本發(fā)明涉及高電壓絕緣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種混合氣體組分比例測定裝置及方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的，氣體絕緣電氣設(shè)備通常使用sf6(六氟化硫)作為絕緣介質(zhì)，但隨著環(huán)境保護的要求越來越高，sf6作為強溫室效應(yīng)氣體，其應(yīng)用受到了限制。取而代之的是將兩種不同氣體按照一定含量比例組成混合絕緣氣體來作為氣體絕緣電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)。由于不同氣體的特性不同，隨著運行年限的增加，不同氣體組分泄露的比例會出現(xiàn)差別。在向氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)補充絕緣氣體前，需要確定設(shè)備內(nèi)現(xiàn)有的混合氣體中兩種不同氣體的組成比例。傳統(tǒng)針對設(shè)備內(nèi)混合氣體的組成比例研究較少，沒有能夠較好地測定電氣設(shè)備中兩種不同氣體的組分比例的裝置，無法為補充氣體提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種混合氣體組分比例測定裝置及方法，該混合氣體組分比例測定裝置及方法能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備中兩種不同氣體的組分比例進行測定，進而能夠為補充氣體提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

其技術(shù)方案如下：

一種混合氣體組分比例測定裝置，包括氣缸、設(shè)于所述氣缸內(nèi)的活塞、用于驅(qū)動所述活塞運動的驅(qū)動機構(gòu)、氣管、溫控機構(gòu)、壓力傳感器以及溫度傳感器，所述氣缸與所述活塞形成可變?nèi)莘e的測量氣室，所述氣管的一端伸入所述氣缸內(nèi)與所述測量氣室連通，所述氣管上設(shè)有閥門，所述溫控機構(gòu)用于調(diào)控所述測量氣室內(nèi)的溫度，所述壓力傳感器用于檢測所述測量氣室內(nèi)的壓力，所述溫度傳感器用于檢測所述測量氣室內(nèi)的溫度。

在其中一個實施例中，所述溫控機構(gòu)包括調(diào)溫控制器以及與所述調(diào)溫控制器電性連接的調(diào)溫件，所述調(diào)溫件設(shè)置在所述氣缸上。

在其中一個實施例中，所述調(diào)溫件為調(diào)溫片，所述調(diào)溫片的形狀與所述氣缸的外壁匹配，所述調(diào)溫片貼合設(shè)置在所述氣缸的外壁上。

在其中一個實施例中，所述調(diào)溫件為半導(dǎo)體制冷片。

在其中一個實施例中，所述驅(qū)動機構(gòu)包括蝸桿、蝸輪以及驅(qū)動電機，所述蝸桿的一端伸入所述氣缸內(nèi)并與所述活塞連接，所述驅(qū)動電機與所述蝸輪驅(qū)動連接，所述蝸輪與所述蝸桿驅(qū)動連接。

在其中一個實施例中，所述活塞與所述氣缸之間設(shè)有密封圈。

在其中一個實施例中，所述混合氣體組分比例測定裝置還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)與所述驅(qū)動機構(gòu)、溫控機構(gòu)、壓力傳感器和溫度傳感器電性連接。

一種混合氣體組分比例測定方法，采用如上所述的混合氣體組分比例測定裝置，包括以下步驟：

s1：配制與待測兩組份混合氣體的氣體組成成分相同且具有不同的組分比例的n份標準兩組分混合氣體，其中，n為正整數(shù)，n≥2；

s2：采用所述混合氣體組分比例測定裝置，測量n份標準兩組分混合氣體在預(yù)設(shè)初始壓力和預(yù)設(shè)初始溫度條件下進行預(yù)設(shè)溫控程序后的壓力-溫度變化，得到n條壓力-溫度標準測量曲線a1～an，得到標準曲線簇{a}；

s3：采用所述混合氣體組分比例測定裝置，測量待測兩組份混合氣體在相同初始壓力和相同初始溫度條件下進行溫控程序后的壓力-溫度變化，得到壓力-溫度測量曲線b；

s4：對比壓力-溫度測量曲線b和標準曲線簇{a}，獲取標準曲線簇{a}中與所述壓力-溫度測量曲線b接近的一條壓力-溫度標準測量曲線ai，則該壓力-溫度標準測量曲線ai所對應(yīng)的兩種不同氣體的組分比例為該待測兩組份混合氣體的組分比例，其中，i為正整數(shù)，2≤i≤n。

