【正文】 題。一體化燃料電池氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖它主要由傳感器外殼、油氣分離膜、微型燃料電池、溫度傳感器(未標(biāo)出)、傳感器蓋及傳感器信號(hào)輸出接頭等組成。是復(fù)合式油氣分離膜示意圖?，F(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，在線監(jiān)測(cè)儀會(huì)定期自動(dòng)地對(duì)傳感器進(jìn)行自我測(cè)試，并與儀器出廠時(shí)的測(cè)試值進(jìn)行比較，確保長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過(guò)程中傳感器始終處于正常工作狀態(tài)。是KG2100A燃料電池型油中氣體傳感器在使用3年多時(shí)間內(nèi)的零漂變化。因?yàn)橄到y(tǒng)的可靠性幾乎是各個(gè)單元的可靠性的乘積。 由于光纖光柵與光纖之間天然的兼容性，很容易將多個(gè)光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成光纖光柵陣列，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式傳感，加上光纖光柵具有普通光纖的許多優(yōu)點(diǎn)外，且本身的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗不受光源功率波動(dòng)和系統(tǒng)損耗影響的特點(diǎn)，因此光纖光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用引起了世界各國(guó)有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大興趣。目前，比較常用的電類溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器。目前常用的封裝方式有基片式、管式和聚合物封裝方式等。在傳感器受到振動(dòng)時(shí)，在慣性力的作用下，質(zhì)量塊帶動(dòng)兩個(gè)矩形梁振動(dòng)使其產(chǎn)生應(yīng)變，傳遞給光纖光柵引起波長(zhǎng)移動(dòng)。前者柵格周期為一個(gè)定值；后者柵格周期是變化的，變化規(guī)律有很多種。從光纖的損耗特性來(lái)看，一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而光纖損耗減小，1．3 um處正好是光纖的一個(gè)低損耗窗口。連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想在高精度襯套的外徑中心與光纖芯子的中心～致時(shí)，把光纖從內(nèi)表面精度很高的套筒兩端插入，并使兩端與襯套同心的光纖對(duì)接。插頭按其端面的形狀可分為3類：Pc型SPC型、APC型。連接器的插針部件使用中，不能旋的太緊，否則會(huì)影響端面的禍合，增加連接器的插人損耗；插針的外圓與纖芯必須高度同心。局放信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖5．1所示，采用全封閉光纖電流傳感器采集局放信號(hào)，傳感器的光源波長(zhǎng)為1310 nm，功率為1．7 mW，光電探測(cè)器響應(yīng)度為O．97～W，響應(yīng)時(shí)間為O．5 ns，外接l k．O檢測(cè)阻抗，傳感光纖100 m，閉合光路直徑為6 cm，光圈數(shù)為500。電極表面和邊緣均打磨光滑。(3)放電量校正：斷開(kāi)電源接線，用標(biāo)定方波發(fā)生器代替電源校正回路的標(biāo)定單位幅值放電量，標(biāo)定單位幅值放電量有I 00、1000 pc三個(gè)檔[1] 李福祺 [2][3] 超寬頻帶局部放電傳感器的研究 成永紅 李 偉 謝恒 高電壓技術(shù) 24（1） 1993[4] ，胡芳，周粲. (5).2003[5] ［日］和田，［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,[6] Judd M D,Cleary G P,Bennoch C J,et al .Power transformer monitoring using UHF sensors:site trials[DB/OL],Conference Record of the 2002 IEEE International Symposium on Electrical Insulation,Boston,MA USA,Apr 710,2002[7] 基于紅外測(cè)溫技術(shù)的高壓電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)傳感器的研究 楊 武, 王小華, 榮命哲, 賈申利. 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) (9) 2002[8]。(d)為沿放電模型，兩個(gè)圓形銅板之間縱向放置一個(gè)直徑20 mm，長(zhǎng)5 mm的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣柱：(e)為懸浮放電模型，兩個(gè)直徑50 mill，厚10 mm圓形銅板電極之間距離為10 mm，接地電極上放5252x5 mm環(huán)氧樹(shù)脂板。法蘭盤(pán)型為C型插孔，具有一定的彈性，便于兩光纖間精確準(zhǔn)直，適合用于單模光纖連接器。常溫、單模使用的情況下端面反射損耗為0 2 dB左右。插針是一個(gè)帶有微孔的精密圓柱體，插針的套筒用金屬制成，在套筒中心有一使光纖剛好插入、與外圓高度同心的小孔?；顒?dòng)連接器伴隨著光通信的發(fā)展而發(fā)展，是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的、應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)元件之一。在1．3lum波長(zhǎng)處，單模光纖的材料色散和波導(dǎo)色散一為正、一為負(fù)，大小也正好相等。