基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置与流程

技术特征：
1.基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，应用于混气比测量装置，所述的混气比测量装置包括：u型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(8)、控温保温层(9)、三通阀(10)、出气阀(11)；所述的u型振荡管(1)底部固定有磁铁(2)，u型振荡管(1)的两个竖管的上部各安装有一个频率计数器(4)；u型振荡管(1)的左侧竖管的管口通过管路与三通阀(10)的第一端口密封连接，三通阀(10)的第二端口、第三端口分别通过管路与外界连接，所述的压力传感器(5)密封连接在u型振荡管(1)的左侧竖管的管口与三通阀(10)的第一端口之间的管路上；u型振荡管(1)的右侧竖管的管口通过管路与出气阀(11)的进气端密封连接，出气阀(11)的出气端与排气管路密封连接；第一温度传感器(6)安装在u型振荡管(1)的左侧竖管与右侧竖管之间；所述的电子激发振荡器(3)安装在固定有磁铁(2)的下方；所述的u型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、出气阀(11)均安装在控温保温层(9)内，所述的第二温度传感器(7)安装在控温保温层(9)外壁上，所述的第三温度传感器(8)安装在控温保温层(9)内壁上；所述的混气比测量方法包括：s1、对混气比测量装置进行标定；s2、向u型振荡管(1)中充入压力为p0的待测三元混合气体，记录此时u型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期t0，测得标准状态下该三元混合气体的密度为ρ0，建立密度ρ0与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；s3、继续向u型振荡管(1)中充入待测三元混合气体至压力为p1，使得p1＝2p0，记录此时u型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期t1，测得标准状态下u型振荡管(1)中气体的密度为ρ1，建立密度ρ1与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；s4、将u型振荡管(1)中的三元混合气体释放至压力为p0，然后向u型振荡管(1)中充入纯第一元气体至压力为p1进行替代，记录此时u型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期t2，测得标准状态下u型振荡管(1)中气体的密度为ρ2，建立密度ρ2与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后u型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第二元气体体积；s5、u型振荡管(1)中的气体排空后，向u型振荡管(1)中充入压力为p0的待测三元混合气体，重复步骤s2至s3，并在步骤s4时向u型振荡管(1)中充入纯第二元气体至压力为p1进行替代，记录此时u型振荡管(1)内为混合气体时观测的振荡周期t3，测得标准状态下u型振荡管(1)中气体的密度为ρ3，建立密度ρ3与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系；通过比较替代前后u型振荡管(1)中的气体密度的变化，结合第一元气体、第二元气体和第三元气体的标准状态下的密度，计算得到第一元气体体积；s6、最后根据步骤s4中得到的第二元气体的体积以及步骤s5中得到的第一元气体的体积计算出第三元气体的体积，从而得到三元混合气体的混气比。2.根据权利要求1所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，对混气比测量装置进行标定的方法为：首先将u型振荡管(1)进气管路与洁净空气连接，
打开进气阀(10)和出气阀(11)，使空气保持稳定流速冲洗u型振荡管(1)及相应管路；然后关闭进气阀(10)和出气阀(11)，通过控温保温层(9)使测量装置温度恒定，控制出气阀(11)，使u型振荡管(1)中的气体压力与大气压力平衡，记录此时压力传感器(5)的读数p；启动测量装置，记录稳定的振荡周期t
a
以及u型振荡管(1)的温度t
a
；空气标定完毕后更换纯水进行标定，用纯水冲洗u型振荡管(1)，然后将纯水注满u型振荡管(1)，管内水中应无气泡存在，通过控温保温层(9)使测量装置及管内纯水的温度稳定，启动测量装置，记录稳定的振荡周期t
w
以及u型振荡管(1)的温度t
w
；最后根据记录的数据计算出u型振荡管(1)的常数f。3.根据权利要求2所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，所述的测量装置的常数f的计算公式为：其中，f表示u型振荡管(1)的常数；ρ
w
表示测试温度下水的密度，单位为g/cm3；ρ
a
表示测试温度下空气的密度，单位为g/cm3；t
w
