何准确地对电气设备的SF₆气室内部的气体量进行精确测算成为当前亟待解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何准确地对电气设备的气室内部体积进行精确测算。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，应用于充放气测量装置，所述的充放气测量装置包括：气室接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容充放气罐(6)、第二电磁阀(7)、缓冲罐(8)、压缩机(9)、制冷单元(10)、废气气室接口(11)、第三电磁阀(12)、第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、真空计(15)、真空泵(16)、排气口(17)、第六电磁阀(18)、减压阀(19)、SF₆钢瓶(20)；气室接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容充放气罐(6)、第二电磁阀(7)、缓冲罐(8)、压缩机(9)、制冷单元(10)、废气气室接口(11)首尾依次密封连接；所述的第三电磁阀(12)的一端连接在缓冲罐(8)与压缩机(9)之间，第三电磁阀(12)的另一端连接在制冷单元(10)与废气气室接口(11)之间；在第一电磁阀(2)、压力传感器(3)之间密封连接出一条气路、依次连接第四电磁阀(13)、真空泵(16)、排气口(17)；真空计(15)通过第五电磁阀(14)密封连接在第四电磁阀(13)与真空泵(16)之间；第六电磁阀(18)、减压阀(19)、SF₆钢瓶(20)依次串联密封连接，第六电磁阀(18)的非串联端密封连接在第一电磁阀(2)与压力传感器(3)之间；

测定方法包括以下步骤：

步骤一、采用一个已知容积的定容充放气罐(6)，在使用前先对定容充放气罐(6)的容积进行标定；

步骤二、当SF₆气室内的压力低于额定压力时，需要往SF₆气室内充气，此时采用充气式测定方法；

步骤三、当SF₆气室内的压力高于额定压力时，SF₆气室需要向外放气，此时采用放气式测定方法。

本发明的方法采用测试装置对电气设备的SF₆气室内的气体量测量时，当SF₆气室内的压力偏高时，进行放气测量，当SF₆气室内的压力偏低时，进行充气测量；充放气测量时根据气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分阶段对气室进行放气并测量数据，各个阶段分别计算气室的体积与质量，再取各个阶段测得的数据的平均值，消除了由于压力传感器的测量精度限制，提高了计算结果的精确度。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤一中所述的采用一个已知容积的定容充放气罐(6)，在使用前先对定容充放气罐(6)的容积进行标定的方法为：

步骤a，在SF₆钢瓶(20)下放置称重装置，用于检测其质量变化；关闭第一电磁阀(2)、第二电磁阀(7)、第四电磁阀(13)、第六电磁阀(18)，打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内初始气体压力、温度数值记为Px、T，记录此时称重装置数值为mx；

步骤b，此时打开第六电磁阀(18)、减压阀(19)，使得SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀(18)，通过压力传感器(3)检测检测定容充放气罐(6)内气体压力数值记为Py，记录此时称重装置数值为my；得出充入定容充放气罐(6)的气体质量为(mx-my)；

步骤c，根据气体状态方程计算得出定容充放气罐(6)容积V_G，计算步骤如下：

(px-Py)V_G＝ΔnxRT

得出定容充放气罐(6)容积V_G：

其中，mx、my分别为SF₆钢瓶(20)在对定容充放气罐(6)充气前后的质量；Px、Py分别为SF₆钢瓶(20)在对定容充放气罐(6)充气前后的定容充放气罐(6)内气体压力值；△nx为定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，T为外界环境温度。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤二中所述的当SF₆气室内的压力低于额定压力时，需要往SF₆气室内充气，此时采用充气式测定方法，具体为：

s1、对SF₆气室内初始气体压力、温度数值进行检测，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0；

s2、通过SF₆钢瓶(20)给定容充放气罐(6)充入一定压力的SF₆气体，记录此时定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0；

s3、对测量装置内部进行抽真空；

s4、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段充气阈值，使用已充至一定压力的定容充放气罐(6)给SF₆气室充气，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直小于本阶段设定的阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐(6)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有上升至本阶段充气阈值的趋势时，则通过流量调节阀(5)控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐(6)的压力、温度数值为P_G1、T_G1；

s5、采用气体状态方程与定容充放气罐(6)的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量；

所述的情况一下的气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0V1＝n_G0RT_G0

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，V1表示情况一下的气室的内部体积，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；n_E1气室充气后的气体摩尔数；m为气室内初始的气体总质量；△m1为情况一下的定容充放气罐(6)充气前后的质量变化量，△n1情况一下的为定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，为146g/mol；R为热力学常数，8.314J/(mol·K)；

