變壓器色譜實(shí)驗(yàn)在線監(jiān)測的新型傳感器研究

熱汗古力·艾孜孜++阿力木江·艾爾肯

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.057

摘 要：該文對一種新型的熱線新傳感器進(jìn)行了介紹，并對氣敏激勵以及試驗(yàn)特征進(jìn)行了分析。新型傳感器不同于傳統(tǒng)傳感器的運(yùn)行機(jī)理，文中對變壓器以及色譜試驗(yàn)進(jìn)行了探討，對新型傳感器進(jìn)行變壓器色譜試驗(yàn)的在線監(jiān)測的可行性進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：變壓器色譜試驗(yàn) 在線監(jiān)測 新型傳感器

中圖分類號：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0057-02

1 油色譜法傳感器的使用現(xiàn)狀

在現(xiàn)代電力工程中，有許多可以對變壓器故障進(jìn)行分析的檢測方式，而其中，油色譜法是一種使用較為廣泛且重要的檢測方式，對于這種檢測方式來說，傳感器是進(jìn)行油色譜在線監(jiān)測的一項(xiàng)重要技術(shù)。在現(xiàn)代的電力工程中，國內(nèi)外的各個專業(yè)機(jī)構(gòu)都根據(jù)油色譜的使用狀況進(jìn)行了研究，并成功研制了許多油色譜在線監(jiān)測傳感器，其主要目的是為了提高油色譜檢驗(yàn)的精確度。但是在實(shí)際使用時，大多數(shù)傳感器都有一定的缺點(diǎn)，而且電化學(xué)傳感器由于其性質(zhì)原因，難以穩(wěn)定地進(jìn)行長期工作，除了用于監(jiān)測H2之外，對于其他烴類氣體的反應(yīng)都較差，難以得到廣泛使用。除此之外，導(dǎo)熱式傳感器在進(jìn)行監(jiān)測時，其靈敏度偏低，而且不能對CO等氣體進(jìn)行監(jiān)測；接觸燃燒式傳感器在進(jìn)行使用時，通常將其安裝在監(jiān)測系統(tǒng)色譜柱的末端，如果想要使其進(jìn)行工作，就需要通入相應(yīng)的氧氣輔助燃燒，但如果在色譜柱中通入氧氣，則也有可能導(dǎo)致其中固定相的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，對色譜柱的分離性能造成影響。所以，這種檢測方式只適合用于無需色譜柱的氫氣檢測儀或可燃?xì)怏w總量檢測儀。另外，常用的SnO2半導(dǎo)體型氣敏傳感器可以對H2、CO、CH4等特征氣體加以測量，但是由于這種測量方式穩(wěn)定性較差，同時還包含有加熱極與檢測極，這就導(dǎo)致檢測室中的檢測氣體容易擴(kuò)散，從而產(chǎn)生渦流，不僅會對測量結(jié)果造成影響，其測量精度也會有所降低。

2 新型傳感器結(jié)構(gòu)以及原理

該文中所提到的新型熱線型傳感器具有很高的檢測靈敏度，在進(jìn)行長期檢測工作時也有較高的穩(wěn)定性和線性度，能夠滿足現(xiàn)代傳感器所必要的條件。

熱線型半導(dǎo)體傳感器是將待測氣體吸附于表面，致使其產(chǎn)生一定的電導(dǎo)變化，其中的變化則是將帶有催化劑的SnO2作為檢測物覆蓋在鉑絲上，并將其燒結(jié)成半導(dǎo)體敏感膜，而鉑絲作為加熱物對其進(jìn)行加熱，并與半導(dǎo)體敏感膜相互連接，將兩個并聯(lián)的電阻作為測量元件。這種測量方式具有體積小、能耗低、靈敏度高等特點(diǎn)。傳感器在進(jìn)行運(yùn)作時，通過橋式回路進(jìn)行連接，而電路中的其他電阻均采用普通電阻作為電流控制。該文中所強(qiáng)調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)采用燒結(jié)N型SnO2半導(dǎo)體傳感器，這種半導(dǎo)體傳感器中載流子采用電子，當(dāng)傳感器與具有還原性的氣體接觸時，N型半導(dǎo)體中的電子數(shù)目明顯增大，載流子增加，導(dǎo)致回路中電阻降低，再根據(jù)電阻數(shù)值進(jìn)行反饋；而當(dāng)傳感器遭遇氧化性較強(qiáng)的氣體時，N型半導(dǎo)體中的電子被氧化性氣體搶奪，導(dǎo)致回路中電子數(shù)目減少，載流子減少，從而引起電阻增大。同時，當(dāng)N型半導(dǎo)體傳感器保持高溫運(yùn)作時，其中的敏感膜與可燃性氣體接觸時會發(fā)生反應(yīng)，這樣做的結(jié)果就有可能導(dǎo)致敏感膜的電阻發(fā)生變化，同時還導(dǎo)致鉑絲溫度升高，從而影響到鉑絲中的電阻變化。通過這一系列復(fù)雜的變化過程中，導(dǎo)致傳感器中的并聯(lián)電阻發(fā)生改變，影響電橋中的平衡關(guān)系，系統(tǒng)則將可燃性氣體的濃度以及良好的對數(shù)線性關(guān)系輸出的電信號進(jìn)行處理。

