[发明专利]一种检测SF6混合气体成分的装置及方法

权利要求书

1.一种检测SF₆混合气体成分的装置，其特征在于：包括高压直流电源、待检测气体测量罐和光谱检测系统；

所述高压直流电源包括工频调压器、工频试验变压器、两个限流电阻、高压硅堆和高压电容器；所述工频调压器与工频试验变压器相连后与第一限流电阻、高压硅堆、高压电容器串联，经整流电路设计为电压为0～100kV的可调高压直流电源，待测气体测量罐与第二限流电阻串联后再并联在高压电容器的两端，组成气体击穿回路；

所述待检测气体测量罐作为采样容器，与高压直流电源连接构成气体击穿回路，包括高纯硅玻璃罐壁、两个相对的铝平板电极和上下密封盖；所述两个相对的铝平板电极密封于所述高纯硅玻璃罐壁内部，并分别通过设有调距旋钮的金属螺杆固定于上下密封盖上，金属螺杆作为待检测气体测量罐与所述高压直流电源的连接端；两个铝平板电极之间设有一定间隙，设有调距旋钮的金属螺杆用于调节两个铝平板电极间的间隙大小；下密封盖上设有连接气管的通气口，通气口用来作为抽真空连接口，经过抽真空处理后作为待测气体进气口；所述气管上设有气压表和阀门，用于待检测气体测量罐内混合气体的气压调节；

所述光谱检测系统与气体击穿回路相独立设置，包括光触发装置、光纤光谱仪和上位机，所述光触发装置连接光纤光谱仪的输入端，光纤光谱仪的输出端连接上位机，将测得的光谱特性信息传输给上位机；检测时，光纤光谱仪的光纤探头上的光接收口对准待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙；所述上位机用于根据光谱特性计算气体放电过程中的电子数密度和电子温度，结合光谱特性信息对待测气体成分比例进行综合分析。

2.根据权利要求1所述的一种检测SF₆混合气体成分的装置，其特征在于：所述光谱检测系统中光纤光谱仪和上位机要进行如下的抗干扰处理：对光纤光谱仪除导线外的其他部位用金属材质材料进行包裹，对上位机除显示屏和电源线的其他部位进行相同处理。

3.根据权利要求1所述的一种检测SF₆混合气体成分的装置，其特征在于：在气体击穿放电时，光纤探头通过直线光纤与光纤光谱仪相连，光纤探头与光纤光谱仪之间的直线距离为6m～10m；根据测量罐中气体放电的实际情况，人为调整光纤探头上的光接收口与待检测气体测量罐中两个铝平板电极的间隙的距离，以保证光纤光谱仪能采集到有效的光谱信息。

4.一种检测SF₆混合气体成分的方法，采用权利要求1所述的检测SF₆混合气体成分的装置进行，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：对待检测气体测量罐进行抽真空处理，将待检测气体充入待检测气体测量罐，通过待检测气体测量罐上的气压表读取提取的待检测气体气压，当气压达到预设压强值时停止充气；

步骤2：根据待检测气体测量罐中铝平板电极间隙的位置安装光触发装置8和光纤光谱仪9的位置，并设置光谱采集参数，用于获得光谱分析的光谱特性信息；

步骤3：在各个仪器正常工作后，调节工频调压器，均匀缓慢地增加待检测气体测量罐两端电压，直到待检测气体测量罐中气体击穿产生电弧；

步骤4：当气体击穿出现电弧时，立即停止升压，将待检测气体测量罐两端电压降至为零，关闭高压直流电源；

步骤5：光触发装置将光信号通过光纤光谱仪上传给上位机，自动采集含有光谱特性信息的光谱图像；

步骤6：上位机提取光谱图像中铝原子相关谱线的光谱特性信息，并计算待测气体击穿时的电子数密度与电子温度，将光谱特性信息及得到的电子数密度与电子温度与已知的初始成分比例气体的对应参数进行对比，经过对上位机光谱图像、电子数密度与电子温度计算结果的综合分析后，确定待测气体混合比例。

5.根据权利要求4所述的一种检测SF₆混合气体成分的方法，其特征在于：所述步骤1中对待检测气体测量罐进行抽真空处理时，将输气装置、待检测气体测量罐及真空泵经密封连接好，打开待检测气体测量罐上的阀门，然后进行抽真空处理，当真空度达到20Pa以下时，关闭阀门，停止抽真空处理；对经过抽真空处理的待检测气体测量罐充入待测气体时，重新打开待检测气体测量罐上的阀门和输气装置的阀门，向待检测气体测量罐充入待测气体。