所述的情况二下的气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0V2＝n_G0RT_G0

P_E2V2＝n_E2RT_E2

P_G1V2＝n_G1RT_G1

其中，V2表示情况二下的气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；n_E2充气结束后气室内的气体摩尔数；n_G1表示定容充放气罐(6)向气室充气结束后定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为情况二下的定容充放气罐(6)充气前后的质量变化量，△n2为情况二下的定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为情况二下的气室内初始的气体总质量；

s6、重复步骤4、5，进行下一阶段充气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段充气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤s1中对SF₆气室内初始气体压力、温度数值进行检测，具体为：一直关闭第二电磁阀(7)，将气室接口1接入气室，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0；

步骤s2中通过SF₆钢瓶(20)给定容充放气罐(6)充入一定压力的SF₆气体，具体为：关闭第一电磁阀(2)、第四电磁阀(13)，打开流量调节阀(5)、第六电磁阀(18)，调节减压阀(19)使得SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀(18)；待压力稳定后，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内气体压力和温度数值，记录此时定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤s3中对测量装置内部进行抽真空，具体为：第二电磁阀(7)一直关闭，打开第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、第六电磁阀(18)以及流量调节阀(5)，启动真空泵(16)对装置内部进行抽真空，真空计(15)检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、第六电磁阀(18)以及流量调节阀(5)，停止真空泵(16)。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤s4中通过流量调节阀(5)控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，具体为：

在充气的过程中，压力传感器(3)实时监测气室内的动态压力Pd，判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到P1，此时关断流量调节阀(5)，充气过程结束；

充气过程结束后，先关闭第一电磁阀(2)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀(2)，关闭流量调节阀(5)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为充气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐(6)向气室充气结束后定容充放气罐(6)内的气体压力和温度数值。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤三中所述的当SF₆气室内的压力高于额定压力时，SF₆气室需要向外放气，此时采用放气式测定方法，具体为：

t1、检测定容充放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值，记为P_G0、T_G0；检测SF₆气室内部的初始气体压力和温度数值，记为P_E0、T_E0；判断P_G0是否大于P_E0，若P_G0大于P_E0，则需要对定容充放气罐(6)进行抽真空；

t2、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分多个阶段将SF₆气室内的部分气体放入定容充放气罐(6)中，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直未下降至本阶段放气阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐(6)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有下降至本阶段放气阈值的危险时，则在SF₆气室放气至一定压力时，控制放入气体流量，使得定容充放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐(6)的压力、温度数值为P_G1、T_G1；

t3、采用气体状态方程与定容充放气罐(6)的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量；

t4、重复步骤t2、t3，进行下一阶段放气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段放气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值；

t5、检测完成后对定容充放气罐(6)内部的SF₆气体进行回收。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤t1中所述的检测定容充放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值的方法具体为：关闭第一电磁阀(2)、打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内压力、温度数值，记为P_G0、T_G0；所述的检测SF₆气室内部的初始气体压力和温度数值的方法具体为：将SF₆气室通过放气接口(1)与放气测量装置连接，将放气接口(1)接入气室，关闭流量调节阀(5)，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值，记为P_E0、T_E0。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤t2中所述的控制放入气体流量，使得定容充放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，具体为：

1)在放气的过程中，压力传感器(3)实时监测SF₆气室内的动态压力，判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小放气流量；

2)判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小放气流量；

3)判断动态压力离阈值本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小放气流量；直至达到本阶段放气阈值，此时关断流量调节阀(5)，本阶段放气过程结束；

放气过程结束后，先关闭第一电磁阀(2)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀(2)，关闭流量调节阀(5)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为放气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐(6)向气室放气结束后定容充放气罐(6)内的气体压力和温度数值。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤t3中本阶段情况一下的SF₆气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0VG＝n_G0RT_G0

其中，V1表示本阶段情况一下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐(6)内的初始气体摩尔数；n_E1表示SF₆气室放气后的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内放出的气体量等于定容充放气罐(6)充入的气体量，由上式可得：

其中，△m1为本阶段情况一下的定容充放气罐(6)放气前后的质量变化量，△n1本阶段情况一下的为定容充放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m1为本阶段情况一下的SF₆气室内初始的气体总质量；

本阶段情况二下的SF₆气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0VG＝n_G0RT_G0

P_E2V2＝n_E2RT_E2

P_G1VG＝n_G1RT_G1

其中，V2表示本阶段情况二下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐(6)内的初始气体摩尔数；n_E2表示放气结束后SF₆气室内的气体摩尔数；n_G1表示SF₆气室放气结束后定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为本阶段情况二下的定容充放气罐(6)放气前后的质量变化量，△n2为本阶段情况二下的定容充放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为本阶段情况二下的SF₆气室内初始的气体总质量。