在其中一個實施例中，所述步驟s1的具體步驟為：

根據(jù)兩組分混合絕緣氣體的應(yīng)用需求設(shè)置目標配氣比例，在該目標配氣比例的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)選取n個不同的組分比例，配制具有不同組分比例的n份標準兩組分混合氣體。

在其中一個實施例中，所述步驟s2的具體步驟為：

s21：打開閥門，驅(qū)動機構(gòu)控制活塞運動通過氣管排出氣缸內(nèi)的所有氣體，驅(qū)動機構(gòu)控制活塞運動通過氣管吸入定量的其中一份標準兩組分混合氣體，關(guān)閉閥門；

s22：驅(qū)動機構(gòu)控制活塞運動調(diào)節(jié)測量氣室的容積，溫控機構(gòu)調(diào)控測量氣室內(nèi)的溫度，使測量氣室中的第1份標準兩組分混合氣體達到預(yù)設(shè)初始壓力和預(yù)設(shè)初始溫度；

s23：按照預(yù)設(shè)溫控程序，溫控機構(gòu)逐步對測量氣室內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)，同時記錄測量氣室內(nèi)的氣壓變化及溫度變化，獲得一條壓力-溫度標準測量曲線；

s24：重復(fù)步驟s21～s23，得到n條壓力-溫度標準測量曲線a1～an，得到標準曲線簇{a}。

本發(fā)明的有益效果在于：

所述混合氣體組分比例測定裝置，對電氣設(shè)備中兩種不同氣體的組分比例進行測定時，獲取待測兩組份混合氣體，配置與待測兩組份混合氣體的氣體組成成分相同且具有不同組分比例的n份標準兩組分混合氣體，將待測兩組份混合氣體、n份標準兩組分混合氣體分別通入測量氣室內(nèi)進行測試，通過該測定裝置能夠獲得待測兩組份混合氣體的壓力-溫度變化曲線b及n份標準兩組分混合氣體對應(yīng)的n條標準測量曲線a1～an，然后將壓力-溫度測量曲線b和n條標準測量曲線a1～an進行對照，獲取與壓力-溫度測量曲線b最接近的一條壓力-溫度標準測量曲線ai，則該壓力-溫度標準測量曲線ai所對應(yīng)的兩種不同氣體的組分比例即為該待測兩組份混合氣體的組分比例。所述混合氣體組分比例測定裝置，能夠方便地得到電氣設(shè)備中兩種不同氣體的組分比例，能應(yīng)用于使用兩組分混合絕緣氣體的氣體絕緣電氣設(shè)備中，為其補充絕緣氣體時提供參考數(shù)據(jù)，并且，壓力-溫度變化曲線b及n份標準兩組分混合氣體的n條標準測量曲線a1～an均通過同一裝置測定獲取，能夠很大程度上避免儀器誤差引起的測量偏差，組分比例測定準確。

所述混合氣體組分比例測定方法，采用上述的混合氣體組分比例測定裝置對待測兩組份混合氣體的組分比例進行測定，方法簡單，組分比例測定準確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例所述的混合氣體組分比例測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的混合氣體組分比例測定方法的流程示意圖。

附圖標記說明：

100、氣缸，110、測量氣室，200、活塞，300、驅(qū)動機構(gòu)，310、蝸桿，320、蝸輪，330、驅(qū)動電機，400、氣管，500、溫控機構(gòu)，510、調(diào)溫控制器，520、調(diào)溫件，600、壓力傳感器，700、溫度傳感器，800、閥門，900、控制系統(tǒng)。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施方式。相反地，提供這些實施方式的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。相反，當元件被稱作“直接在”另一元件“上”時，不存在中間元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實施方式。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。本文所使用的術(shù)語“第一”、“第二”等在本文中用于區(qū)分對象，但這些對象不受這些術(shù)語限制。

