變壓器色譜實驗在線監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行了介紹，并對氣敏激勵以及試驗特征進行了分析。新型傳感器不同于傳統傳感器的運行機理，文中對變壓器以及色譜試驗進行了探討，對新型傳感器進行變壓器色譜試驗的在線監測的可行性進行了討論。

關鍵詞：變壓器色譜試驗 在線監測 新型傳感器

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

1 油色譜法傳感器的使用現狀

在現代電力工程中，有許多可以對變壓器故障進行分析的檢測方式，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，傳感器是進行油色譜在線監測的一項重要技術。在現代的電力工程中，國內外的各個專業機構都根據油色譜的使用狀況進行了研究，并成功研制了許多油色譜在線監測傳感器，其主要目的是為了提高油色譜檢驗的精確度。但是在實際使用時，大多數傳感器都有一定的缺點，而且電化學傳感器由于其性質原因，難以穩定地進行長期工作，除了用于監測H2之外，對于其他烴類氣體的反應都較差，難以得到廣泛使用。除此之外，導熱式傳感器在進行監測時，其靈敏度偏低，而且不能對CO等氣體進行監測；接觸燃燒式傳感器在進行使用時，通常將其安裝在監測系統色譜柱的末端，如果想要使其進行工作，就需要通入相應的氧氣輔助燃燒，但如果在色譜柱中通入氧氣，則也有可能導致其中固定相的化學鍵發生斷裂，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氣體總量檢測儀。另外，常用的SnO2半導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定性較差，同時還包含有加熱極與檢測極，這就導致檢測室中的檢測氣體容易擴散，從而產生渦流，不僅會對測量結果造成影響，其測量精度也會有所降低。

2 新型傳感器結構以及原理

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，在進行長期檢測工作時也有較高的穩定性和線性度，能夠滿足現代傳感器所必要的條件。

熱線型半導體傳感器是將待測氣體吸附于表面，致使其產生一定的電導變化，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，并將其燒結成半導體敏感膜，而鉑絲作為加熱物對其進行加熱，并與半導體敏感膜相互連接，將兩個并聯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。傳感器在進行運作時，通過橋式回路進行連接，而電路中的其他電阻均采用普通電阻作為電流控制。該文中所強調的傳感器結構采用燒結N型SnO2半導體傳感器，這種半導體傳感器中載流子采用電子，當傳感器與具有還原性的氣體接觸時，N型半導體中的電子數目明顯增大，載流子增加，導致回路中電阻降低，再根據電阻數值進行反饋；而當傳感器遭遇氧化性較強的氣體時，N型半導體中的電子被氧化性氣體搶奪，導致回路中電子數目減少，載流子減少，從而引起電阻增大。同時，當N型半導體傳感器保持高溫運作時，其中的敏感膜與可燃性氣體接觸時會發生反應，這樣做的結果就有可能導致敏感膜的電阻發生變化，同時還導致鉑絲溫度升高，從而影響到鉑絲中的電阻變化。通過這一系列復雜的變化過程中，導致傳感器中的并聯電阻發生改變，影響電橋中的平衡關系，系統則將可燃性氣體的濃度以及良好的對數線性關系輸出的電信號進行處理。

這類傳感器所具有的特點與其他傳感器不同，熱線型半導體傳感器中所具有的鉑絲與其中的半導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值與鉑絲電阻差距較小，數值為同一個數量級。傳統的半導體傳感器將半導體敏感層作為測量電阻使用，并將電阻絲進行加熱，不將其接入到測量電路中。

3 控制系統的設計

該文中所使用的新型傳感器的控制系統的主機采用高性能微機，而在傳感器進行現場運行時，每個變壓器旁都將架設一個終端機作為主機的組成部分。通過這種架設方式，將一個主機作為主要信息處理中心，每個主機都對多個終端機進行分布式控制，而終端機中則負責將氣體的分離流程、信號采集以及數據的下載與上傳，從而起到對傳感器狀態的在線監測作用。而在進行主機設計時，為了提高操作工作的友好度，在其中加入了人機交互界面，從而提高了操作的簡便性；主機在進行工作時，可以采用數據接收整理、診斷、故障報警等多項工作，運用這類控制系統能夠使色譜檢測工作更加高效，使傳感器的狀態能夠實時反饋給相關工作人員。

該文中所采用的終端機為89C51單片機作為終端機的CPU。在整個系統電路中采用串行數據總線的方式減小電路板的面積，然而由于信息量過大，導致通信線路堵塞，減少了通信時間。每次進行色譜檢測時，A/D轉換能夠獲得大約8 000個數據，在終端機中，將會對這8 000個數據進行暫存，并進行串行快擦寫，將數據轉存到128 kbits儲存器X25F128中，這樣做能夠保證即使失去電源，數據也不會發生丟失現象。當終端機完成檢測工作后，即通過與主機相互連接的數據傳輸線路將數據發送給主機。

主機與終端機之間的距離較長，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據傳輸通道，這種通信接口與傳統的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現，更加適合應用于節點較少的控制系統中。232以及422之間的數據如果想要相互轉換，即可以采用MAX489E來進行實現。其中帶有抗靜電保護，這個設計可以防止由超過15 kV的電壓而導致的過電壓沖擊對線路以及設備造成的影響。

4 結語

在該文中所提到的新型油色譜監測裝置中，包含了許多電路元件，文中所提及的變壓器與國內外推出的其他變壓油色譜在線監測裝置相比，其造價更加低廉、設備結構更加簡便，便于安裝與操作，油色譜在線監測一直是電力行業中的一項重要工作內容，所以該文對其運行機理加以研究，通過將新型傳感器應用到設備中，能夠有效提高其應用性，值得在現代油色譜在線監測工作中得到發展和推廣。

參考文獻

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