本发明的优点在于：

(1)本发明的方法采用测试装置对电气设备的SF₆气室内的气体量测量时，当SF₆气室内的压力偏高时，进行放气测量，当SF₆气室内的压力偏低时，进行充气测量；充放气测量时根据气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分阶段对气室进行放气并测量数据，各个阶段分别计算气室的体积与质量，再取各个阶段测得的数据的平均值，消除了由于压力传感器的测量精度限制，提高了计算结果的精确度。

(2)本发明的方法能够精确测量气体实时压力，在接近设定压力数值时能控制充放气流量，使得压力传感器能在气体稳定时进行检测，检测数据更加精确。

(3)本发明对气室内部体积与初始的气室内SF₆气体质量进行测算前，先采用称重法等方法对定容积放气罐的容积进行标定，无需在装置中安装、使用称重装置等部件。

(4)对SF₆气体进行回收的过程中，定容充放气罐与压缩机之间装有缓冲罐可避免压缩机带压启动，防止压缩机发生故障，提高装置的安全性、可靠性。

(5)在压缩机后端装有制冷单元可对经压缩机增压加热过的气体进行制冷，以此回收更多的SF₆气体。

附图说明

图1是本发明实施例的充放气测量装置的结构图；

图2是本发明实施例的充气测定方法的流程图；

图3是本发明实施例的放气测定方法的流程图；

图4是本发明实施例的测定方法的梯度充放气控制算法流程图；

图5是现有技术的SF₆气体计量装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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。

下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：

实施例一

如图1所示，充放气测量装置包括：气室接口1、第一电磁阀2、压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5、定容充放气罐6、第二电磁阀7、缓冲罐8、压缩机9、制冷单元10、废气气室接口11、第三电磁阀12、第四电磁阀13、第五电磁阀14、真空计15、真空泵16、排气口17、第六电磁阀18、减压阀19、SF₆钢瓶20；气室接口1、第一电磁阀2、压力传感器3、温度传感器4、流量调节阀5、定容充放气罐6、第二电磁阀7、缓冲罐8、压缩机9、制冷单元10、废气气室接口11首尾依次密封连接；所述的第三电磁阀12的一端连接在缓冲罐8与压缩机9之间，第三电磁阀12的另一端连接在制冷单元10与废气气室接口11之间；在第一电磁阀2、压力传感器3之间密封连接出一条气路、依次连接第四电磁阀13、真空泵16、排气口17；真空计15通过第五电磁阀14密封连接在第四电磁阀13与真空泵16之间；第六电磁阀18、减压阀19、SF₆钢瓶20依次串联密封连接，第六电磁阀18的非串联端密封连接在第一电磁阀2与压力传感器3之间；所述的气室接口1、废气气室接口11在不连接气室时能实现自封。

基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，包括以下步骤：

一、采用一个已知容积的定容充放气罐6，在使用前先对定容充放气罐6的容积进行标定；对定容充放气罐6的容积进行标定的方法包括以下步骤：

步骤a，在SF₆钢瓶20下放置称重装置，用于检测其质量变化；关闭第一电磁阀2、第二电磁阀7、第四电磁阀13、第六电磁阀18，打开流量调节阀5，通过压力传感器3、温度传感器4检测定容充放气罐6内初始气体压力、温度数值记为Px、T，记录此时称重装置数值为mx；

步骤b，此时打开第六电磁阀18、减压阀19，使得SF₆钢瓶20往定容充放气罐6内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀18，通过压力传感器3检测检测定容充放气罐6内气体压力数值记为Py，记录此时称重装置数值为my；得出充入定容充放气罐6的气体质量为(mx-my)；

步骤c，根据气体状态方程计算得出定容充放气罐6容积V_G，计算步骤如下：

(px-Py)V_G＝ΔnxRT

得出定容充放气罐6容积V_G：

其中，mx、my分别为SF₆钢瓶20在对定容充放气罐6充气前后的质量；Px、Py分别为SF₆钢瓶20在对定容充放气罐6充气前后的定容充放气罐6内气体压力值；△nx为定容充放气罐6充气前后的摩尔数变化量，T为外界环境温度。

二、当SF₆气室内的压力低于额定压力时，需要往SF₆气室内充气，此时采用充气式测定方法，如图2所示，所述的充气式测定方法包括以下步骤：

1、对SF₆气室内初始气体压力、温度数值进行检测，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0；具体为：一直关闭第二电磁阀7，将气室接口1接入气室，打开第一电磁阀2，通过压力传感器3、温度传感器4检测气室内气体压力、温度数值，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0。

