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【科普】什么是六氟化硫(SF6)传感器?

 发布时间:2021-03-16 点击量:116

六氟化硫气体是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体,化学式为SF6,是一种无色、无臭、不燃的稳定气体,六氟化硫分子结构呈八面体排布,键合距离小、键合能高,因此其稳定性很高,在温度不超过180℃时,它与电气结构材料的相容性和氮气相似。

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六氟化硫(SF6)气体有毒吗?

纯净的六氟化硫气体是无毒的,但因为其特殊的保存方法,如果泄露会与其他物质产生化学反应,从而变成有害气体。在大电流开断时,由于强烈的电弧放电会产生一些含硫的低氟化物,这些物质反应能力较强,当有水和氧气时又会与电极材料、水分进一步反应,从而分解产生有毒或剧毒的气体。这些有毒的气体主要损害人体的呼吸系统,中毒后会出现类似于感冒、皮肤过敏、呕吐、疲惫等不良反应,吸入80%六氟化硫+20%的氧气的混合气体几分钟后,人体会出现四肢麻木,甚至窒息死亡 。

所以在使用六氟化硫气体时,应特别注意对六氟化硫的检测和防范。目前,我们一般采用六氟化硫传感器来监测六氟化硫的浓度。

六氟化硫(SF6)传感器检测原理

六氟化硫传感器是专为监测六氟化硫而设计的传感器,可以有效监测六氟化硫的浓度,并在超过限值时及时报警,提醒人们免受伤害。基于监测原理的不同,六氟化硫传感器分为八种。

1、高频电离法

采用高频电离法监测时,SF6气体分子可以吸附电子转为大质量电子,其在电磁场中的速度远比电子慢,因而气体会表现出不同的电特性。

优点:检测下限较低,小于100ppb的SF6浓度也可以被检测出来,不会造成中毒现象

缺点:装置复杂,工作稳定性较差,操作不方便,每次使用前都需要标定,对其他电负性气体也很敏感。

2、激光光声法

激光光声法使用波长等于SF6气体吸收峰的激光照射被测气体,当被测气体中含有SF6时,会吸收激光能量并发热膨胀,产生声波。测量声波强度即可获得被测气体中SF6的含量。

优点:检测下限较低,可达1~10ppb

缺点:装置复杂,价格较昂贵,有一定的误报概率,检测取样多,响应速度慢

3、超声波法

SF6气体分子量较大,当气体中含有SF6时,平均分子量变大,其中声速相应降低,测量气体中的声速,可以获得其中的SF6含量。

优点:工作较稳定,装置简单,价格低廉

缺点:分辨率低,检测下限较高(通常在数百ppm以上),受温湿度影响大,受其他气体干扰大。

4、激光光谱法

激光光谱法利用SF6对10.6微米激光的强吸收,测得吸收池中气体的SF6浓度

优点:精度高

缺点:价格昂贵,工作不稳定

5、红外光谱法

红外光谱法采用双光束非分光红外线(NDIR)检测技术。设有测量通道和参考通道,分别家装不同波长的遮光片,使之获得不同波长的红外光,测量通道内波长位于SF6的吸收峰上,参考通道则不在SF6的吸收范围内。检测通过两个通道的红外光,并做对比,比值即表征了被测气体中的SF6浓度。

优点:可以获得真实的SF6浓度值,装置较简单,体积小,精度高,工作稳定,寿命长,漂移小,不中毒

缺点:检测下限高于ECD法、高频电离法和激光光声法,每年需要对传感器进行标定,价格适中

6、高压击穿法

SF6具有很强的灭弧性能,使用高电压击穿气体,当气体中含有SF6时,电弧电流和持续时间都有所变化,检测这种变化,可以探测出SF6气体浓度。

优点:装置简单小巧,也较为灵敏

缺点:使用寿命短,不便于做定量检测

7、电子俘获法(ECD法)

载气在辐射源的作用下电离,SF6等电负性分子俘获电子成为负离子,负离子进入电场,因质量不同,电场下速度不同,在窄脉冲电场下不同质量的电负性气体分子产生不同的电流峰。以此可以分辨出多种不同分子量的电负性气体。

优点:对SF6的检测下限值极低,可达ppt级别

缺点:装置带有放射源和高压载气瓶,价格昂贵。线性范围小,SF6浓度稍大即饱和,且有长期拖尾(类似中毒)。

8、负离子捕获法

利用带电的吸嘴(电极)吸气,气体中的SF6由于有强烈的电负性,经过吸嘴时会被吸附带电,产生电流,测量电流可以获得SF6浓度。

优点:装置较简单,操作方便

缺点:装置通常需要配气泵,测下限在零点几ppm级别,远不如激光光声、子俘获等方法,寿命短、反应慢。

六氟化硫传感器的应用

六氟化硫传感器主要检测环境空气中SF6气体含量,当环境中SF6气体含量超标时,能进行实时报警,可以广泛应用于电厂、变电站的高压开关配电室以及高压开关生产车间环境中监测六氟化硫气体浓度,因此,国家也出台了相应的行业标准,如《高压组合电器配电室六氟化硫环境监测系统》机械行业标准。

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