论文部分内容阅读
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.057
摘 要：该文对一种新型的热线新传感器进行了介绍，并对气敏激励以及试验特征进行了分析。新型传感器不同于传统传感器的运行机理，文中对变压器以及色谱试验进行了探讨，对新型传感器进行变压器色谱试验的在线监测的可行性进行了讨论。
关键词：变压器色谱试验 在线监测 新型传感器
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0057-02
1 油色谱法传感器的使用现状
在现代电力工程中，有许多可以对变压器故障进行分析的检测方式，而其中，油色谱法是一种使用较为广泛且重要的检测方式，对于这种检测方式来说，传感器是进行油色谱在线监测的一项重要技术。在现代的电力工程中，国内外的各个专业机构都根据油色谱的使用状况进行了研究，并成功研制了许多油色谱在线监测传感器，其主要目的是为了提高油色谱检验的精确度。但是在实际使用时，大多数传感器都有一定的缺点，而且电化学传感器由于其性质原因，难以稳定地进行长期工作，除了用于监测H2之外，对于其他烃类气体的反应都较差，难以得到广泛使用。除此之外，导热式传感器在进行监测时，其灵敏度偏低，而且不能对CO等气体进行监测；接触燃烧式传感器在进行使用时，通常将其安装在监测系统色谱柱的末端，如果想要使其进行工作，就需要通入相应的氧气辅助燃烧，但如果在色谱柱中通入氧气，则也有可能导致其中固定相的化学键发生断裂，对色谱柱的分离性能造成影响。所以，这种检测方式只适合用于无需色谱柱的氢气检测仪或可燃气体总量检测仪。另外，常用的SnO2半导体型气敏传感器可以对H2、CO、CH4等特征气体加以测量，但是由于这种测量方式稳定性较差，同时还包含有加热极与检测极，这就导致检测室中的检测气体容易扩散，从而产生涡流，不仅会对测量结果造成影响，其测量精度也会有所降低。
2 新型傳感器结构以及原理
该文中所提到的新型热线型传感器具有很高的检测灵敏度，在进行长期检测工作时也有较高的稳定性和线性度，能够满足现代传感器所必要的条件。
热线型半导体传感器是将待测气体吸附于表面，致使其产生一定的电导变化，其中的变化则是将带有催化剂的SnO2作为检测物覆盖在铂丝上，并将其烧结成半导体敏感膜，而铂丝作为加热物对其进行加热，并与半导体敏感膜相互连接，将两个并联的电阻作为测量元件。这种测量方式具有体积小、能耗低、灵敏度高等特点。传感器在进行运作时，通过桥式回路进行连接，而电路中的其他电阻均采用普通电阻作为电流控制。该文中所强调的传感器结构采用烧结N型SnO2半导体传感器，这种半导体传感器中载流子采用电子，当传感器与具有还原性的气体接触时，N型半导体中的电子数目明显增大，载流子增加，导致回路中电阻降低，再根据电阻数值进行反馈；而当传感器遭遇氧化性较强的气体时，N型半导体中的电子被氧化性气体抢夺，导致回路中电子数目减少，载流子减少，从而引起电阻增大。同时，当N型半导体传感器保持高温运作时，其中的敏感膜与可燃性气体接触时会发生反应，这样做的结果就有可能导致敏感膜的电阻发生变化，同时还导致铂丝温度升高，从而影响到铂丝中的电阻变化。通过这一系列复杂的变化过程中，导致传感器中的并联电阻发生改变，影响电桥中的平衡关系，系统则将可燃性气体的浓度以及良好的对数线性关系输出的电信号进行处理。
这类传感器所具有的特点与其他传感器不同，热线型半导体传感器中所具有的铂丝与其中的半导体敏感膜在电桥中均能够作为测量电阻使用，并且敏感膜中的电阻数值与铂丝电阻差距较小，数值为同一个数量级。传统的半导体传感器将半导体敏感层作为测量电阻使用，并将电阻丝进行加热，不将其接入到测量电路中。
3 控制系统的设计
该文中所使用的新型传感器的控制系统的主机采用高性能微机，而在传感器进行现场运行时，每个变压器旁都将架设一个终端机作为主机的组成部分。通过这种架设方式，将一个主机作为主要信息处理中心，每个主机都对多个终端机进行分布式控制，而终端机中则负责将气体的分离流程、信号采集以及数据的下载与上传，从而起到对传感器状态的在线监测作用。而在进行主机设计时，为了提高操作工作的友好度，在其中加入了人机交互界面，从而提高了操作的简便性；主机在进行工作时，可以采用数据接收整理、诊断、故障报警等多项工作，运用这类控制系统能够使色谱检测工作更加高效，使传感器的状态能够实时反馈给相关工作人员。
