专利名称：六氟化硫密度微水监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种电力设备领域的装置，具体是一种六氟化硫密度微水监测装置。
背景技术：
六氟化硫(SF6)气体是一种无毒、无色、无味，化学性能极稳定的物质，具有优异的灭弧和绝缘性能。目前，SF6气体广泛应用于电力企业的电气设备中，如SF6断路器、SF6高压组合电器设备GIS等。在电力企业含SF6气体设备的使用中，SF6气体如产生泄漏，将直接影响电气没备的绝缘性能，甚至发生重大事故，同时，泄漏的SF6气体由于被电弧分解或与空气中的一些成分发生反应，生成有毒的气体，将会对工作人员产生巨大危害；另一方面，如果设备运行后SF6中的水气不断增大，会影响设备的绝缘性能、灭弧性能以及开关的开断性能。因此，对这些设备中SF6气体密度微水的监测至关重要，SF6气体的密度、微水是电力企业安全运行的重要参数之一。传统的监测手段是通过机械式指针仪表来测量设备中SF6气体的密度，用便携式露点仪测量SF6气体的露点。虽然也有报警输出，但测量数据不能远传，不利于组成在线监测系统，给安全生产带来隐患，且由于电气设备安装的限制，很多测点位于很难直接观测到的位置，给日常的测量和记录带来很大麻烦。国内的SF6密度微水监测装置露点变送器敏感元器件上没有集成PT100钼电阻，温度传感器放置在装置三通阀的外边，这种安装方式下露点变送器敏感元件会直接接触SF6气体，但温度变送器PT100钼电阻镶嵌在外边的壳体中，其实质是测量外界环境的温度，而环境温度和气室气体温度存在一定的差值，由此导致一定的温度测量误差，进而对密度、露点的计算产生响应的误差，最终影响产品测量精度；且现有产品腔体较小，密封性能差，内部结构不规则，安装到设备上与GIS气室的流动性较小，水气很难平衡，微水值长时间内高居不下。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102243194A，
公开日2011-11-16，记载了一种基于无线传感器网络的六氟化硫气体监测系统，包括分布在境监测的区域中的多个六氟化硫监测节点和一个数据基站，监测节点包括处理器模块、节点ZigBee射频芯片、电源管路模块和气体采集模块。但该现有技术没有公开气体温度、压力或微水数据采集方面的技术方案。

实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种六氟化硫密度微水监测装置，能够自动快速地进行气体温度、压力、微水数据采集、温度补偿、精确计算气体密度、微水等处理功能，从而实现变电站GIS在运行过程中对SF6气体密度微水进行实时监测以及历史数据分析。本实用新型是通过以下技术方案实现的[0008]本 实用新型涉及一种六氟化硫密度微水监测装置，包括:温度变送器、温度转换电路、压力变送器、整流滤波放大电路、顺次相连的露点变送器、高频振荡电路、频率电压转换电路、自动温度补偿电路、校准电路和电压电流转换电路，其中:压力变送器的输出端与整流滤波放大电路的输入端相连以传输传感信号；露点变送器的输出端与高频振荡电路的输入端相连以传输湿度信号，高频振荡电路的输出端与频率电压转换电路的输入端相连以传输频率信号；温度变送器的输出端与温度转换电路的输入端相连以传输温度变化信号，温度转换电路的输出端和频率电压转换电路的输出端均与自动温度补偿电路相连，分别传输温度电压信号和湿度电压信号，自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连以传输补偿信号，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连以分别传输校准后电压信号和压力电压信号。所述的传感信号为0 90mV的电压信号。所述的温度变化信号为r20mA的电流信号。所述的温度电压信号为(TlOV的电压信号。所述的补偿信号和频率信号均为(TlV的电压信号。所述的电压电流转换电路的输出端输出r20mA的电流信号。所述的露点变送器采用集成芯片，包括与高频振荡电路输入端相连的电容湿敏元件。所述的温度变送器采用集成芯片，包括与温度转换电路相连的温度传感器。