此外，人們還通過(guò)光纖光柵應(yīng)變傳感器制成用于測(cè)量公路運(yùn)輸情況的運(yùn)輸計(jì)、用于測(cè)量公路施工過(guò)程中瀝青應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)等。Todd采用雙撓性梁作為轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)了光柵加速度計(jì)。 nm/℃左右，這樣對(duì)于工作波長(zhǎng)在1550nm的光纖光柵來(lái)說(shuō)，測(cè)量100℃的溫度范圍波長(zhǎng)變化僅為lnm。目前常用的封裝方式主要有基片式、管式和基于管式的兩端夾持式。表2氣象色譜技術(shù)和燃料電池技術(shù)產(chǎn)品正常維護(hù)工作量的估算5結(jié)語(yǔ)燃料電池氣體傳感技術(shù)的發(fā)展為變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期高可靠性(魯棒性)、免(少)維護(hù)性和可普及性成為可能。例如在油氣分離、氣氣分離，氣體檢測(cè)及環(huán)境控制四個(gè)步驟上，在線氣象色譜儀常采用機(jī)械方法脫氣、色譜柱分離組分及相應(yīng)的定量系統(tǒng)和控溫單元。另外，一體化燃料電池傳感器也不需要油泵、氣泵和閥門(mén)等易損件。是兩個(gè)使用中KG2100A型傳感器的自我測(cè)試響應(yīng)曲線對(duì)比。如變壓器在運(yùn)行中有異常，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量故障氣體的濃度或其變化趨勢(shì)超過(guò)設(shè)定的注意值時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)警報(bào)，使運(yùn)行、檢修人員能及時(shí)掌握變壓器的狀況并采取相應(yīng)措施。但由于早期的燃料電池型油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)的是復(fù)合(混合)氣體信號(hào)，變壓器油中一氧化碳(CO)的相對(duì)靈敏度較高，因此即使H2含量很低，在變壓器油中存在高濃度CO的情況下，監(jiān)測(cè)儀的讀書(shū)仍有可能超過(guò)報(bào)警值。(2)對(duì)氣體靈敏度高，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)測(cè)定范圍大，重復(fù)性好。長(zhǎng)期以來(lái)，變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)的重要性和必要性在電力系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)人員中形成共識(shí)。PID 可以檢測(cè)大多數(shù)的揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic pound ，簡(jiǎn)稱VOC），簡(jiǎn)單地講，PID可以測(cè)量含碳數(shù)從1（比如，CH2Cl2）一直到10（比如萘）的揮發(fā)性有機(jī)化合物。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。檢測(cè)可燃性氣體可使用半導(dǎo)體、催化燃燒式（抗中毒型）、熱傳導(dǎo)式和紅外式傳感器。我們把可燃?xì)怏w遇火源發(fā)生爆炸的濃度稱為爆炸濃度極限，簡(jiǎn)稱爆炸極限，一般用%表示。氣體傳感器從原理上可以分為三大類：A、利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器：如半導(dǎo)體式（表面控制型、體積控制型、表面電位型）、催化燃燒式、固體熱導(dǎo)式等。測(cè)量范圍在273~473K, ~。一般工程材料的輻射光譜是連續(xù)的，而且其輻射強(qiáng)度曲線和同一溫度下絕對(duì)黑體的輻射強(qiáng)度曲線相似，組成這種材料的物質(zhì)稱為灰體。本研究對(duì)提高基于紅外輻射的非接觸式傳感器工作可靠性和精度方面有一定的創(chuàng)新。近年來(lái)，紅外熱成像儀在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但其價(jià)格昂貴且需要人工操作，不適宜在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制。70年代中期以來(lái),這種探測(cè)器在實(shí)驗(yàn)室的光譜測(cè)量中逐步取代溫差電型探測(cè)器和氣動(dòng)型探測(cè)器。電流的大小除與熱釋電系數(shù)成正比外，還與薄片的溫度變化率成正比，可用來(lái)測(cè)量入射輻射的強(qiáng)弱。而晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間極短，約為皮秒級(jí)。這種極性晶體由于其內(nèi)部晶胞的正、負(fù)電荷重心不重合，在外電場(chǎng)作用下，會(huì)出現(xiàn)類似磁滯回線那樣的電滯回線。1熱探測(cè)器熱探測(cè)器的測(cè)量機(jī)理是熱效應(yīng)，即利用敏感元件因接受紅外輻射而使溫度升高，從而引起一些參數(shù)變化，以達(dá)到測(cè)量紅外輻射的目的。物體溫度不同，其輻射出的能量和波長(zhǎng)都不同，但總是包括紅外線的波普在內(nèi)，且峰值波長(zhǎng)將隨溫度的降低而增加。在進(jìn)一步研究完善后，將成為一種新型檢測(cè)手段。檢波電路輸出的另一路信號(hào)經(jīng)放大整形，再由脈沖’ 方波變換電路將其轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。通過(guò)輸出電路輸出接點(diǎn)信號(hào)送至控制室報(bào)警，提示值班人員采取相應(yīng)處理措施。因此，目前迫切需要一種適合于現(xiàn)場(chǎng)使用的真空開(kāi)關(guān)真空度檢測(cè)裝置。需要特別指出的是，盡管目前超聲傳感器的輸出信號(hào)與局部放電量在數(shù)值上還不成比例關(guān)系，但是傳感器的輸出信號(hào)的幅值仍然可以定性的反映出局部放電量的大小及其突變情況。