適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法
【專利說明】適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于六氟化硫氣體絕緣的高壓電力設(shè)備領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法。
【背景技術(shù)】
[0003]3匕氣體具有良好的絕緣性能和滅弧性能，現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備中，在正常工況下，是較為理想的絕緣及滅弧介質(zhì)。其濕度、純度的高低對設(shè)備的安全可靠工作具有直接的影響，如果3匕氣體泄漏導(dǎo)致密度下降、純度降低或氣體中濕度超標(biāo)，高壓電氣設(shè)備就會存在安全隱患甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。高壓電力設(shè)備在運(yùn)行過程中，伴隨著局部放電發(fā)生，SF6氣體會產(chǎn)生分解物，通過監(jiān)測SF6氣體的放電分解物，可以間接了解高壓電力設(shè)備內(nèi)部的故障情況。綜上所述，對六氟化硫高壓電氣設(shè)備的氣體濕度、純度和放電分解物的監(jiān)測成為目前電力行業(yè)對電氣設(shè)備監(jiān)測的一個重要的組成部分。
[0004]目前，對六氟化硫絕緣高壓電氣設(shè)備普遍進(jìn)行定期檢測，而定期檢測又分2種，即現(xiàn)場檢測和取樣檢測。這兩種檢測方法都會消耗一定的六氟化硫氣體，現(xiàn)場檢測每次至少需要消耗氣體600ml~800ml，而取樣檢測一般每次需要消耗氣體3000~4000ml。而這些電力設(shè)備還要定期檢測其他數(shù)據(jù)，如微水含量、氣體純度等；因此，顯然隨著檢測次數(shù)的增加，需要消耗大量的氣體，這給電力設(shè)備的安全運(yùn)行帶來巨大隱患，需要定期人工補(bǔ)氣，增加大量的人力成本和材料成本。
[0005]對于一些內(nèi)儲六氟化硫氣體較小的電力設(shè)備，如高壓互感器等，這些設(shè)備內(nèi)部本來儲氣量就比較小，因而減少每次檢測的用氣量就顯得尤其重要。
[0006]目前，現(xiàn)場檢測六氟化硫氣體的設(shè)備主要是采用電化學(xué)傳感器原理進(jìn)行檢測。
[0007]傳感器工作原理如下:從電化學(xué)概念上來說，傳感器包括兩個電極一感應(yīng)電極和負(fù)電極，它們被一層電解質(zhì)薄膜分離開來，它們被一個塑料殼密封起來，只留有一個小孔允許氣體進(jìn)入感應(yīng)電極，傳感器內(nèi)的電極通過引腳被連接到所應(yīng)用的設(shè)備上。引腳還可以與外部的電阻電路相連，這樣當(dāng)有電流通過是就可以測出電勢差，如圖1所示。擴(kuò)散進(jìn)入傳感器的氣體在感應(yīng)電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，在另一電極發(fā)生與之相對的逆反應(yīng)，在外部電路上形成電流。由于氣體進(jìn)入傳感器的速度由柵孔控制，所以產(chǎn)生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，就可以直接測量當(dāng)前特征氣體含量了。
[0008]如圖2所示，電化學(xué)傳感器接觸到足量的特征氣體后，電極之間產(chǎn)生的電流隨著時間緩慢變大，到3分鐘左右時，電流基本達(dá)到穩(wěn)定，現(xiàn)有的儀器都是用這時穩(wěn)定電流的大小來反映特征氣體的濃度。因而，現(xiàn)有的采用電化學(xué)傳感器的儀器都至少需要通入氣體3分鐘，按氣體流量200ml/分鐘算，至少需要消耗600ml氣體。這個消耗量還是比較大的，尤其對于一些內(nèi)儲六氟化硫氣體較小的電力設(shè)備，如高壓互感器，需要盡量減少這個消耗量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，以實(shí)現(xiàn)節(jié)省測試氣體的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，包括以下步驟:
設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率，并調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量；
電化學(xué)傳感器對進(jìn)入的氣體進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息；
對數(shù)字信號進(jìn)行分析；當(dāng)數(shù)據(jù)信號從小變大達(dá)到1%時，開始計(jì)時并開始對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，積分運(yùn)算持續(xù)lmin，從而得到積分運(yùn)算結(jié)果；
將得到的積分運(yùn)算結(jié)果與存儲的已知濃度氣體的積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而得出未知濃度氣體的濃度。
[0011]優(yōu)選的，上述設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率中設(shè)定的采樣頻率為1kHz。
[0012]優(yōu)選的，上述對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，具體為對電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電流值上升階段中設(shè)定時間段的電流曲線的曲線面積進(jìn)行計(jì)算。
[0013]優(yōu)選的，上述調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量，氣體流量設(shè)定為200ml/min。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在傳感器電流值上升階段，計(jì)算1分鐘時間段內(nèi)電流曲線的曲線面積，通過曲線面積換算出對應(yīng)的氣體濃度。
[0015]采用本技術(shù)后，測量時間可以縮短到1分15秒，消耗氣體200多毫升，達(dá)到了節(jié)省測試氣體的目的。
[0016]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0017]圖1為電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為電化學(xué)傳感器信號響應(yīng)圖；
圖3為電化學(xué)傳感器對不同濃度氣體的信號響應(yīng)圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法的數(shù)據(jù)處理示意圖。
[0018]結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
