華意電力是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)微量水分測試儀的廠(chǎng)家，本公司生產(chǎn)的微量水分測試儀設備在行業(yè)內都廣受好評，以打造最具權威的“微量水分測試儀“高壓設備供應商而努力。

  電工產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命很大程度上取決于絕緣材料的電、熱、機械和理化性能。水分的存在嚴重影響了絕緣材料的性能,從而對電工產(chǎn)品的質(zhì)量和性能造成不利影響。為了提高電工產(chǎn)品的質(zhì)量,必須降低產(chǎn)品中水分的質(zhì)量分數,提高其絕緣性能,使其擊穿強度增大。實(shí)現這一目標的主要方法之一就是對電工產(chǎn)品進(jìn)行有效的真空處理,特別是高壓電氣產(chǎn)品(如電力電容器、電力變壓器、電力電纜等)必須進(jìn)行嚴格的真空處理。真空處理工藝的主要作用是在真空狀態(tài)下,最大限度地除去材料中的氣體和水分,然后經(jīng)凈化處理,選擇適當的浸漬劑,在真空狀態(tài)下灌注浸漬,以提高其耐壓等級和使用壽命。真空干燥是其中的重要一環(huán),干燥過(guò)程中干燥終點(diǎn)的確定主要依賴(lài)于微量水分的檢測結果。因此微量水分的測試精度將直接影響真空干燥的質(zhì)量,這就必然要求對微量水分的測試方法進(jìn)行研究。

1　常見(jiàn)測試方法

  濕度是一個(gè)物理量,定義為氣相中的氣態(tài)水(水蒸氣)的質(zhì)量分數。其常用單位有水分壓、g /m3、露點(diǎn)溫度、混合比及相對濕度等。通常以露點(diǎn)溫度-20℃為界把氣體分為高濕度氣體和低濕度氣體(即微量水分)。常用于微量水分測量的方法[3]主要有:重量法、電解法、振動(dòng)頻率法、冷鏡法及阻容法等。重量法是讓樣氣流經(jīng)某一干燥劑,其所含水分被干燥劑吸收,精確稱(chēng)取干燥劑吸收的水分質(zhì)量分數與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。其優(yōu)點(diǎn)是精度高,最大允許誤差可達0.1% ,缺點(diǎn)是具體操作比較困難,所測結果非瞬時(shí)值,不能實(shí)現在線(xiàn)測量。該方法只適用于露點(diǎn)溫度在-32℃以上的氣體。電解法和振動(dòng)頻率法對重量法作了改進(jìn)。電解法將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解成氧氣和氫氣,電解電流的大小與水分的質(zhì)量分數成正比,通過(guò)檢測該電流可測得樣氣的濕度。該方法將測量量程延伸到露點(diǎn)-80℃以下,精度較好,但在使用前要對電解池氣路進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的干燥,且對氣體的腐蝕性和清潔性要求較高。振動(dòng)頻率法用一種吸濕性的石英晶體代替干燥劑,根據該晶體吸收水分質(zhì)量不同時(shí)振動(dòng)頻率不同的特點(diǎn),讓樣氣和標準干燥氣流經(jīng)該晶體,因而產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率,計算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優(yōu)點(diǎn),且使用前不必干燥。

  冷鏡法是讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡,通過(guò)等壓制冷,使樣氣達到飽和結露狀態(tài),此時(shí)冷凝鏡的溫度即為樣氣的露點(diǎn)溫度。其主要優(yōu)點(diǎn)是精度高,不確定度可達0.1℃ ,缺點(diǎn)是響應速度較慢。該方法可用于干燥空氣的極低濕度測量。阻容法是利用一個(gè)高純鋁棒(鋁片),表為一層超薄的氧化鋁薄膜,其外鍍一層多孔的網(wǎng)狀金膜,金膜與鋁棒(鋁片)之間形成電容。由于氧化鋁薄膜的吸水特性,使得電容值隨樣氣水分的多少而改變,測量電容值的變化即可得樣氣濕度。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,測量量程可低達-100℃ ,另一突出的優(yōu)點(diǎn)是響應速度非常快,因而多用于現場(chǎng)測量和快速測量。缺點(diǎn)是精度較差,其濕敏特性隨使用時(shí)間的延長(cháng)有不可逆的漂移。

2　譜分析的工作原理

  由以上分析可知,根據冷凝鏡法設計的露點(diǎn)儀和阻容法設計的氧化鋁薄膜傳感器均可實(shí)現極低濕度測量,但前者響應速度慢,后者精度不夠,都不是理想的選擇。由于真空干燥過(guò)程中,水分含量不斷降低,最終殘余含水量要求降至30× 10-6體積分數以下。為了實(shí)現對水分壓的實(shí)時(shí)測量,可采用分壓強計測量的方法,分析質(zhì)譜即可測得水分的質(zhì)量分數[4]。譜分析的方法以及所對應的各種譜儀很多,目前已得到廣泛應用,不用磁場(chǎng)的氣體分析器性能最佳的一種是四極質(zhì)譜儀。它利用四極桿代替了笨重的電磁鐵,體積小、重量輕、價(jià)格較廉,且具有較高分辨率和較高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如圖1所示,測試裝置簡(jiǎn)圖如圖2所示。圖1中干燥室待測微水分的氣體經(jīng)閥1,進(jìn)入采樣室,平衡后通過(guò)閥2進(jìn)入測試室(四極質(zhì)譜分析室)進(jìn)行譜分析,即將經(jīng)過(guò)質(zhì)量分析器出來(lái)的10-9～ 10-10 A的離子流,由離子檢測器

3 測試裝置的設計

  根據上述原理,裝置分為兩部分:干燥系統和測試系統。干燥系統必須抽到高真空,而測試系統必須抽到超高真空,兩套系統間采用超高真空膨脹閥連接。這樣整個(gè)系統將有兩套機組,成本較高。為簡(jiǎn)化裝置,提出新的設想,即采用限流小孔代替超高真空膨脹閥,從而用一套機組即可實(shí)現測試功能。干燥室與測試室之間用一層隔板隔開(kāi),板中間有一限流小孔,小孔孔徑可調。干燥室和測試室采用由分子泵和機械泵組成的機組抽氣。測試時(shí),先將小孔關(guān)死,測出測試室的本底壓強和本底水分壓;打開(kāi)小孔前,用機械泵先對干燥室進(jìn)行預抽;之后將小孔調到最大,以使整個(gè)系統(干燥室和測試室)的壓強迅速降低;當壓強進(jìn)入較低范圍時(shí),將孔徑調節到適當值,限流小孔的流導,其效果類(lèi)似于干燥室內氣體微體積的采樣。當測試室的壓強進(jìn)入質(zhì)譜計工作范圍,即可啟動(dòng)質(zhì)譜計進(jìn)行水分壓測量,四極質(zhì)譜計輸出的數據由數據處理系統處理。通過(guò)數字系統處理后可得到干燥室的水分質(zhì)量分數。這樣也就基本實(shí)現了對干燥室中微量水分的在線(xiàn)監測。

4　結束語(yǔ)

  本文闡述了電工產(chǎn)品絕緣真空干燥過(guò)程中微量水分測試的譜分析方法,并探討了測試裝置的簡(jiǎn)化設計,以此為基礎設計的數字處理系統可實(shí)現對微量水分的在線(xiàn)監測,從而為電工產(chǎn)品干燥過(guò)程中干燥終點(diǎn)的確定、真空干燥質(zhì)量的提高、能源和成本的節約提供了可行的技術(shù)手段。

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