2、通过SF₆钢瓶20给定容充放气罐6充入一定压力的SF₆气体，记录此时定容充放气罐6内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0；具体为：关闭第一电磁阀2、第四电磁阀13，打开流量调节阀5、第六电磁阀18，调节减压阀19使得SF₆钢瓶20往定容充放气罐6内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀18；待压力稳定后，通过压力传感器3、温度传感器4检测定容充放气罐6内气体压力和温度数值，记录此时定容充放气罐6内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0。

3、对测量装置内部进行抽真空，具体为：第二电磁阀7一直关闭，打开第四电磁阀13、第五电磁阀14、第六电磁阀18以及流量调节阀5，启动真空泵16对装置内部进行抽真空，真空计15检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第四电磁阀13、第五电磁阀14、第六电磁阀18以及流量调节阀5，停止真空泵16。

4、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段充气阈值，使用已充至一定压力的定容充放气罐6给SF₆气室充气，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直小于本阶段设定的阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐6之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有上升至本阶段充气阈值的趋势时，则通过流量调节阀5控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐6的压力、温度数值为P_G1、T_G1。

假设SF₆气室需要从0.7MPa充至0.8MPa，则SF₆气室压力设定值为0.8MPa，若均分五个阶段进行充气(也可以不是均分，根据需要进行设定)，则每个阶段充气阈值为0.02MPa，那么五个阶段分别为：第一阶段从0.7MPa充至0.72MPa；第二阶段从0.72MPa充至0.74MPa；第三阶段从0.74MPa充至0.76MPa；第四阶段从0.76MPa充至0.78MPa；第五阶段从0.78MPa充至0.8MPa(SF₆气室压力设定值)；记录每个阶段充气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

如图4所示，所述的通过流量调节阀5控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，具体为：

在充气的过程中，压力传感器3实时监测气室内的动态压力Pd，判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的10％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径100％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的5％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径50％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的2％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径25％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀5孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到P1，此时关断流量调节阀5，充气过程结束；

充气过程结束后，先关闭第一电磁阀2，待压力传感器3、温度传感器4检测定容充放气罐6内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀2，关闭流量调节阀5，待压力传感器3、温度传感器4检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为充气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐6向气室充气结束后定容充放气罐6内的气体压力和温度数值。

情况一适用于气室较大的电气设备，根据测得的气室初始压力数值P_E0设定阈值P₁，以防止气室内气体充入过多，气室较大的电气设备需要的SF₆气体体积较多，定容充放气罐6往气室内充气过程中，压力传感器3检测到气体压力数值一直低于阈值P₁，此时气室与定容充放气罐6之间压力平衡，当压力传感器3、温度传感器4检测到数值稳定后，通过压力传感器3、温度传感器4测得压力P_E1、T_E1，结合各步骤中压力、温度的测量进行计算，来确定气室内部体积和初始的气室内SF₆气体质量，步骤简单，所花时间短，无气室内气体压力下降导致绝缘性能降低的危险。

情况二适用于气室较小的六氟化硫电气设备，在充气过程中，按照线性递减规律对流量调节阀5的孔径进行控制，在充气的开始阶段调节流量调节阀5全开以减少充气花费时间，等到当前压力接近设定压力时，通过对流量调节阀5的控制，按线性比例控制开阀大小，匀速调整开阀比例，使流量等比例减小，使气路中产生一定的气阻，气阻增大，则整个充气流量减小，充入气体量减少，便于***更精准的控制充入气体量；同时，***通过判断当前充气压力状态数据，在保证花费较少充气时间的前提下，按照线性比例分别在充气压力离目标压力≤10％、≤5％、≤2％时对流量调节阀进行控制调节，保证装置不会对气室超充或过充，从而避免部分体积较小的六氟化硫电气设备因为充气超压而产生的危险。

5、采用气体状态方程与定容充放气罐6的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量。

所述的情况一下的气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0V1＝n_G0RT_G0

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐6放出的气体量，由上式可得：

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，V1表示情况一下的气室的内部体积，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF₆钢瓶20往定容充放气罐6内充气至一定压力后，定容充放气罐6内的气体摩尔数；n_E1气室充气后的气体摩尔数；m为气室内初始的气体总质量；△m1为情况一下的定容充放气罐6充气前后的质量变化量，△n1情况一下的为定容充放气罐6充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，为146g/mol；R为热力学常数，8.314J/(mol·K)。