用適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電路可以將電能施加到壓電晶片上使其作機(jī)械振動(dòng)而發(fā)射超聲波（逆壓電效應(yīng)）；反之，超聲波作用于傳感器的壓電晶片，由壓電晶片將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（壓電效應(yīng)），再經(jīng)前置電路中的帶通濾波器濾波和放大器放大，對(duì)壓電晶片輸出的微弱電信號(hào)就近進(jìn)行放大處理，以提高超聲傳感器的信噪比，同時(shí)有效地解決超聲傳感器與檢測(cè)儀器信號(hào)匹配的問(wèn)題。實(shí)際上在電氣設(shè)備故障前，盡管電氣量還沒(méi)有明顯改變，設(shè)備尚能工作，但有些非電氣量的變化信息（如各種氣體的含量、溫度、壓力和機(jī)械變形等或者伴隨故障出現(xiàn)的發(fā)聲、發(fā)光、發(fā)熱等）卻包含了故障將要發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的信息。優(yōu)秀的回波處理技術(shù)，5－50KHZ的超高強(qiáng)波頻率使物位計(jì)最大量程可達(dá)到120米，適用介質(zhì)溫度為–20℃—107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為 102kg/m2s。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為2325KHZ及4045KHZ。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過(guò)程中有衰減。（3）靈敏度。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。其優(yōu)點(diǎn)是基本不受現(xiàn)場(chǎng)磁場(chǎng)干擾的影響，信噪比高，可以確定放電源的位置；缺點(diǎn)是靈敏度低，不能確定放電量。測(cè)量的方法大體分為電測(cè)法和非電測(cè)法。定期試驗(yàn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的故障隱患，而且停電試驗(yàn)施加低于運(yùn)行電壓的試驗(yàn)電壓，對(duì)某些缺陷反映不夠靈敏。其局限性事氣體的生成有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，故對(duì)突發(fā)性故障不靈敏，這就要借助于局部放電監(jiān)測(cè)。信息獲取技術(shù)（傳感/監(jiān)測(cè)技術(shù)）大大落后于信息處理技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)）與信息傳輸技術(shù)（通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），所以傳感器仍然是稱為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，是吸引眾多科學(xué)技術(shù)工作者攻堅(jiān)的熱點(diǎn)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著世界上裝機(jī)容量的迅速增長(zhǎng)，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。鑒于絕緣故障在故障檢測(cè)中所占得比重及后果的嚴(yán)重性，電力運(yùn)行部門(mén)歷來(lái)十分重視電氣設(shè)備的絕緣監(jiān)督，并規(guī)定每年春天對(duì)設(shè)備進(jìn)行一次全面的絕緣性能檢查。國(guó)外的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也類似。目錄淺談應(yīng)用在電力行業(yè)局部放電檢測(cè)中的傳感器 21引言 2 2 3 4 42超聲傳感器 5（ultrasonic sensor）的簡(jiǎn)介與原理 5 8 9 10 103紅外傳感器技術(shù) 12 12 144氣體傳感器 16 16 新型燃料電池氣體傳感器在油中氣體監(jiān)測(cè)的應(yīng)用 185光學(xué)傳感器 22 22 22 22淺談應(yīng)用在電力行業(yè)局部放電檢測(cè)中的傳感器1引言電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，是保證供電可靠性的基礎(chǔ)。1990年，全國(guó)110kv及以上等級(jí)互感器中，絕緣故障占總事故臺(tái)次的55%。有些非大型設(shè)備雖自身價(jià)值不昂貴，但故障后果嚴(yán)重，例如，以往互感器、電容器、避雷器常因絕緣故障發(fā)生爆炸和起火，不僅會(huì)波及臨近設(shè)備，且由于故障的突發(fā)性，會(huì)因爆炸而造成人員傷亡。其次，雖然絕緣的劣化和缺陷的發(fā)展是有統(tǒng)計(jì)特性的，絕緣劣化發(fā)展速度有快有慢，但總有一定的潛伏和發(fā)展時(shí)間。但是傳感器技術(shù)，現(xiàn)在又是信息技術(shù)發(fā)展的瓶頸，仍然是拖后腿的角色。氣相色譜儀技術(shù)日趨成熟，并為長(zhǎng)期的實(shí)踐所證明，是一種行之有效的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。我國(guó)從50年代開(kāi)始，幾十年來(lái)一直是根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期的停電試驗(yàn)、檢修和維護(hù)。局部放電信號(hào)的監(jiān)測(cè)仍是以伴隨放電產(chǎn)生的電、聲、光、溫度和氣體等各種理化現(xiàn)象為依據(jù)，通過(guò)能代表局部放電的這些物理量來(lái)測(cè)定。其中應(yīng)用最廣泛的是聲測(cè)法，它利用變壓器發(fā)生局部放電時(shí)發(fā)出的聲波來(lái)進(jìn)行測(cè)量。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。 超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右