這類傳感器所具有的特點(diǎn)與其他傳感器不同，熱線型半導(dǎo)體傳感器中所具有的鉑絲與其中的半導(dǎo)體敏感膜在電橋中均能夠作為測量電阻使用，并且敏感膜中的電阻數(shù)值與鉑絲電阻差距較小，數(shù)值為同一個數(shù)量級。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體傳感器將半導(dǎo)體敏感層作為測量電阻使用，并將電阻絲進(jìn)行加熱，不將其接入到測量電路中。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該文中所使用的新型傳感器的控制系統(tǒng)的主機(jī)采用高性能微機(jī)，而在傳感器進(jìn)行現(xiàn)場運(yùn)行時，每個變壓器旁都將架設(shè)一個終端機(jī)作為主機(jī)的組成部分。通過這種架設(shè)方式，將一個主機(jī)作為主要信息處理中心，每個主機(jī)都對多個終端機(jī)進(jìn)行分布式控制，而終端機(jī)中則負(fù)責(zé)將氣體的分離流程、信號采集以及數(shù)據(jù)的下載與上傳，從而起到對傳感器狀態(tài)的在線監(jiān)測作用。而在進(jìn)行主機(jī)設(shè)計(jì)時，為了提高操作工作的友好度，在其中加入了人機(jī)交互界面，從而提高了操作的簡便性；主機(jī)在進(jìn)行工作時，可以采用數(shù)據(jù)接收整理、診斷、故障報(bào)警等多項(xiàng)工作，運(yùn)用這類控制系統(tǒng)能夠使色譜檢測工作更加高效，使傳感器的狀態(tài)能夠?qū)崟r反饋給相關(guān)工作人員。

該文中所采用的終端機(jī)為89C51單片機(jī)作為終端機(jī)的CPU。在整個系統(tǒng)電路中采用串行數(shù)據(jù)總線的方式減小電路板的面積，然而由于信息量過大，導(dǎo)致通信線路堵塞，減少了通信時間。每次進(jìn)行色譜檢測時，A/D轉(zhuǎn)換能夠獲得大約8 000個數(shù)據(jù)，在終端機(jī)中，將會對這8 000個數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存，并進(jìn)行串行快擦寫，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到128 kbits儲存器X25F128中，這樣做能夠保證即使失去電源，數(shù)據(jù)也不會發(fā)生丟失現(xiàn)象。當(dāng)終端機(jī)完成檢測工作后，即通過與主機(jī)相互連接的數(shù)據(jù)傳輸線路將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)。

主機(jī)與終端機(jī)之間的距離較長，該文中的所探討的線路長度約為1.2 km，其中采用了422串行通信接口作為數(shù)據(jù)傳輸通道，這種通信接口與傳統(tǒng)的485相比，雖然通信線路中多出2根，但是能夠使全雙工通信得以實(shí)現(xiàn)，更加適合應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)較少的控制系統(tǒng)中。232以及422之間的數(shù)據(jù)如果想要相互轉(zhuǎn)換，即可以采用MAX489E來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其中帶有抗靜電保護(hù)，這個設(shè)計(jì)可以防止由超過15 kV的電壓而導(dǎo)致的過電壓沖擊對線路以及設(shè)備造成的影響。

4 結(jié)語

在該文中所提到的新型油色譜監(jiān)測裝置中，包含了許多電路元件，文中所提及的變壓器與國內(nèi)外推出的其他變壓油色譜在線監(jiān)測裝置相比，其造價(jià)更加低廉、設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡便，便于安裝與操作，油色譜在線監(jiān)測一直是電力行業(yè)中的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容，所以該文對其運(yùn)行機(jī)理加以研究，通過將新型傳感器應(yīng)用到設(shè)備中，能夠有效提高其應(yīng)用性，值得在現(xiàn)代油色譜在線監(jiān)測工作中得到發(fā)展和推廣。

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