如圖1所示，一種混合氣體組分比例測定裝置，包括氣缸100、設(shè)于所述氣缸100內(nèi)的活塞200、用于驅(qū)動所述活塞200運動的驅(qū)動機構(gòu)300、氣管400、溫控機構(gòu)500、壓力傳感器600以及溫度傳感器700。所述氣缸100與所述活塞200形成可變?nèi)莘e的測量氣室110。所述氣管400的一端伸入所述氣缸100內(nèi)與所述測量氣室110連通，所述氣管400上設(shè)有閥門800。所述溫控機構(gòu)500用于調(diào)控所述測量氣室110內(nèi)的溫度。所述壓力傳感器600用于檢測所述測量氣室110內(nèi)的壓力。所述溫度傳感器700用于檢測所述測量氣室110內(nèi)的溫度。

所述混合氣體組分比例測定裝置，對電氣設(shè)備中兩種不同氣體的組分比例進行測定時，獲取待測兩組份混合氣體，配置與待測兩組份混合氣體的氣體組成成分相同且具有不同組分比例的n份標準兩組分混合氣體，將待測兩組份混合氣體、n份標準兩組分混合氣體分別通入測量氣室110內(nèi)進行測試，通過該測定裝置能夠獲得待測兩組份混合氣體的壓力-溫度變化曲線b及n份標準兩組分混合氣體對應(yīng)的n條標準測量曲線a1～an，然后將壓力-溫度測量曲線b和n條標準測量曲線a1～an進行對照，獲取與壓力-溫度測量曲線b最接近的一條壓力-溫度標準測量曲線ai，則該壓力-溫度標準測量曲線ai所對應(yīng)的兩種不同氣體的組分比例即為該待測兩組份混合氣體的組分比例。所述混合氣體組分比例測定裝置，能夠方便地得到電氣設(shè)備中兩種不同氣體的組分比例，能應(yīng)用于使用兩組分混合絕緣氣體的氣體絕緣電氣設(shè)備中，為其補充絕緣氣體時提供參考數(shù)據(jù)，并且，壓力-溫度變化曲線b及n份標準兩組分混合氣體的n條標準測量曲線a1～an均通過同一裝置測定獲取，能夠很大程度上避免儀器誤差引起的測量偏差，組分比例測定準確。本實施例所述的混合氣體組分比例測定裝置尤其適用于對氣體絕緣電氣設(shè)備中兩種氣體按照一定比例組成的混合絕緣氣體的比例組分測定，能夠為補充絕緣氣體提供數(shù)據(jù)依據(jù)，再配合另外的補氣裝置，可以實現(xiàn)混合絕緣氣體補氣的自動化。

本實施例所述的混合氣體組分比例測定裝置，氣缸100內(nèi)部能夠形成測量氣室110，通過驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200在氣缸100內(nèi)部運動，能夠使得測量氣室110的容積發(fā)生變化，進而能夠改變測量氣室110內(nèi)的壓力，壓力傳感器600能夠檢測測量氣室110內(nèi)的壓力，溫度傳感器700能夠檢測測量氣室110內(nèi)的溫度。所述混合氣體組分比例測定裝置對兩種不同氣體的組分比例進行測定時的工作原理為：打開閥門800，通過驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動使得氣缸100內(nèi)的所有氣體通過氣管400排出；通過驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動，使得氣缸100內(nèi)通過氣管400吸入一定量的待測試氣體，關(guān)閉閥門800，其中，待測試氣體為待測兩組份混合氣體、n份標準兩組分混合氣體中的其中一種；通過驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動調(diào)節(jié)測量氣室110的容積，溫控機構(gòu)500調(diào)控測量氣室110內(nèi)的溫度，使測量氣室110中的待測試氣體達到預(yù)設(shè)初始壓力和預(yù)設(shè)初始溫度，在測試前使得待測試氣體處于等體積條件下；按照預(yù)設(shè)溫控程序，通過溫控機構(gòu)500逐步對測量氣室110內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)，記錄測量氣室110內(nèi)的氣壓變化及溫度變化，獲得待測試氣體隨溫度變化發(fā)生的壓力變化曲線，即獲得一條壓力-溫度曲線；依次重復(fù)上述步驟，即可得到壓力-溫度變化曲線b及n份標準兩組分混合氣體的n條標準測量曲線a1～an。

