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六氟化硫氣體和SF6傳感器

日期:2025-05-02 12:46
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摘要:六氟化硫(SF6)是一種無色氣體。SF6用于多種工業(yè)應(yīng)用。主要應(yīng)用于電氣設(shè)備絕緣、鎂鑄造工藝和半導(dǎo)體制造。SF6氣體在高溫下分解需要大量能量,對(duì)電弧有較強(qiáng)的冷卻作用,其滅弧能力是空氣的100倍以上。熱導(dǎo)式SF6純度傳感器測(cè)量是經(jīng)典的方式,近些年來由于非分散紅外(NDIR)技術(shù)的進(jìn)步,熱導(dǎo)式方式測(cè)量SF6氣體濃度一度受到冷落和遺忘。但后來工程師發(fā)現(xiàn)非分散紅外(NDIR)方法測(cè)量六氟化硫純度有很大的缺陷,他們也逐步回到經(jīng)典的熱導(dǎo)率的方法上。
六氟化硫氣體和SF6傳感器
SF6是人類已知的強(qiáng)大的溫室氣體,比二氧化碳(CO2)升溫23500倍,其排放量近年來迅速上升!“1993年,世界SF6產(chǎn)量為7000噸,預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到每年10000公噸。電力行業(yè)使用了大約80%的電力。2002年,美國(guó)電力行業(yè)SF6排放總量近600公噸,相當(dāng)于1410萬噸CO2,占美國(guó)工業(yè)過程溫室氣體排放總量的5%。–大觀研究

“只要一公斤的SF6就能讓地球變暖,就像24人從倫敦飛回紐約一樣。”。 ——BBC新聞,環(huán)境記者報(bào)道。

六氟化硫(SF6)是一種無色氣體。SF6用于多種工業(yè)應(yīng)用。主要應(yīng)用于電氣設(shè)備絕緣、鎂鑄造工藝和半導(dǎo)體制造。除工業(yè)應(yīng)用外,SF6還可作為超聲造影劑和眼科填塞氣體應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。它已被確定為溫室氣體之一。 U、 美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書館
六氟化硫氣體的性質(zhì): 純六氟化硫SF6是常溫常壓下無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體。密度是空氣的5倍,實(shí)際散熱能力優(yōu)于空氣。電負(fù)性強(qiáng)(電子親和力為3.4eV,其分子具有較強(qiáng)的吸收自由電子形成負(fù)離子的能力,因此阻礙放電的形成和發(fā)展,具有較高的介電強(qiáng)度)。SF6對(duì)金屬和絕緣材料無腐蝕作用,具有良好的熱穩(wěn)定性。不易分解。SF6氣體在高溫下分解需要大量能量,對(duì)電弧有較強(qiáng)的冷卻作用,其滅弧能力是空氣的100倍以上,分解氣體具有較強(qiáng)的介電強(qiáng)度)。

為什么電力需要六氟化硫測(cè)試設(shè)備: 由于SF6氣體的這些優(yōu)點(diǎn),SF6斷路器完全取代了傳統(tǒng)的油開關(guān)。SF6電流互感器和電壓互感器也得到了迅速的推廣和應(yīng)用。SF6設(shè)備體積小、可靠、穩(wěn)定。但SF6氣體泄漏是電力行業(yè)的重大事故之一。在正常情況下,大氣中的水分濃度是SF6氣室中的幾十倍。在南方相對(duì)濕度較高的地區(qū),水的濃度差異可能達(dá)到數(shù)百倍。因此,內(nèi)部和外部的巨大濃度差使得水一有機(jī)會(huì)就滲入SF6氣室,導(dǎo)致微水急劇上升。水分在電弧和高溫的作用下與SF6氣體發(fā)生反應(yīng)。水分是腐蝕性和毒性的主要因素。 