该文中所采用的终端机为89C51单片机作为终端机的CPU。在整个系统电路中采用串行数据总线的方式减小电路板的面积，然而由于信息量过大，导致通信线路堵塞，减少了通信时间。每次进行色谱检测时，A/D转换能够获得大约8 000个数据，在终端机中，将会对这8 000个数据进行暂存，并进行串行快擦写，将数据转存到128 kbits储存器X25F128中，这样做能够保证即使失去电源，数据也不会发生丢失现象。当终端机完成检测工作后，即通过与主机相互连接的数据传输线路将数据发送给主机。
主机与终端机之间的距离较长，该文中的所探讨的线路长度约为1.2 km，其中采用了422串行通信接口作为数据传输通道，这种通信接口与传统的485相比，虽然通信线路中多出2根，但是能够使全双工通信得以实现，更加适合应用于节点较少的控制系统中。232以及422之间的数据如果想要相互转换，即可以采用MAX489E来进行实现。其中带有抗静电保护，这个设计可以防止由超过15 kV的电压而导致的过电压冲击对线路以及设备造成的影响。
4 结语
在该文中所提到的新型油色谱监测装置中，包含了许多电路元件，文中所提及的变压器与国内外推出的其他变压油色谱在线监测装置相比，其造价更加低廉、设备结构更加简便，便于安装与操作，油色谱在线监测一直是电力行业中的一项重要工作内容，所以该文对其运行机理加以研究，通过将新型传感器应用到设备中，能够有效提高其应用性，值得在现代油色谱在线监测工作中得到发展和推广。
参考文献
[1] 阳少军，肖登明，潘勇斌，等.变压器色谱在线监测的新型传感器[J].高电压技术，2002，28（1）：30-31.
[2] 胡劲松.一种变压器色谱基线自适应扣除方法的研究[J].高电压技术，2007，33（8）：115-117，154.
[3] 胡劲松.基于小波和模式匹配的变压器色谱倾斜峰辨识方法[J].计算机与应用化学，2012，29（2）：249-251.
[4] 赵旭彤.变压器色谱信号的在线处理与可拓关联故障诊断[D].上海交通大学，2013.
[5] 赵杰，潘勇斌，李红雷，等.新型变压器油色谱在线监测系统的研制[J].高电压技术，2000，26（6）：20-21，70.
摘 要：该文对一种新型的热线新传感器进行了介绍，并对气敏激励以及试验特征进行了分析。新型传感器不同于传统传感器的运行机理，文中对变压器以及色谱试验进行了探讨，对新型传感器进行变压器色谱试验的在线监测的可行性进行了讨论。
关键词：变压器色谱试验 在线监测 新型传感器
中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0057-02
1 油色谱法传感器的使用现状
在现代电力工程中，有许多可以对变压器故障进行分析的检测方式，而其中，油色谱法是一种使用较为广泛且重要的检测方式，对于这种检测方式来说，传感器是进行油色谱在线监测的一项重要技术。在现代的电力工程中，国内外的各个专业机构都根据油色谱的使用状况进行了研究，并成功研制了许多油色谱在线监测传感器，其主要目的是为了提高油色谱检验的精确度。但是在实际使用时，大多数传感器都有一定的缺点，而且电化学传感器由于其性质原因，难以稳定地进行长期工作，除了用于监测H2之外，对于其他烃类气体的反应都较差，难以得到广泛使用。除此之外，导热式传感器在进行监测时，其灵敏度偏低，而且不能对CO等气体进行监测；接触燃烧式传感器在进行使用时，通常将其安装在监测系统色谱柱的末端，如果想要使其进行工作，就需要通入相应的氧气辅助燃烧，但如果在色谱柱中通入氧气，则也有可能导致其中固定相的化学键发生断裂，对色谱柱的分离性能造成影响。所以，这种检测方式只适合用于无需色谱柱的氢气检测仪或可燃气体总量检测仪。另外，常用的SnO2半导体型气敏传感器可以对H2、CO、CH4等特征气体加以测量，但是由于这种测量方式稳定性较差，同时还包含有加热极与检测极，这就导致检测室中的检测气体容易扩散，从而产生涡流，不仅会对测量结果造成影响，其测量精度也会有所降低。
2 新型傳感器结构以及原理
该文中所提到的新型热线型传感器具有很高的检测灵敏度，在进行长期检测工作时也有较高的稳定性和线性度，能够满足现代传感器所必要的条件。