進一步地，所述溫控機構(gòu)500包括調(diào)溫控制器510以及與所述調(diào)溫控制器510電性連接的調(diào)溫件520，所述調(diào)溫件520設(shè)置在所述氣缸100上。調(diào)溫件520設(shè)置在氣缸100上能夠?qū)飧?00溫度進行調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)測量氣室110內(nèi)的溫度，調(diào)溫控制器510能夠控制調(diào)溫件520按照預(yù)設(shè)溫控程序?qū)飧?00進行作用。本實施例中，所述調(diào)溫件520為調(diào)溫片，所述調(diào)溫片的形狀與所述氣缸100的外壁匹配，所述調(diào)溫片貼合設(shè)置在所述氣缸100的外壁上。進而，調(diào)溫片能夠與所述氣缸100表面緊密接觸，調(diào)溫片進行溫度調(diào)節(jié)時，溫度能夠直接作用于氣缸100，調(diào)溫效果好。

具體地，所述調(diào)溫件520可以為電加熱片、制冷片等結(jié)構(gòu)。本實施例中，所述調(diào)溫件520為半導(dǎo)體制冷片。通過將調(diào)溫件520采用半導(dǎo)體制冷片，一方面，半導(dǎo)體制冷片無運動部件，可靠性較高；另一方面，半導(dǎo)體制冷片能夠與調(diào)溫控制器510組成降溫系統(tǒng)，在實際組分含量測定過程中，可預(yù)設(shè)降溫程序，該降溫系統(tǒng)能夠安照設(shè)定好的降溫程序逐步降低測量氣室110溫度，進而可模擬氣體從氣態(tài)到液態(tài)的相變過程，在冷凝過程中實現(xiàn)測定，相比于將溫度逐步升高、逐步升高再降低或逐步降低再升高的預(yù)設(shè)溫控程序，操作更加簡單方便，測定更加準確。可選地，所述半導(dǎo)體制冷片為至少兩片，至少兩片半導(dǎo)體制冷片均勻間隔設(shè)置在所述氣缸100的外壁上，制冷效果好。

本實施例中，所述驅(qū)動機構(gòu)300包括蝸桿310、蝸輪320以及驅(qū)動電機330，所述蝸桿310的一端伸入所述氣缸100內(nèi)并與所述活塞200連接，所述驅(qū)動電機330與所述蝸輪320驅(qū)動連接，所述蝸輪320與所述蝸桿310驅(qū)動連接。采用蝸輪蝸桿傳動的方式對活塞200進行驅(qū)動，使得活塞200能夠運動改變測量氣室110的容積，結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動可靠。

本實施例中，所述活塞200與所述氣缸100之間設(shè)有密封圈。進而，活塞200與氣缸100之間密封連接，能夠保證測量氣室110內(nèi)氣體保持在一定壓力范圍內(nèi)，提高測定的準確性?？蛇x地，所述密封圈為o型圈，密封效果好，成本低。本實施例中，所述壓力傳感器600及/或所述溫度傳感器700設(shè)置在所述氣缸100的內(nèi)壁上，能夠直接準確測試所述測量氣室110內(nèi)的壓力及/或溫度的變化，測試精度高。

進一步地，所述混合氣體組分比例測定裝置還包括控制系統(tǒng)900，所述控制系統(tǒng)900與所述驅(qū)動機構(gòu)300、溫控機構(gòu)500、壓力傳感器600和溫度傳感器700電性連接?？刂葡到y(tǒng)900能夠控制驅(qū)動機構(gòu)300運動，控制溫控機構(gòu)500控制測量氣室110內(nèi)的溫度，進而實現(xiàn)對測量氣室110內(nèi)壓力與溫度的調(diào)節(jié)，并且，還能夠采集測試過程中壓力傳感器600與溫度傳感器700所檢測的數(shù)據(jù)，進而用于分析計算確定待測兩組分混合氣體的組分含量比例?？蛇x地，所述控制系統(tǒng)900為計算機，操作方便。進一步地，所述控制系統(tǒng)900與溫控機構(gòu)500的調(diào)溫控制器510電性連接，控制系統(tǒng)900通過控制調(diào)溫控制器510，進而控制調(diào)溫件520對氣缸100進行調(diào)溫?？刂葡到y(tǒng)900與驅(qū)動機構(gòu)300的驅(qū)動電機330電性連接。