另外,因?yàn)镾F6比空氣重。一旦發(fā)生泄漏,它基本上會(huì)流到底部。容易對(duì)工作人員造成各種傷害。SF6泄漏似乎是不可避免的。關(guān)鍵是如何在泄漏超過可接受的安 全水平時(shí)發(fā)出預(yù)警。因此,在電力行業(yè)中有許多參數(shù)需要圍繞SF6進(jìn)行測(cè)試。純度檢測(cè)(檢測(cè)SF6氣體的密度變化,密度值以20時(shí)SF6氣體的壓力表示)、檢漏和分解檢測(cè)是主要的三個(gè)方向。SF6具有很強(qiáng)的紅外吸收特性。
雖然SF6是一種無毒氣體,但它可以取代肺部的氧氣,如果吸入過多會(huì)導(dǎo)致窒息。SF6氣體比空氣重約五倍,如果釋放或泄漏的量足夠大,將積聚在沒有自然通風(fēng)的低洼地區(qū)。 在正常情況下,在沒有足夠氧氣稀釋的情況下接觸SF6可能被認(rèn)為是罕見的;但對(duì)于公用事業(yè)員工,當(dāng)在封閉空間內(nèi)操作SF6填充開關(guān)設(shè)備時(shí),這種接觸完全在正常職責(zé)范圍內(nèi)。事實(shí)上,如果封閉區(qū)域內(nèi)大量SF6氣體泄漏,可能會(huì)對(duì)人員造成真正的窒息危險(xiǎn)。
SF6對(duì)氣候的破壞程度如何? 現(xiàn)在大氣中的濃度很低,只是空氣中二氧化碳含量的一小部分。 然而,到2030年,全球SF6裝機(jī)基數(shù)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)75%。 另一個(gè)問題是SF6是一種合成氣體,不會(huì)被自然吸收或破壞。為了限制對(duì)氣候的影響,所有這些都必須被替換和銷毀。使用SF6的顯著缺點(diǎn)是,在任何已知物質(zhì)中,它具有至高的全球變暖潛能。

在高壓開關(guān)中,需要測(cè)試SF6氣體純度,保證SF6氣體絕緣性。SF6氣體純度一般在90%~100%Vol.。目前SF6純度傳感器測(cè)量方法主要有熱導(dǎo)式和非分散紅外(NDIR)方法。其中熱導(dǎo)測(cè)量原理SF6純度傳感器是很準(zhǔn)確和可靠的方法。

1、熱導(dǎo)測(cè)量原理SF6純度傳感器

熱導(dǎo)測(cè)量原理SF6純度傳感器是經(jīng)典的方式,近些年來由于非分散紅外(NDIR)技術(shù)的進(jìn)步,熱導(dǎo)式方式測(cè)量SF6氣體濃度一度受到冷落和遺忘。但后來工程師發(fā)現(xiàn)非分散紅外(NDIR)方法測(cè)量六氟化硫純度有很大的缺陷,他們也逐步回到經(jīng)典的熱導(dǎo)率的方法上。根據(jù)被測(cè)SF6氣體和背景氣體的熱導(dǎo)率數(shù)不同來計(jì)算其中SF6氣體組份的含量。當(dāng)敏感元件吸附被測(cè)氣體時(shí),熱導(dǎo)率發(fā)生變化,通過調(diào)理電路將熱導(dǎo)系數(shù)變化轉(zhuǎn)為電壓變化,據(jù)此可檢測(cè)氣體中濃度或含量。利用各種氣體不同的熱導(dǎo)系數(shù),即具有不同的熱傳導(dǎo)速率來進(jìn)行測(cè)量的。當(dāng)被測(cè)氣體FS6以恒定的流速流入六氟化硫純度傳感器時(shí),熱導(dǎo)池內(nèi)的鉑熱電阻絲的阻值會(huì)因被測(cè)氣體SF6的濃度變化而變化,運(yùn)用惠斯頓電橋?qū)⒆柚敌盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),通過電路處理將信號(hào)放大、溫度補(bǔ)償、線性化,使其成為六氟化硫濃度測(cè)量值。 熱導(dǎo)SF6純度傳感器具有精度高,重復(fù)好和波動(dòng)性小受到市場(chǎng)應(yīng)用廣泛歡迎,目前也重新贏得工程師的信賴。

采用非分散紅外(NDIR)原理的六氟化硫純度傳感器測(cè)量SF6濃度在95%以上時(shí),由于信號(hào)趨于飽和,數(shù)值具有很大的波動(dòng)性,同時(shí)重復(fù)差,無法滿足高壓開關(guān)內(nèi)六氟化硫純度高精度測(cè)試的要求。SF6-100熱導(dǎo)式傳感器是采用MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)的一款SF6氣體純度傳感器,通過直接測(cè)量氣體熱導(dǎo)率方式運(yùn)行,內(nèi)部沒有加熱燈絲,也不需要參考?xì)?。SF6-100傳感器沒有采用傳統(tǒng)的大功率的恒溫氣室設(shè)計(jì),而采用獨(dú)特溫度補(bǔ)償?shù)乃惴?,可?40℃~+85℃下保證測(cè)量準(zhǔn)確度和重復(fù)性,且波動(dòng)性很小。傳感器同時(shí)功耗只有0.15W,是傳統(tǒng)的熱導(dǎo)原理傳感器的1/20。SF6-100傳感器同時(shí)對(duì)濕度進(jìn)行修正,達(dá)到±1%FS測(cè)量精度。