所述的高频振荡电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一放大器和第i^一电容，其中:第二电容的一端分别与露点变送器和第一电阻的一端相连，另一端与第一放大器的输出端相连，第三电容、第四电容和第五电容串联且该串联电路的两端分别与第一放大器的负极输入端和输出端相连，第二电阻、第三电阻和第四电阻的一端分别连接于第二电容与第三电容之间、第三电容与第四电容直之间、第四电容与第五电容之间，第五电阻的一端与第一放大器的正极输入端相连，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的另一端均与第十一电容的一端相连，第i 电容的另一端与频率电压转换电路的输入端相连。所述的频率电压转换电路包括:若干二极管、第二放大器、第三放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻，其中:第一二极管和第二二极管反向并联且连接于第二放大器的负极输入端和输出端之间，第二放大器的负极输入端与第十三电容相连，第二放大器的正极输入端与第六电阻的一端相连，第七电阻的两端分别连接第二放大器的输出端和第三放大器的负极输入端，第八电阻与第三二极管的串联，该串联电路与第四二极管并联，该并联电路两端分别与第三放大器的负极输入端和输出端相连，第三二极管的负极与第四二极管的正极相连，第三放大器的正极输入端与第九电阻的一端相连，第三放大器与电压源相连，第六电阻的另一端和第九电阻的另一端并联且与第五二极管及第十电阻串联。所述的自动温度补偿电路为可变增益放大电路。所述的自动温度补偿电路包括:第四放大器、第十一电阻、第十二电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻和第一电位器，其中:第^ 电阻和第一电位器的一端均与频率电压转换电路的输出端相连，第十一电阻的另一端与第四放大器的负极输入端相连，第六电容与第十二电阻并联，该并联电路的两端分别与第四放大器的负极输入端和第十六电阻相连，第四放大器与电压源相连且正极输入端与第一电位器相连，输出端与第十五电阻相连，第十五电阻与校准电路的输入端相连，第一电位器与第十四电阻串联，第十四电阻和第十六电阻均接地。所述的校准电路为运算放大器电路，包括:相串联的满度校准电路和零度校准电路。所述的满度校准电路包括:第十七电阻、第十八电阻、第五放大器和第二电位器，其中:第五放大器的负极输入端和输出端之间连接有第十七电阻，正极输入端与自动温度补偿电路的输出端相连，输出端连接第二电位器，第二电位器与零度校准电路的输入端相连，第十八电阻的一端与放大器的负极输入端相连，另一端接地。所述的零度校准电路包括:第六放大器、第十九电阻、第二十电阻和第三电位器，其中:第六放大器与电压源相连且其正极输入端与满度校准电路的输出端相连，输出端与电压电流转换电路相连，负极输入端与输出端之间连接有第二十电阻，第三电位器分别与第六放大器和电压源相连，第十九电阻的一端与第六放大器的负极输入端相连，另一端接地。所述的整流滤波放大电路包括:第二i^一电阻、第七放大器、顺次串联的第二十二电阻、第八电容、第十电容和第二十三电阻，其中:压力变送器的输出端分别与第七放大器的正极输入端和负极输入端相连，第二十一电阻的两端分别与第七放大器的负极输入端和输出端连接，第七放大器的正极输入端与第二十二电阻的另一端相连，输出端分别与第二十三电阻的另一端以及电压电流转换电路的输入端相连。因为SF6的水气会随着温度的变化而变化，本实用新型采用自动温度补偿电路，这样测量到SF6气体的实际温度，并通过自动温度补偿电路进行温度的补偿，减少水分的误差。采用综合性技术，解决了 SF6气体微水含量测量过程中所面临的采样、密封和泄露等技术难点。
图1为本实用新型温度变送器和露点变送器连接示意图；图2为本实用新型模块连接示意图；图3为本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1和图2所示，本实施例包括:温度变送器1、温度转换电路2、压力变送器3、整流滤波放大电路4以及顺次相连的露点变送器5、高频振荡电路6、频率电压转换电路7、自动温度补偿电路8、校准电路9和电压电流转换电路10，温度变送器I用来测量SF6气体的问题以便温度补偿，压力变送器3测量SF6气体压力，露点变送器5为阻容式变送器，直接接触SF6气体，SF6气体中的水分子会渗透到露点变送器5中的高分子薄膜，高分子薄膜的电容值会随着进入气体中水分的多少而改变，电容值与高分子薄膜吸水量成正比。