如圖1、圖2所示，一種混合氣體組分比例測定方法，采用如上所述的混合氣體組分比例測定裝置，包括以下步驟：

s1：配制與待測兩組份混合氣體的氣體組成成分相同且具有不同的組分比例的n份標準兩組分混合氣體，其中，n為正整數(shù)，n≥2；

s2：采用所述混合氣體組分比例測定裝置，測量n份標準兩組分混合氣體在預(yù)設(shè)初始壓力和預(yù)設(shè)初始溫度條件下進行預(yù)設(shè)溫控程序后的壓力-溫度變化，得到n條壓力-溫度標準測量曲線a1～an，得到標準曲線簇{a}；

s3：采用所述混合氣體組分比例測定裝置，測量待測兩組份混合氣體在相同初始壓力和相同初始溫度條件下進行溫控程序后的壓力-溫度變化，得到壓力-溫度測量曲線b；

s4：對比壓力-溫度測量曲線b和標準曲線簇{a}，獲取標準曲線簇{a}中與所述壓力-溫度測量曲線b接近的一條壓力-溫度標準測量曲線ai，則該壓力-溫度標準測量曲線ai所對應(yīng)的兩種不同氣體的組分比例為該待測兩組份混合氣體的組分比例，其中，i為正整數(shù)，2≤i≤n。

具體地，實際操作時，可以按s1、s2、s3、s4的步驟依次執(zhí)行，也可以按s3、s1、s2、s4的步驟依次執(zhí)行。所述混合氣體組分比例測定方法，采用上述的混合氣體組分比例測定裝置對待測兩組份混合氣體的組分比例進行測定，方法簡單，組分比例測定準確。此外，在得到標準曲線簇{a}后，當后續(xù)還需要對其他待測兩組份混合氣體進行組分測定時，若該其他待測兩組份混合氣體的兩種氣體組成成分與標準兩組分混合氣體的兩種氣體組成成分相同，則可無需進行步驟s1和s2，直接進行步驟s3，獲取該其他待測兩組份混合氣體的壓力-溫度測量曲線b′，然后與標準曲線簇{a}對照即可，采用本實施例的混合氣體組分比例測定裝置進行測定時只用進行一次，操作方便。

進一步地，所述步驟s1的具體步驟為：根據(jù)兩組分混合絕緣氣體的應(yīng)用需求設(shè)置目標配氣比例，在該目標配氣比例的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)選取n個不同的組分比例，配制具有不同組分比例的n份標準兩組分混合氣體。通過以兩組分混合絕緣氣體的應(yīng)用需求為目標配氣比例，并在目標配氣比例的附近一定范圍內(nèi)選取n個不同的組分比例，實際針對性更強，能夠針對氣體絕緣電氣設(shè)備中的兩組分混合絕緣氣體進行比例測定，得到的標準曲線簇{a}能夠更加接近于壓力-溫度測量曲線b，可進一步提高組分比例測定的精度。

進一步地，所述步驟s2的具體步驟為：

s21：打開閥門800，驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動通過氣管400排出氣缸100內(nèi)的所有氣體，驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動通過氣管400吸入定量的其中一份標準兩組分混合氣體，關(guān)閉閥門800；

s22：驅(qū)動機構(gòu)300控制活塞200運動調(diào)節(jié)測量氣室110的容積，溫控機構(gòu)500調(diào)控測量氣室110內(nèi)的溫度，使測量氣室110中的第1份標準兩組分混合氣體達到預(yù)設(shè)初始壓力和預(yù)設(shè)初始溫度；

s23：按照預(yù)設(shè)溫控程序，溫控機構(gòu)500逐步對測量氣室110內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)，同時記錄測量氣室110內(nèi)的氣壓變化及溫度變化，獲得一條壓力-溫度標準測量曲線；

s24：重復(fù)步驟s21～s23，得到n條壓力-溫度標準測量曲線a1～an，得到標準曲線簇{a}。

采用上述步驟，即可得到n條壓力-溫度標準測量曲線a1～an，操作簡單方便。本實施例中，在步驟s3中，獲取壓力-溫度測量曲線b的具體步驟可參照上述步驟s21～s24，此處不再贅述。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。