SF6-100采用的專有的精密的電路設(shè)計(jì),T90響應(yīng)時(shí)間(@1000ml/分鐘)非???,只有3秒,達(dá)到讀數(shù)穩(wěn)定的時(shí)間T100為8秒,而傳統(tǒng)的熱導(dǎo)傳感器需要120~150秒。SF6-100無需加熱恒溫的等待(至少30分鐘加熱時(shí)間),從開機(jī)到測(cè)量工作結(jié)束大約需要在2分鐘內(nèi)完成,極大地提高了測(cè)量效率。SF6-100的體積小、低功耗和重量輕(約150g)的特點(diǎn),非常適合集成便攜式SF6儀表內(nèi)。

低功耗快速響應(yīng)SF6傳感器產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)

  • 無需加熱恒溫等待,即插即用
  • 低功耗,約0.15W
  • 快速響應(yīng),約3秒(T90,@1.0L/min.)。
  • 外形尺寸小、重量輕(150g)
  • 溫度和濕度修正補(bǔ)償
  • 同時(shí)測(cè)量六氟化硫(SF6)濃度、相對(duì)濕度(RH)和溫度三個(gè)參數(shù)
  • 0.5~2.5VDC和5V TTL輸出
  • -40~+85℃寬的工作溫度范圍
  • 長(zhǎng)達(dá)10+年的使用壽命
  • 精度高,重復(fù)性好,波動(dòng)小,適合純度測(cè)量
低功耗快速響應(yīng)SF6傳感器T90和T100響應(yīng)時(shí)間曲線:T90響應(yīng)時(shí)間=3 S @1000 ml/min.; T100讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)間=8 S @1000 ml/min.。

2、非分散紅外(NDIR)SF6純度傳感器測(cè)量原理

SF6純度傳感器是一種基于不同氣體分子的近紅外光譜選擇吸收特性,利用氣體濃度與吸收強(qiáng)度關(guān)系(朗伯-比爾Lambert-Beer定律)鑒別)鑒別氣體組分并確定其濃度的氣體傳感裝置。SF6氣體分子在10.55微米附近有很強(qiáng)的吸收,因此紅外六氟化硫傳感器采用此波長(zhǎng)來測(cè)量其濃度。

由于黑體光源、熱釋電探測(cè)器和濾光片的技術(shù)發(fā)展,非分散紅外(NDIR)原理六氟化硫純度傳感器,因?yàn)樾录夹g(shù)和低功耗一度受到追捧。應(yīng)用工程師后來發(fā)現(xiàn)由于SF6純度傳感器在10.55um波長(zhǎng)附近非常強(qiáng),信號(hào)大。另外六氟化硫氣體測(cè)試的范圍在90~100%Vol.,輸出信號(hào)趨于飽和,在此范圍內(nèi)傳感器讀數(shù)波動(dòng)大,可達(dá)+/-1%;重復(fù)性差,無法滿足SF6氣體純度測(cè)試。近些年來,應(yīng)用工程師也回歸到用經(jīng)典的熱導(dǎo)式方法來測(cè)試SF6氣體純度。

SF6傳感器使用非分散紅外NDIR原理進(jìn)行檢測(cè)。通過紅外光源,響應(yīng)迅速靈敏,抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)。高精度、高重復(fù)性、高穩(wěn)定性。六氟化硫傳感器是專門為監(jiān)測(cè)六氟化硫而設(shè)計(jì)的傳感器??捎行ПO(jiān)測(cè)六氟化硫的濃度。當(dāng)超過限值時(shí),會(huì)及時(shí)報(bào)警,提醒人們避免傷害。SF6傳感器主要檢測(cè)環(huán)境空氣中的SF6氣體含量。當(dāng)環(huán)境中SF6氣體含量超標(biāo)時(shí),可實(shí)時(shí)報(bào)警。可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠高壓開關(guān)配電室、變電站及高壓開關(guān)生產(chǎn)車間對(duì)六氟化硫氣體濃度的監(jiān)測(cè)。讓我們來談?wù)凷F6傳感器在電力行業(yè)中的應(yīng)用和檢測(cè)。

NDIR非分散紅外原理SF6傳感器: SF6傳感器模塊采用非色散紅外技術(shù),具有高靈敏度和高分辨率。無氧依賴,信號(hào)穩(wěn)定。測(cè)量準(zhǔn)確,功耗低,使用壽命長(zhǎng)。SF6傳感器模塊有擴(kuò)散式和泵式兩種,可根據(jù)需要選擇。當(dāng)紅外光源發(fā)出的紅外輻射被一定濃度的被測(cè)氣體吸收后,與六氟化硫氣體濃度成正比的光譜強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。通過計(jì)算吸收光譜強(qiáng)度的變化,可以反演被測(cè)六氟化硫氣體的濃度。采用NDIR原理,結(jié)合先進(jìn)的光路、精密電路和智能軟件。我們開發(fā)研制通用型紅外SF6傳感器能有效的氣體監(jiān)測(cè)。

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