便携式SF6气相色谱仪的研制

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便携式SF6色谱仪是针对电力系统专用于SF6电气设备气体分析而研发制造的气相色谱仪。该仪器可直接在现场对sF6新气进行检测；可直接与 SF6电气设备连接，检测设备在运行中SF6气体杂质及其分解产物HF、H2S、SO2等的含量；可检测GIS(气体绝缘开关设备 Gas Insulated Switchgear简称 cis)设备中泄露的 SF6在空气中的含量；也可以代替大型色谱仪用于实验室对SF6气体质量进行检验 。

便携式 SF6色谱仪是基于谱峰智能辨识技术和高保真数字滤波算法，能够检测出与基线噪声同级的弱小峰，可实现增峰、删峰、合并峰、切割肩峰和特定的基线校正方案，能够处理任何复杂的谱图∩自动识别色谱峰，自动定性和定量，自动储存分析结果和谱图、自动打印谱图和报告。

该仪器用小钢瓶充装载气，安全可靠。与之配套的色谱工作站是 SF6色谱仪的数据处理中心，能够方便地对数据进行采集、分析、处理；同时提供谱图处理、保存、打印等诸多功能，使用非常方便。整套仪器体积孝重量轻、便于携带，耗气量极少，是理想的现场测试仪器。

2 系统方案便携式SF6色谱仪由取样系统、检测系统、信息处理系统、显示、气路控制系统、温度控制系统等组成，如图2-1所示。取样系统的任务是快速将待分析的试样取到色谱仪表主机处。检测系统的任务是将测得的成分信息转换成电信号。信息处理系统是对检测系统给出的电信号进行放大、转换、运算、补偿等信息处理。恒温控制系统是为了保持在恒定的温度环境。

图2-1 便携式SF6色谱仪系统框图3 仪器结构便携式st6色谱仪由三大部分组成：右面部分是气路控制系统，包括六通阀、稳流阀、压力表、电子流量计；中间部分是柱炉，装有检测器及色谱柱；左面是气体进出口和液晶显示屏等，气体进出口包括载气的进出口和样气的进出口。仪器的前面板示意图如图3-l所示。

图 3-1 仪器前面板示意图4 仪器工作原理4.1 测量基本原理便携式 SF6色谱仪的检测器采用热导检测器 (TCD)，收稿日期 ：2013-05-08作者简介：刘书凯 (1976-)，常州工程职业技术学院讲师，主要从事自动控制、过程控制的教学与研究。

九 江 职 业 技 术 学 院 学 报Journal of Jiujiang Vocational& Technical CoHege2013.2TCD(Thermal Conductivity Detector)是利用被测组分和载气的热导率不同而响应的浓度型检测器[引。热导检测器是基于不同气体具有不同的热导率原理来工作的。热丝由通过热导池的恒定直流电来加热，产生热量。如果参比池和测量池的气体-样，则四个桥臂的电阻值就不会发生变化，故没有信号输出，如果参比池和测量池的气体不同，就会有信号输出，这个信号与被测气体浓度成-定的函数关系，并由色谱工作站记录。理论和实验均表明，热传导式散热的比例越大，TCD的性能越好。-般用 H2、氦气等轻载气灵敏度最高[4I。

4.2 恒流源电路恒流源控制电路和恒流源驱动电路如图4-I所示，电路中使用了美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路LM317，LM317可调整输出电压低到 1.2V，保证 1.5A输出电流，典型线性调整率 0.01%，典型负载调整率0.1%，80dB纹波抑制比，具有输出短路、过流、过热保护，它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好∝制电路负责控制恒流源驱动电路中继电器的吸合与断开，从而控制恒流源驱动电路的通断。恒流源驱动电路则负责驱动TCD，将其感知的随温度变化的电阻信号转换成可测量的电压信号。

图 4-1 恒流源控制电路和恒流源驱动电路4.3 差动放 大电路因为AD承受的电压范围为0-2.5V，所以为抑制传感器两端的共模电压，这里我们使用了-个典型的差动放大电路，使得 vs与GND之间的电压信号满足要求。差动放大电路如图4-2所示。

图4-2 差动放大电路因为在测量过程中传感器基线可能会发生漂移，使测量产生误差，为了防止因为零点漂移而产生误差，所以我们引入了零点调整电路用以调整基线位置。零点调整电路如图4- 3所示。

流量传感器电路可将流量信号转换成电压信号用以测量。流量传感器电路如图4-4所示，通过4个功率放大器将采集到的流量信号转换成0-5V的直流电压信号，方便后面的分析和使用。

图4-4 流量传感器电路擘 舶- 二 -2013.2 九 江 职 业 技 术 学 院 学 报(刘书凯：便携式SF6气相色谱仪的研制) 214.5 USB信号输 出电路图4-5 USB信号输出电路为了方便对携式 SF6色谱仪的操作，便于在上位机进行分析，便携式 SF6色谱仪的控制面板上有-个 USB接 口，用以连接仪器和电脑上的上位机软件-5。USB信号输出电路如图4-5所示，在电路中主要使用了CP2101芯片，芯片 CP2101的功能是将 USB转换成UART，通过内置的USB协议来达到与计算机通信的目的。

5 色谱工作站及典型的谱图色谱工作站基于谱峰智能辨识技术和高保真数字滤波算法，可实现增加峰、删除峰、调整峰的起点顶点和终点的功能，能够处理任何复杂的谱图。而且参数设置简单易懂，数据分析快速高效。

各组分气体会在对应保留时间的时间被检测出来，每种气体的保留时问是固定的，根据样气色谱的峰面积与标气中各气体的峰面积的比例来计算各气体的浓度百分比6J。例如- 瓶新气中的成分为 sF6、cF4和空气，其数据分析后的色谱图如图5-1所示。

Production of Portable SF6 Gas Phase ChromatographLiu Shukm(Changzhou Engineering Vocational and Technical Conege，Changzhou，Jiangsu，213164)Abstract：Portable SF6 Gas Phase Chromatographs application in GIS equipments has provided great conve-niene to electronic departments and nsers.Systematic plan and equipment structure are described in this paper。

Principles of basic circuits and chromatograph work station are also introduced.SF6 chromatographic map is listed 。

Portable SF6 chromatographys application is ilustrated with examples at last。

Key words：portable；SF6 chromatography；thexmo conductivity detector；chromatographic work station(上接第27页)