所述的情况二下的气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0V2＝n_G0RT_G0

P_E2V2＝n_E2RT_E2

P_G1V2＝n_G1RT_G1

其中，V2表示情况二下的气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF6钢瓶20往定容充放气罐6内充气至一定压力后，定容充放气罐6内的气体摩尔数；n_E2充气结束后气室内的气体摩尔数；n_G1表示定容充放气罐6向气室充气结束后定容充放气罐6内的气体摩尔数；

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐6放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为情况二下的定容充放气罐6充气前后的质量变化量，△n2为情况二下的定容充放气罐6充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为情况二下的气室内初始的气体总质量。

6、重复步骤4、5，进行下一阶段充气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段充气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

三、当SF₆气室内的压力高于额定压力时，SF₆气室需要向外放气，此时采用放气式测定方法，如图3所示，所述的放气式测定方法包括以下步骤：

1、关闭第一电磁阀2、第六电磁阀18、打开流量调节阀5，通过压力传感器3、温度传感器4检测定容充放气罐6内压力、温度数值，记为P_G0、T_G0；

2、将SF₆气室通过气室接口1与放气测量装置连接，关闭流量调节阀5，打开第一电磁阀2，通过压力传感器3、温度传感器4检测气室内气体压力、温度数值，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0。

3、判断P_G0是否大于P_E0，若P_G0大于P_E0则需要对定容充放气罐6进行抽真空；对定容充放气罐6进行抽真空的方法为：打开第一电磁阀2、第二电磁阀7、第三电磁阀12、第四电磁阀13、第五电磁阀14以及流量调节阀5，启动真空泵16对装置内部进行抽真空，真空计15检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第一电磁阀2、第二电磁阀7、第三电磁阀12、第四电磁阀13、第五电磁阀14以及流量调节阀5，停止真空泵16，防止往气室内充入杂质。

4、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，打开第一电磁阀2，分多个阶段将SF₆气室内的部分气体放入定容充放气罐6中，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直未下降至本阶段放气阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐6之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有下降至本阶段放气阈值的危险时，则在SF₆气室放气至一定压力时，通过流量调节阀5控制放入气体流量使得定容充放气罐6内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐6的压力、温度数值为P_G1、T_G1。

假设SF₆气室需要从0.8MPa放至0.7MPa，则SF₆气室压力设定值为0.7MPa，若均分五个阶段进行放气(也可以不是均分，根据需要进行设定)，则每个阶段放气阈值为0.02MPa，那么五个阶段分别为：第一阶段从0.8MPa放至0.78MPa；第二阶段从0.78MPa放至0.76MPa；第三阶段从0.76MPa放至0.74MPa；第四阶段从0.74MPa放至0.72MPa；第五阶段从0.72MPa放至0.7MPa(SF₆气室压力设定值)；记录每个阶段放气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

如图4所示，所述的通过流量调节阀5控制放气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢接近本阶段放气阈值，具体为：

1)在放气的过程中，压力传感器3实时监测SF₆气室内的动态压力，判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径100％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀5孔径50％打开，减小放气流量；

2)判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径50％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀5孔径25％打开，减小放气流量；

3)判断动态压力离阈值本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀5孔径25％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀5孔径10％打开，减小放气流量；直至达到本阶段放气阈值，此时关断流量调节阀5，本阶段放气过程结束。

放气过程结束后，先关闭第一电磁阀2，待压力传感器3、温度传感器4检测定容充放气罐6内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀2，关闭流量调节阀5，待压力传感器3、温度传感器4检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为放气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐6向气室放气结束后定容充放气罐6内的气体压力和温度数值。

在放气过程中，按照线性递减规律对流量调节阀5的孔径进行控制，在放气的开始阶段调节流量调节阀5全开以减少放气花费时间，等到当前压力接近设定压力时，通过对流量调节阀5的控制，按线性比例控制开阀大小，匀速调整开阀比例，使流量等比例减小，使气路中产生一定的气阻，气阻增大，则整个放气流量减小，充入气体量减少，便于***更精准的控制充入气体量；同时，***通过判断当前放气压力状态数据，在保证花费较少放气时间的前提下，按照线性比例分别在放气压力离目标压力≤10％、≤5％、≤2％时对流量调节阀进行控制调节，以防止气室内气体放出过多导致气室内压力下降至报警值发出报警的情况。

5、采用气体状态方程与定容充放气罐6的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量。

本阶段情况一下的SF₆气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0VG＝n_G0RT_G0

其中，V1表示本阶段情况一下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐6内的初始气体摩尔数；n_E1表示SF₆气室放气后的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内放出的气体量等于定容充放气罐6充入的气体量，由上式可得：