其中:压力变送器3的输出端与整流滤波放大电路4的输入端相连以传输传感信号；露点变送器5的输出端与高频振荡电路6的输入端相连以传输湿度信号，高频振荡电路6的输出端与频率电压转换电路7的输入端相连以传输频率信号；温度变送器I的输出端与温度转换电路2的输入端相连以传输温度变化信号，温度转换电路2的输出端和频率电压转换电路7的输出端均与自动温度补偿电路8相连，分别传输温度电压信号和湿度电压信号，自动温度补偿电路8的输出端与校准电路9的输入端相连以传输补偿信号，校准电路9的输出端和整流滤波放大电路4的输出端均与电压电流转换电路10相连以分别传输校准后电压信号和压力电压信号。所述的传感信号为(T90mV的电压信号。所述的温度变化信号为r20mA的电流信号。所述的温度电压信号为0 10V的电压信号。所述的补偿信号和频率信号均为(TlV的电压信号。所述的电压电流转换电路10的输出端输出r20mA的电流信号。所述的露点变送器5采用集成芯片，包括与高频振荡电路6输入端相连的电容湿敏元件Cl。所述的温度变送器I采用集成芯片，包括与温度转换电路2相连的温度传感器Rt。如图3所示，所述的高频振荡电路6包括:第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一放大器Al和第^ 电容Cll,其中:第二电容C2的一端分别与露点变送器5和第一电阻Rl的一端相连，另一端与第一放大器Al的输出端相连,第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5串联且该串联电路的两端分别与第一放大器Al的负极输入端和输出端相连，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的一端分别连接于第二电容C2与第三电容C3之间、第三电容C3与第四电容C4直之间、第四电容C4与第五电容C5之间，第五电阻R5的一端与第一放大器Al的正极输入端相连，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的另一端均与第十一电容Cll的一端相连，第十一电容Cll的另一端与频率电压转换电路7的输入端相连。所述的频率电压转换电路7包括:若干二极管、第二放大器A2、第三放大器A3、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10，其中:第一二极管Vl和第二二极管V2反向并联且连接于第二放大器A2的负极输入端和输出端之间，第二放大器A2的负极输入端与第十三电容C13相连,第二放大器A2的正极输入端与第六电阻R6的一端相连，第七电阻R7的两端分别连接第二放大器A2的输出端和第三放大器A3的负极输入端，第八电阻R8与第三二极管V3的串联，该串联电路与第四二极管V4并联，该并联电路两端分别与第三放大器A3的负极输入端和输出端相连，第三二极管V3的负极与第四二极管V4的正极相连，第三放大器A3的正极输入端与第九电阻R9的一端相连，第三放大器A3与电压源相连，第六电阻R6的另一端和第九电阻R9的另一端并联且与第五二极管V5及第十电阻RlO串联。所述的自动温度补偿电路8为可变增益放大电路。[0042]所述的自动温度补偿电路8包括:第四放大器A4、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第一电位器M1，其中:第i^一电阻Rll和第一电位器Ml的一端均与频率电压转换电路7的输出端相连,第^ 电阻Rll的另一端与第四放大器A4的负极输入端相连，第六电容与第十二电阻R12并联，该并联电路的两端分别与第四放大器A4的负极输入端和第十六电阻R16相连，第四放大器A4与电压源相连且正极输入端与第一电位器Ml相连,输出端与第十五电阻R15相连,第十五电阻R15与校准电路9的输入端相连，第一电位器Ml与第十四电阻R14串联，第十四电阻R14和第十六电阻R16均接地。所述的校准电路9为运算放大器电路，包括:相串联的满度校准电路11和零度校准电路12。所述的满度校准电路11包括:第十七电阻R17、第十八电阻R18、第五放大器A5和第二电位器M2，其中:第五放大器A5的负极输入端和输出端之间连接有第十七电阻R17，正极输入端与自动温度补偿电路8的输出端相连，输出端连接第二电位器M2，第二电位器M2与零度校准电路9的输入端相连，第十八电阻R18的一端与放大器的负极输入端相连，另一端接地。