表示u型振荡管(1)内为水时观测的振荡周期，单位为s；t
a
表示u型振荡管(1)内为空气时观测的振荡周期，单位为s。4.根据权利要求3所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，密度ρ0、密度ρ1、密度ρ2计算公式为：计算公式为：其中，ρ
w
表示测试温度下水的密度，单位为g/cm3；t
w
表示u型振荡管(1)内为水时观测的振荡周期，单位为s。5.根据权利要求4所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，建立密度ρ0与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系如下：ρ
0v0
＝v1ρ
11
v2ρ
12
v3ρ
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，v1为第一元气体的体积，v2为第二元气体的体积，v3为第三元气体的体积，ρ
11
为标准状态下第一元气体的密度，ρ
12
为为标准状态下第三元气体的密度，ρ
13
为标准状态下第三元气体的密度。6.根据权利要求5所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，建立密度ρ1与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系如下：ρ
1v0
＝2v1ρ
11
2v2ρ
12
2v3ρ
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)。7.根据权利要求6所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，建立密度ρ2与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系如下：ρ
2v0
＝ρ
11
(v1 v2 v3) ρ
11v1
ρ
12v2
ρ
13v3
ꢀꢀꢀ
(5)由公式(5)减去公式(4)得到第二元气体体积的公式如下：
8.根据权利要求7所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，建立密度ρ3与第一元气体、第二元气体以及第三元气体气体体积、标准状态下密度的关系如下：ρ
3v0
＝ρ
12
(v1 v2 v3) ρ
11v1
ρ
12v2
ρ
13v3
ꢀꢀꢀ
(7)由公式(7)减去公式(4)得到第一元气体体积的公式如下：9.根据权利要求1-8任一项所述的所述的基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法，其特征在于，所述的三元混合气体为：sf6/co2/cf3i或c4f7n/co2/o2。10.基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法的装置，其特征在于，包括：u型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、第二温度传感器(7)、第三温度传感器(8)、控温保温层(9)、三通阀(10)、出气阀(11)；所述的u型振荡管(1)底部固定有磁铁(2)，u型振荡管(1)的两个竖管的上部各安装有一个频率计数器(4)；u型振荡管(1)的左侧竖管的管口通过管路与三通阀(10)的第一端口密封连接，三通阀(10)的第二端口、第三端口分别通过管路与外界连接，所述的压力传感器(5)密封连接在u型振荡管(1)的左侧竖管的管口与三通阀(10)的第一端口之间的管路上；u型振荡管(1)的右侧竖管的管口通过管路与出气阀(11)的进气端密封连接，出气阀(11)的出气端与排气管路密封连接；第一温度传感器(6)安装在u型振荡管(1)的左侧竖管与右侧竖管之间；所述的电子激发振荡器(3)安装在固定有磁铁(2)的下方；所述的u型振荡管(1)、磁铁(2)、电子激发振荡器(3)、频率计数器(4)、压力传感器(5)、第一温度传感器(6)、出气阀(11)均安装在控温保温层(9)内，所述的第二温度传感器(7)安装在控温保温层(9)外壁上，所述的第三温度传感器(8)安装在控温保温层(9)内壁上。

技术总结
基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置，本发明属于电力系统检测技术领域，解决如何采用气体替代法测量三元混合气体的混气比的问题；本发明的技术方案基于测量混合绝缘气体密度的原理，采用气体替代法进行混合绝缘气体混气比的测量，适用于目前所有的三元混合绝缘气体的混气比测定，也可实现全量程(0％～100％)、高精度、线性、常压与带压测量，同时也能满足其它非绝缘的三元混合气体的混气比检测，适用范围广，通过直接使用纯组分气体参与测试，组分的选取灵活，同时无需配制标准气体，测试成本低。测试成本低。测试成本低。


技术研发人员：刘子恩 黄伟明 赵跃 马凤翔 袁小芳 祁炯 宋玉梅 朱峰 魏存金 郭靖
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司 国家电网有限公司
技术研发日：2021.10.14
技术公布日：2022/1/14