其中，△m1为本阶段情况一下的定容充放气罐6放气前后的质量变化量，△n1本阶段情况一下的为定容充放气罐6放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m1为本阶段情况一下的SF₆气室内初始的气体总质量。

本阶段情况二下的SF₆气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0VG＝n_G0TR_G0

P_E2V2＝n_E2TR_E2

P_G1VG＝n_G1RT_G1

其中，V2表示本阶段情况二下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐6内的初始气体摩尔数；n_E2表示放气结束后SF₆气室内的气体摩尔数；n_G1表示SF₆气室放气结束后定容充放气罐6内的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内充入的气体量等于定容充放气罐6放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为本阶段情况二下的定容充放气罐6放气前后的质量变化量，△n2为本阶段情况二下的定容充放气罐6放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为本阶段情况二下的SF₆气室内初始的气体总质量。

6、重复步骤4、5，进行下一阶段放气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段放气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

7、检测完成后对定容充放气罐6内部的SF₆气体进行回收，具体为：检测完成后，在废气气室接口11接入回收钢瓶，关闭第一电磁阀2，打开流量调节阀5、第二电磁阀7，启动压缩机9，定容充放气罐6内气体先流入缓冲罐8内，再经压缩机9增压流经制冷单元10进入回收钢瓶进行回收。定容充放气罐6与压缩机9之间装有缓冲罐8可避免压缩机9带压启动，防止压缩机9发生故障，提高装置的安全性、可靠性。在压缩机9后端装有制冷单元10可对经压缩机9增压加热过的气体进行制冷，以此回收更多的SF₆气体。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，应用于充放气测量装置，所述的充放气测量装置包括：气室接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容充放气罐(6)、第二电磁阀(7)、缓冲罐(8)、压缩机(9)、制冷单元(10)、废气气室接口(11)、第三电磁阀(12)、第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、真空计(15)、真空泵(16)、排气口(17)、第六电磁阀(18)、减压阀(19)、SF₆钢瓶(20)；气室接口(1)、第一电磁阀(2)、压力传感器(3)、温度传感器(4)、流量调节阀(5)、定容充放气罐(6)、第二电磁阀(7)、缓冲罐(8)、压缩机(9)、制冷单元(10)、废气气室接口(11)首尾依次密封连接；所述的第三电磁阀(12)的一端连接在缓冲罐(8)与压缩机(9)之间，第三电磁阀(12)的另一端连接在制冷单元(10)与废气气室接口(11)之间；在第一电磁阀(2)、压力传感器(3)之间密封连接出一条气路、依次连接第四电磁阀(13)、真空泵(16)、排气口(17)；真空计(15)通过第五电磁阀(14)密封连接在第四电磁阀(13)与真空泵(16)之间；第六电磁阀(18)、减压阀(19)、SF₆钢瓶(20)依次串联密封连接，第六电磁阀(18)的非串联端密封连接在第一电磁阀(2)与压力传感器(3)之间；

测定方法包括以下步骤：

步骤一、采用一个已知容积的定容充放气罐(6)，在使用前先对定容充放气罐(6)的容积进行标定；

步骤二、当SF₆气室内的压力低于额定压力时，需要往SF₆气室内充气，此时采用充气式测定方法；

步骤三、当SF₆气室内的压力高于额定压力时，SF₆气室需要向外放气，此时采用放气式测定方法。

2.根据权利要求1所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤一中所述的采用一个已知容积的定容充放气罐(6)，在使用前先对定容充放气罐(6)的容积进行标定的方法为：

步骤a，在SF₆钢瓶(20)下放置称重装置，用于检测其质量变化；关闭第一电磁阀(2)、第二电磁阀(7)、第四电磁阀(13)、第六电磁阀(18)，打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内初始气体压力、温度数值记为Px、T，记录此时称重装置数值为mx；

步骤b，此时打开第六电磁阀(18)、减压阀(19)，使得SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀(18)，通过压力传感器(3)检测检测定容充放气罐(6)内气体压力数值记为Py，记录此时称重装置数值为my；得出充入定容充放气罐(6)的气体质量为(mx-my)；

步骤c，根据气体状态方程计算得出定容充放气罐(6)容积V_G，计算步骤如下：

(px-Py)V_G＝ΔnxRT

得出定容充放气罐(6)容积V_G：

其中，mx、my分别为SF₆钢瓶(20)在对定容充放气罐(6)充气前后的质量；Px、Py分别为SF₆钢瓶(20)在对定容充放气罐(6)充气前后的定容充放气罐(6)内气体压力值；△nx为定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，T为外界环境温度。

