約泰電力設(shè)備（上海）有限公司
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閱讀：3069發(fā)布時間：2021-11-5
SF6氣體濕度的常用檢測方法在濕度測量中有多種方法可以應(yīng)用，目前電力系統(tǒng)常用的六氟化硫氣體濕度檢測方法主要有電解法、阻容法和露點法。
1.電解法
電解法是目前廣泛應(yīng)用的微量水分測量方法之一。人們對此法之所以感興趣，其原因在于這種方法不僅能達到很低的量限，更重要的是因為它是一種測量方法。
（1）測量原理。電解法濕度計的敏感元件是電解池，它的測量原理是基于法拉第電解定律。，法拉第定律由下面兩個定律組成：
1）在電流作用下，被分解物質(zhì)的量與通過電解質(zhì)溶液的電量成正比；
2）由相同電量析出的不同物質(zhì)的量與其化學(xué)當(dāng)量成正比。法拉第第二定律，析出任何一摩爾物質(zhì)所需的電量為96485C。所以可以由消耗的電量來計算電解的物質(zhì)量。在六氟化硫氣體濕度測量中，被電解的物質(zhì)是水。測量特點是當(dāng)被測氣體連續(xù)通過電解池時，其中的水汽被涂敷在電解池上的五氧化二磷膜層全部吸收并電解。在一定的水分濃度和流速范圍內(nèi)，可以認為水分吸收的速度和電解的速度是相同的。也就是說，水分被連續(xù)地吸收同時連續(xù)地被電解。瞬時的電解電流可以看成是氣體含水量瞬時值的尺度。這種濕度測量方法要求通過電解池的氣體的水分必須全部被吸收。測量值是與氣體流速有關(guān)的。因此測量時應(yīng)有額定的流速并保持流速恒定。由測量氣體的流速和電解電流便可測知氣體濕度。
（2）定量基準。由于法拉第電解定律指出電解一摩爾物質(zhì)所消耗的電量是一個常數(shù)，依據(jù)法拉第定律和氣體方程可求出電解電流與氣體含水量之間的關(guān)系式：
式中 F——法拉第常數(shù)（96485C/mol）；
q——氣體流速，mL/min；
φ——氣體含水量的體積分數(shù)，×106；
I——電解電流，μA；
po——標(biāo)準狀況下的氣體壓力（101325Pa）；
T0——標(biāo)準狀況下的氣體溫度（273.15K）；
V0——標(biāo)準狀況下的氣體體積（22.4L/mol）；
p——被測氣體壓力，Pa；
T——被測氣體溫度，K。
式（416）即為電解式水分儀依據(jù)的公式。從式中可以看出，在溫度、壓力、流量不變的前提下，電解電流的大小正比于氣體含水量。當(dāng)被測氣體壓力p=101325Pa，溫度t=293K，q=100mL/min時，氣體含水量φ=1×106（體積分數(shù)），電解電流I=13.2μA。根據(jù)電解電流的大小，儀器可直接顯示氣體含水量。
2.阻容法
阻容法水分儀屬于一種電濕度計。它是利用吸濕物質(zhì)的電學(xué)參數(shù)隨濕度變化的原理借以進行濕度測量的儀器。屬于這一類的濕度計主要有氧化鋁濕度計、碳和陶瓷濕度傳感器，以及利用高聚物膜和各種無機化合物晶體等制作的電阻式濕度傳感器等。我們主要應(yīng)用的是氧化鋁濕度計。
（1）測量原理。氧化鋁濕度計的測量元件是氧化鋁探頭，它是通過電化學(xué)方法在金屬鋁基體表面形成一層氧化鋁膜，進而在膜上淀積一薄層金屬膜，這樣便構(gòu)成了一個電容器。氧化鋁吸附水汽后引起電抗的改變，濕度計的原理就是建立在這一電特性基礎(chǔ)之上的。
（2）傳感器結(jié)構(gòu)。氧化鋁傳感器的核心部分是吸水的氧化鋁膜層，它的結(jié)構(gòu)模型如圖45（a）。氧化鋁膜層布滿了相互平行的且垂直于其平面的管狀微孔，并從表面一直深入到氧化層的內(nèi)部，多孔的氧化鋁膜具有很大的比表面，對水汽有很強的吸附能力。傳感器的等效工作電路如圖45（b）所示，在濕度變化時，R1和C2的變化是明顯的，是具有決定性影響的兩個參量。