所述的零度校准电路12包括:第六放大器A6、第十九电阻R19、第二十电阻R20和第三电位器M3，其中:第六放大器A6与电压源相连且其正极输入端与满度校准电路9的输出端相连，输出端与电压电流转换电路10相连，负极输入端与输出端之间连接有第二十电阻R20，第三电位器M3分别与第六放大器A6和电压源相连，第十九电阻R19的一端与第六放大器A6的负极输入端相连，另一端接地。所述的整流滤波放大电路4包括:第二十一电阻R21、第七放大器A7、顺次串联的第二十二电阻R22、第八电容C8、第十电容ClO和第二十三电阻R23，其中:压力变送器3的输出端分别与第七放大器A7的正极输入端和负极输入端相连，第二十一电阻R21的两端分别与第七放大器A7的负极输入端和输出端连接，第七放大器A7的正极输入端与第二十二电阻R22的另一端相连，输出端分别与第二十三电阻R23的另一端以及电压电流转换电路10的输入端相连。本实施例的实施步骤如下:I)将温度变送器1、露点变送器5的集成芯片放置在被测的SF6气体中；2)将露点变送器5因水分变化输出的电容值Cl送入高频振荡电路6转换成频率
信号;3)频率信号通过第i^一电容Cll输到频率电压转换电路7LF412的输入端；4)经过频率电压转换电路7将湿度电压信号转换成对应的(TlV电压信号，送入
自动温度补偿电路8，同时温度电压信号也输入到自动温度补偿电路8，自动温度补偿电路
8的可变增益放大器型号为VCA610，通过VCA610和第一电位器Ml对湿度信号进行温度补m
\-ZX o5)经过温度补偿后的补偿信号(TlV输出到校准电路9，其中的满度校准电路9的第五放大器A5型号为LM385,通过第二电位器M2进行湿度信号的满度校准,通过第三电位器M3进行零点校准。
6)校准后电压信号输出到型号为AD694的电压电流转换电路10转换成4 20mA电流信号，之后送到后续电路进行规约转换。7)温度变送器I中的元件PtlOO钼电阻温度传感器Rt将温度变化信号输出到温度转换电路2，将温度的电阻信号转换成r20mA电流信号，再经过温度转换电路2转成(TlOV温度电压信号送到自动温度补偿电路8。8)压力变送器3中的元件压力传感器输出的(T90mV传感信号经过整流滤波放大电路4进行放大,送入型号为AD694的电压电流转换电路10转成4 20mA电流信号,再输出到后续电路进行规约转换。同时，本装置的三通阀采用不锈钢316L，阀体上有与一次设备配套的接口并留有补气口，进出气口均采用自封式针形单向阀。本装置的外壳具有IP55防护等级，适用于户内外安装。利用温度补偿技术保证了微水测量的准确性和稳定性，实际使用参数如下
权利要求1.一种六氟化硫密度微水监测装置，其特征在于，包括:温度变送器、温度转换电路、压力变送器、整流滤波放大电路以及顺次相连的露点变送器、高频振荡电路、频率电压转换电路、自动温度补偿电路、校准电路和电压电流转换电路，其中:压力变送器的输出端与整流滤波放大电路的输入端相连；露点变送器的输出端与高频振荡电路的输入端相连，高频振荡电路的输出端与频率电压转换电路的输入端相连；温度变送器的输出端与温度转换电路的输入端相连，温度转换电路的输出端和频率电压转换电路的输出端均与自动温度补偿电路相连，自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的露点变送器采用集成芯片，包括与高频振荡电路输入端相连的电容湿敏元件。
3.根据权利要求1所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的温度变送器采用集成芯片，包括与温度转换电路相连的温度传感器。
4.根据权利要求1、2或3所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的高频振荡电路包括:第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一放大器和第i 电容，其中:第二电容的一端分别与露点变送器和第一电阻的一端相连,另一端与第一放大器的输出端相连，第三电容、第四电容和第五电容串联且该串联电路的两端分别与第一放大器的负极输入端和输出端相连，第二电阻、第三电阻和第四电阻的一端分别连接于第二电容与第三电容之间、第三电容与第四电容直之间、第四电容与第五电容之间，第五电阻的一端与第一放大器的正极输入端相连，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的另一端均与第十一电容的一端相连，第十一电容的另一端与频率电压转换电路的输入端相连。