3.根据权利要求1所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤二中所述的当SF₆气室内的压力低于额定压力时，需要往SF₆气室内充气，此时采用充气式测定方法，具体为：

s1、对SF₆气室内初始气体压力、温度数值进行检测，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0；

s2、通过SF₆钢瓶(20)给定容充放气罐(6)充入一定压力的SF₆气体，记录此时定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0；

s3、对测量装置内部进行抽真空；

s4、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段充气阈值，使用已充至一定压力的定容充放气罐(6)给SF₆气室充气，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直小于本阶段设定的阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐(6)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有上升至本阶段充气阈值的趋势时，则通过流量调节阀(5)控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐(6)的压力、温度数值为P_G1、T_G1；

s5、采用气体状态方程与定容充放气罐(6)的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量；

所述的情况一下的气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0V1＝n_G0RT_G0

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，V1表示情况一下的气室的内部体积，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；n_E1气室充气后的气体摩尔数；m为气室内初始的气体总质量；△m1为情况一下的定容充放气罐(6)充气前后的质量变化量，△n1情况一下的为定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，为146g/mol；R为热力学常数，8.314J/(mol·K)；

所述的情况二下的气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0V2＝n_G0RT_G0

P_E2V2＝n_E2RT_E2

P_G1V2＝n_G1RT_G1

其中，V2表示情况二下的气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；n_E2充气结束后气室内的气体摩尔数；n_G1表示定容充放气罐(6)向气室充气结束后定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；

由于在充气过程中气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为情况二下的定容充放气罐(6)充气前后的质量变化量，△n2为情况二下的定容充放气罐(6)充气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在充气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得气室内体积为：

由上式可得气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为情况二下的气室内初始的气体总质量；

s6、重复步骤4、5，进行下一阶段充气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段充气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值。

4.根据权利要求3所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，

步骤s1中对SF₆气室内初始气体压力、温度数值进行检测，具体为：一直关闭第二电磁阀(7)，将气室接口1接入气室，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值，并记录其压力、温度数值为P_E0、T_E0；

步骤s2中通过SF₆钢瓶(20)给定容充放气罐(6)充入一定压力的SF₆气体，具体为：关闭第一电磁阀(2)、第四电磁阀(13)，打开流量调节阀(5)、第六电磁阀(18)，调节减压阀(19)使得SF₆钢瓶(20)往定容充放气罐(6)内充气至一定压力后，关闭第六电磁阀(18)；待压力稳定后，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内气体压力和温度数值，记录此时定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值为P_G0、T_G0。

5.根据权利要求3所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤s3中对测量装置内部进行抽真空，具体为：第二电磁阀(7)一直关闭，打开第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、第六电磁阀(18)以及流量调节阀(5)，启动真空泵(16)对装置内部进行抽真空，真空计(15)检测装置内部的真空度，抽真空结束后，关闭第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、第六电磁阀(18)以及流量调节阀(5)，停止真空泵(16)。

6.根据权利要求3所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤s4中通过流量调节阀(5)控制充气流量使得SF₆气室内气体压力缓慢充至本阶段充气阈值，具体为：

在充气的过程中，压力传感器(3)实时监测气室内的动态压力Pd，判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小充气流量，避免过充；

判断动态压力Pd离阈值P1是否小于等于P1的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向气室内充气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小充气流量，避免过充；直至达到P1，此时关断流量调节阀(5)，充气过程结束；

充气过程结束后，先关闭第一电磁阀(2)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀(2)，关闭流量调节阀(5)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为充气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐(6)向气室充气结束后定容充放气罐(6)内的气体压力和温度数值。

7.根据权利要求1所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤三中所述的当SF₆气室内的压力高于额定压力时，SF₆气室需要向外放气，此时采用放气式测定方法，具体为：

t1、检测定容充放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值，记为P_G0、T_G0；检测SF₆气室内部的初始气体压力和温度数值，记为P_E0、T_E0；判断P_G0是否大于P_E0，若P_G0大于P_E0，则需要对定容充放气罐(6)进行抽真空；

t2、根据SF₆气室压力设定值分配多个阶段放气阈值，分多个阶段将SF₆气室内的部分气体放入定容充放气罐(6)中，并实时监测SF₆气室内的动态压力，此时分为两种情况：

情况一：若检测到SF₆气室内的动态压力一直未下降至本阶段放气阈值，则等待SF₆气室与定容充放气罐(6)之间压力平衡，记录此时的气体压力、温度数值P_E1、T_E1；