3.露點法
露點法是一個古老的測量方法。露點儀建立在可靠的理論基礎(chǔ)之上，具有準確度高、測量范圍寬的特點，在現(xiàn)代濕度測量技術(shù)中占有相當(dāng)重要的位置。
（1）測量原理。露點儀的測量系統(tǒng)是將氣體以一定的流速通過一個金屬鏡面，此金屬鏡面用人工的方法使之冷卻，當(dāng)氣體中的水汽隨鏡面的冷卻達到飽和時，將有露在鏡面上形成，鏡面上附著的水膜和氣體中的水分處于動態(tài)平衡。此時鏡面溫度稱為露點溫度。由此可以測定氣體濕度。也就是說，當(dāng)一定體積的濕氣在恒定的總壓力下被均勻降溫時，在冷卻的過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變，直到氣體中的水汽達到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)稱為露點，由測定露點溫度可以測知氣體濕度。
（2）SF6露點儀結(jié)構(gòu)。由露點法的測試原理可知，一般的露點儀的測試系統(tǒng)主要分為金屬鏡面、制冷系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)和光電系統(tǒng)幾部分。
1）制冷技術(shù)。手動露點儀通常采用干冰（液態(tài)CO2）、液氮制冷。這種儀器一般用于實驗室。它的**特點是可以進行低霜點測量。干冰可以達到78℃，液氮可以達到100℃。使用干冰時常常用乙醇作為冷介質(zhì)傳遞冷量。這種制冷方法的缺點是降溫速度不易控制。自動熱電制冷也就是半導(dǎo)體制冷，其原理是利用帕爾帖效應(yīng)，也就是電偶對的溫差現(xiàn)象。目前廣泛應(yīng)用的電偶對是由鉍碲合金與鉍硒合金組成的N型元件，以及由鉍碲合金組成的P型元件。冷堆由適當(dāng)數(shù)目的制冷元件（N—P電偶對）按串、并的方式連接，利用多級疊加可以獲得不同程度的低溫。如二級疊加可以達到40～45℃，三級疊加可以達到70～80℃，一般不宜超過三級疊加。
2）露點鏡溫度的測量。現(xiàn)代的露點儀鏡面溫度的測量一般都采用熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻。測量露點溫度有兩個最基本的要求，一是露點溫度測量與結(jié)露時間的一致性，測量值與真實露點溫度的偏差要?。欢菧y溫元件安放點的溫度應(yīng)與鏡面溫度一致，兩處的溫度梯度要小。
3）簡單的凝露狀態(tài)監(jiān)控。在簡單的露點儀中通過手動調(diào)節(jié)制冷量來控制鏡面降溫速度，用目測法確定露點的生成。這種露點儀在很大程度上依靠經(jīng)驗來進行測量。
4）光電的凝露狀態(tài)監(jiān)控。自動的現(xiàn)代露點儀大部分采用光電系統(tǒng)來確定露點的生成。光電檢測系統(tǒng)主要包括一個穩(wěn)定的光源和反射光的接收系統(tǒng)（包括光敏元件和電橋）。來自光源的平行光照到鏡面上被鏡面反射，反射光可以用光電管式光敏元件接收。在鏡面結(jié)露之前，只要光源足夠穩(wěn)定，入射光和反射光的光通量基本是穩(wěn)定的。當(dāng)鏡面上出現(xiàn)露點時，入射光就發(fā)生散射，光接收系統(tǒng)接受的光量就減小，光的散射量大致和露層的厚度成正比。利用光敏元件作為惠斯頓電橋的一臂，可以檢出光的變化。也就是說，利用電橋狀態(tài)的變化來判斷露點。
在露點出現(xiàn)前，電橋處于不平衡狀態(tài)，電橋信號輸出控制半導(dǎo)體制冷器的制冷電流。當(dāng)露點出現(xiàn)時，電橋達到平衡，半導(dǎo)體制冷器停止制冷或反向加熱，使鏡面溫度自動保持在露點附近，即自動跟蹤露點。
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