5.根据权利要求1、2或3所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的频率电压转换电路包括:若干二极管、第二放大器、第三放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻，其中:第一二极管和第二二极管反向并联且连接于第二放大器的负极输入端和输出端之间，第二放大器的负极输入端与第十三电容相连，第二放大器的正极输入端与第六电阻的一端相连，第七电阻的两端分别连接第二放大器的输出端和第三放大器的负极输入端，第八电阻与第三二极管的串联，该串联电路与第四二极管并联，该并联电路两端分别与第三放大器的负极输入端和输出端相连，第三二极管的负极与第四二极管的正极相连，第三放大器的正极输入端与第九电阻的一端相连，第三放大器与电压源相连，第六电阻的另一端和第九电阻的另一端并联且与第五二极管及第十电阻串联。
6.根据权利要求1、2或3所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的自动温度补偿电路为可变增益放大电路，包括:第四放大器、第十一电阻、第十二电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻和第一电位器，其中:第i 电阻和第一电位器的一端均与频率电压转换电路的输出端相连，第十一电阻的另一端与第四放大器的负极输入端相连，第六电容与第十二电阻并联，该并联电路的两端分别与第四放大器的负极输入端和第十六电阻相连，第四放大器与电压源相连且正极输入端与第一电位器相连，输出端与第十五电阻相连，第十五电阻与校准电路的输入端相连，第一电位器与第十四电阻串联，第十四电阻和第十六电阻均接地。
7.根据权利要求1、2或3所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的校准电路为运算放大器电路，包括:相串联的满度校准电路和零度校准电路。
8.根据权利要求7所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的满度校准电路包括:第十七电阻、第十八电阻、第五放大器和第二电位器，其中:第五放大器的负极输入端和输出端之间连接有第十七电阻，正极输入端与自动温度补偿电路的输出端相连，输出端连接第二电位器，第二电位器与零度校准电路的输入端相连，第十八电阻的一端与放大器的负极输入端相连，另一端接地。
9.根据权利要求7所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的零度校准电路包括:第六放大器、第十九电阻、第二十电阻和第三电位器，其中:第六放大器与电压源相连且其正极输入端与满度校准电路的输出端相连，输出端与电压电流转换电路相连，负极输入端与输出端之间连接有第二十电阻，第三电位器分别与第六放大器和电压源相连，第十九电阻的一端与第六放大器的负极输入端相连，另一端接地。
10.根据权利要求1、2或3所述的六氟化硫密度微水监测装置，其特征是，所述的整流滤波放大电路包括:第二i^一电阻、第七放大器、顺次串联的第二十二电阻、第八电容、第十电容和第二十三电阻，其中:压力变送器的输出端分别与第七放大器的正极输入端和负极输入端相连，第二十一电阻的两端分别与第七放大器的负极输入端和输出端连接，第七放大器的正极输入端与第二十二电阻的另一端相连，输出端分别与第二十三电阻的另一端以及电压电流转换电路的 输入端相连。
专利摘要一种电力设备领域的六氟化硫密度微水监测装置，压力变送器的输出端与整流滤波放大电路的输入端相连；露点变送器的输出端与高频振荡电路的输入端相连，高频振荡电路的输出端与频率电压转换电路的输入端相连；温度变送器的输出端与温度转换电路的输入端相连，温度转换电路的输出端和频率电压转换电路的输出端均与自动温度补偿电路相连，自动温度补偿电路的输出端与校准电路的输入端相连，校准电路的输出端和整流滤波放大电路的输出端均与电压电流转换电路相连。本实用新型采用自动温度补偿，测量SF6气体的温度，并通过自动温度补偿电路进行温度的补偿，减少水分的误差，解决了SF6气体微水含量测量过程中采样、密封和泄露技术难点。
文档编号G01N9/00GK202916229SQ20122059724
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者李刚, 魏立新, 朱长明, 田正雄 申请人:思源电气股份有限公司