情况二：若检测到SF₆气室内的动态压力有下降至本阶段放气阈值的危险时，则在SF₆气室放气至一定压力时，控制放入气体流量，使得定容充放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，压力平衡后，记录此时SF₆气室的气体压力、温度数值为P_E2、T_E2以及定容充放气罐(6)的压力、温度数值为P_G1、T_G1；

t3、采用气体状态方程与定容充放气罐(6)的容积V_G，分别计算本阶段情况一或情况二下的SF₆气室的体积与内部初始气体质量；

t4、重复步骤t2、t3，进行下一阶段放气，直至达到SF₆气室压力设定值，记录每个阶段放气的检测数据，计算每个阶段下SF₆气室的体积与内部初始气体质量后，再取其平均值；

t5、检测完成后对定容充放气罐(6)内部的SF₆气体进行回收。

8.根据权利要求7所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤t1中所述的检测定容充放气罐(6)内的初始气体压力和温度数值的方法具体为：关闭第一电磁阀(2)、打开流量调节阀(5)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内压力、温度数值，记为P_G0、T_G0；所述的检测SF₆气室内部的初始气体压力和温度数值的方法具体为：将SF₆气室通过放气接口(1)与放气测量装置连接，将放气接口(1)接入气室，关闭流量调节阀(5)，打开第一电磁阀(2)，通过压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值，记为P_E0、T_E0。

9.根据权利要求7所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤t2中所述的控制放入气体流量，使得定容充放气罐(6)内气体压力缓慢接近接近本阶段放气阈值，具体为：

1)在放气的过程中，压力传感器(3)实时监测SF₆气室内的动态压力，判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的10％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径100％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径50％打开，减小放气流量；

2)判断动态压力离本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的5％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径50％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径25％打开，减小放气流量；

3)判断动态压力离阈值本阶段放气阈值是否小于等于本阶段放气阈值的2％，如果不是，则保持流量调节阀(5)孔径25％打开，向SF₆气室内放气；如果是，则控制流量调节阀(5)孔径10％打开，减小放气流量；直至达到本阶段放气阈值，此时关断流量调节阀(5)，本阶段放气过程结束；

放气过程结束后，先关闭第一电磁阀(2)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测定容充放气罐(6)内的气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_G1、T_G1；然后打开第一电磁阀(2)，关闭流量调节阀(5)，待压力传感器(3)、温度传感器(4)检测气室内气体压力、温度数值稳定后，记录此时的压力、温度为P_E2、T_E2；其中，P_E2、T_E2分别为放气结束后气室内的气体压力和温度数值；P_G1、T_G1分别为定容充放气罐(6)向气室放气结束后定容充放气罐(6)内的气体压力和温度数值。

10.根据权利要求7所述的基于定容法的梯度充放气式SF₆气室容积测定方法，其特征在于，步骤t3中本阶段情况一下的SF₆气室的体积V1与内部初始气体质量m1的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V1＝n_E0RT_E0

P_E1V1＝n_E1RT_E1

P_G0VG＝n_G0RT_G0

其中，V1表示本阶段情况一下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐(6)内的初始气体摩尔数；n_E1表示SF₆气室放气后的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内放出的气体量等于定容充放气罐(6)充入的气体量，由上式可得：

其中，△m1为本阶段情况一下的定容充放气罐(6)放气前后的质量变化量，△n1本阶段情况一下的为定容充放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m1为本阶段情况一下的SF₆气室内初始的气体总质量；

本阶段情况二下的SF₆气室的体积V2与内部初始气体质量m2的计算方法为：

由气体状态方程得：

P_E0V2＝n_E0RT_E0

P_G0VG＝n_G0RT_G0

P_E2V2＝n_E2RT_E2

P_G1VG＝n_G1RT_G1

其中，V2表示本阶段情况二下的SF₆气室的内部体积，R为热力学常数，取8.314J/(mol·K)，n_E0表示SF₆气室内初始的气体摩尔数；n_G0表示定容充放气罐(6)内的初始气体摩尔数；n_E2表示放气结束后SF₆气室内的气体摩尔数；n_G1表示SF₆气室放气结束后定容充放气罐(6)内的气体摩尔数；

由于在放气过程中SF₆气室内充入的气体量等于定容充放气罐(6)放出的气体量，由上式可得：

其中，△m2为本阶段情况二下的定容充放气罐(6)放气前后的质量变化量，△n2为本阶段情况二下的定容充放气罐(6)放气前后的摩尔数变化量，M为SF₆气体的摩尔质量，取146g/mol；

由于外界环境温度T在放气前后保持不变，可得T_E0＝T_E1＝T_G0＝T_G1＝T，因此联立上式得：

由上式可得SF₆气室内体积为：

由上式可得SF₆气室内初始的气体总质量为：

其中，m2为本阶段情况二下的SF₆气室内初始的气体总质量。

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