1_毛細(xì)孔;2_薄膜;3_感應(yīng)電極;4_參考電極;5_弓丨線;6_電解液;7_引腳。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，包括以下步驟:
設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率，并調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量；
電化學(xué)傳感器對進(jìn)入的氣體進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息；
對數(shù)字信號進(jìn)行分析；當(dāng)數(shù)據(jù)信號從小變大達(dá)到1%時，開始計(jì)時并開始對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，積分運(yùn)算持續(xù)lmin，從而得到積分運(yùn)算結(jié)果； 將得到的積分運(yùn)算結(jié)果與存儲的已知濃度氣體的積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而得出未知濃度氣體的濃度。
[0021]優(yōu)選的，上述設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率中設(shè)定的采樣頻率為1kHz。
[0022]優(yōu)選的，上述對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，具體為對電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電流值上升階段中設(shè)定時間段的電流曲線的曲線面積進(jìn)行計(jì)算。
[0023]優(yōu)選的，上述調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量，氣體流量設(shè)定為200ml/min。
[0024]本發(fā)明針對采用電化學(xué)傳感器的氣體分析儀器提供一種數(shù)據(jù)處理分析的方法，通過它可以減少測量時間，減少現(xiàn)場測試的耗氣量。
[0025]通過圖3可以看到，不同濃度的氣體以固定的流量通入電化學(xué)傳感器時會有不同的反應(yīng)，低濃度氣體通入時，傳感器產(chǎn)生的電流上升斜率小，最終穩(wěn)定下來；高濃度氣體通入時，傳感器產(chǎn)生的電流上升斜率大，最終穩(wěn)定下來。而傳統(tǒng)的檢測儀器是通過檢測最終穩(wěn)定下來的電流值來測量氣體濃度的。
[0026]如圖4所示，當(dāng)給傳感器通入氣體后，在傳感器電流值上升階段，計(jì)算在一個固定的時間段電流曲線的曲線面積，因?yàn)椴煌瑵舛鹊臍怏w會有不同的斜率，因而就會有不同的曲線面積，通過曲線面積換算出對應(yīng)的氣體濃度。顯然通過這一方法可以縮短測量時間，達(dá)到節(jié)省測試氣體的目的。
[0027]本發(fā)明的檢測儀器，采用與原來相同的取樣流量，給傳感器通入氣體后，在傳感器電流值上升階段，計(jì)算1分鐘時間段內(nèi)電流曲線的曲線面積，通過曲線面積換算出對應(yīng)的氣體濃度。
[0028]采用本技術(shù)后，測量時間可以縮短到1分15秒，消耗氣體200多毫升，達(dá)到了節(jié)省測試氣體的目的。
[0029]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率，并調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量； 電化學(xué)傳感器對進(jìn)入的氣體進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息； 對數(shù)字信號進(jìn)行分析；當(dāng)數(shù)據(jù)信號從小變大達(dá)到1%時，開始計(jì)時并開始對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，積分運(yùn)算持續(xù)lmin，從而得到積分運(yùn)算結(jié)果； 將得到的積分運(yùn)算結(jié)果與存儲的已知濃度氣體的積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而得出未知濃度氣體的濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，其特征在于，上述設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率中設(shè)定的采樣頻率為1kHz。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，其特征在于，上述對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，具體為對電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電流值上升階段中設(shè)定時間段的電流曲線的曲線面積進(jìn)行計(jì)算。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，其特征在于，上述調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量，氣體流量設(shè)定為200ml/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于電化學(xué)傳感器的信號處理分析方法，包括以下步驟：設(shè)定電化學(xué)傳感器的采樣頻率，并調(diào)節(jié)進(jìn)入電化學(xué)傳感器的氣體流量；電化學(xué)傳感器對進(jìn)入的氣體進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息；對數(shù)字信號進(jìn)行分析；當(dāng)數(shù)據(jù)信號從小變大達(dá)到1%時，開始計(jì)時并開始對數(shù)字信號進(jìn)行積分運(yùn)算，積分運(yùn)算持續(xù)1min，從而得到積分運(yùn)算結(jié)果；將得到的積分運(yùn)算結(jié)果與存儲的已知濃度氣體的積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而得出未知濃度氣體的濃度。達(dá)到了節(jié)省測試氣體的目的。
【IPC分類】G01N27/26
【公開號】CN105388194
【申請?zhí)枴緾N201510740107
【發(fā)明人】陳宏剛, 王懷祥, 孫亞明, 張睿, 溫定筠, 王永奇, 周家戌, 張濤允, 常永哲, 景乾明, 秦睿, 張廣東, 胡春江, 張秀斌, 王曉飛, 江峰, 張玉剛, 王峰, 楊賢明, 劉學(xué)仁, 羅國甘, 劉笑, 劉媛
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年11月4日