热线型半导体传感器是将待测气体吸附于表面，致使其产生一定的电导变化，其中的变化则是将带有催化剂的SnO2作为检测物覆盖在铂丝上，并将其烧结成半导体敏感膜，而铂丝作为加热物对其进行加热，并与半导体敏感膜相互连接，将两个并联的电阻作为测量元件。这种测量方式具有体积小、能耗低、灵敏度高等特点。传感器在进行运作时，通过桥式回路进行连接，而电路中的其他电阻均采用普通电阻作为电流控制。该文中所强调的传感器结构采用烧结N型SnO2半导体传感器，这种半导体传感器中载流子采用电子，当传感器与具有还原性的气体接触时，N型半导体中的电子数目明显增大，载流子增加，导致回路中电阻降低，再根据电阻数值进行反馈；而当传感器遭遇氧化性较强的气体时，N型半导体中的电子被氧化性气体抢夺，导致回路中电子数目减少，载流子减少，从而引起电阻增大。同时，当N型半导体传感器保持高温运作时，其中的敏感膜与可燃性气体接触时会发生反应，这样做的结果就有可能导致敏感膜的电阻发生变化，同时还导致铂丝温度升高，从而影响到铂丝中的电阻变化。通过这一系列复杂的变化过程中，导致传感器中的并联电阻发生改变，影响电桥中的平衡关系，系统则将可燃性气体的浓度以及良好的对数线性关系输出的电信号进行处理。
这类传感器所具有的特点与其他传感器不同，热线型半导体传感器中所具有的铂丝与其中的半导体敏感膜在电桥中均能够作为测量电阻使用，并且敏感膜中的电阻数值与铂丝电阻差距较小，数值为同一个数量级。传统的半导体传感器将半导体敏感层作为测量电阻使用，并将电阻丝进行加热，不将其接入到测量电路中。
3 控制系统的设计
该文中所使用的新型传感器的控制系统的主机采用高性能微机，而在传感器进行现场运行时，每个变压器旁都将架设一个终端机作为主机的组成部分。通过这种架设方式，将一个主机作为主要信息处理中心，每个主机都对多个终端机进行分布式控制，而终端机中则负责将气体的分离流程、信号采集以及数据的下载与上传，从而起到对传感器状态的在线监测作用。而在进行主机设计时，为了提高操作工作的友好度，在其中加入了人机交互界面，从而提高了操作的简便性；主机在进行工作时，可以采用数据接收整理、诊断、故障报警等多项工作，运用这类控制系统能够使色谱检测工作更加高效，使传感器的状态能够实时反馈给相关工作人员。
该文中所采用的终端机为89C51单片机作为终端机的CPU。在整个系统电路中采用串行数据总线的方式减小电路板的面积，然而由于信息量过大，导致通信线路堵塞，减少了通信时间。每次进行色谱检测时，A/D转换能够获得大约8 000个数据，在终端机中，将会对这8 000个数据进行暂存，并进行串行快擦写，将数据转存到128 kbits储存器X25F128中，这样做能够保证即使失去电源，数据也不会发生丢失现象。当终端机完成检测工作后，即通过与主机相互连接的数据传输线路将数据发送给主机。
主机与终端机之间的距离较长，该文中的所探讨的线路长度约为1.2 km，其中采用了422串行通信接口作为数据传输通道，这种通信接口与传统的485相比，虽然通信线路中多出2根，但是能够使全双工通信得以实现，更加适合应用于节点较少的控制系统中。232以及422之间的数据如果想要相互转换，即可以采用MAX489E来进行实现。其中带有抗静电保护，这个设计可以防止由超过15 kV的电压而导致的过电压冲击对线路以及设备造成的影响。
4 结语
在该文中所提到的新型油色谱监测装置中，包含了许多电路元件，文中所提及的变压器与国内外推出的其他变压油色谱在线监测装置相比，其造价更加低廉、设备结构更加简便，便于安装与操作，油色谱在线监测一直是电力行业中的一项重要工作内容，所以该文对其运行机理加以研究，通过将新型传感器应用到设备中，能够有效提高其应用性，值得在现代油色谱在线监测工作中得到发展和推广。
参考文献
[1] 阳少军，肖登明，潘勇斌，等.变压器色谱在线监测的新型传感器[J].高电压技术，2002，28（1）：30-31.
[2] 胡劲松.一种变压器色谱基线自适应扣除方法的研究[J].高电压技术，2007，33（8）：115-117，154.
[3] 胡劲松.基于小波和模式匹配的变压器色谱倾斜峰辨识方法[J].计算机与应用化学，2012，29（2）：249-251.
[4] 赵旭彤.变压器色谱信号的在线处理与可拓关联故障诊断[D].上海交通大学，2013.
[5] 赵杰，潘勇斌，李红雷，等.新型变压器油色谱在线监测系统的研制[J].高电压技术，2000，26（6）：20-21，70.