CN114509472B - 气体检测系统、检测方法及变压器油中气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气体检测系统、检测方法及变压器油中气体检测装置。其中气体检测系统，包括固体氧化物燃料电池、进样模块、气源模块以及处理模块，通过本发明中提出的气体检测系统在本方案中，不需要像标定法中绘制标准曲线，当将特征气体载入至固体氧化物燃料电池燃烧后，通过处理模块则可以较快地获取具体的特征气体浓度，因此本发明能够提高检测效率；同时本发明是直接通过固体氧化物燃料电池的电动势变化来计算特征气体的浓度，其测量精度要更高。另外本发明还能够对较大浓度范围内的特征气体进行测量，能够实现调节特征气体的测量量程。
Description
技术领域
本发明涉及电力状态检修领域，特别是涉及气体检测系统、检测方法及变压器油中气体检测装置。
背景技术
在设备的维护中，需要对设备进行定期维修或者视情维修等。在评估设备是否需要维修时，会根据设备的关键零部件的工作状态或者设备运行中产生的特征气体浓度值来判断。例如，在电力状态检修领域中，在评估变压器的运行状态时，会提取变压器中油溶解的特征气体，例如甲烷、一氧化碳、氢气等，根据各个特征气体的浓度来表征当前变压器的运行状态。
现有特征气体的检测方法一般采用标定法，这种方法需要预先绘制标准曲线，而为了较为精确的测量特征气体的浓度，需要对较大浓度区间的特征气体进行采样并绘制曲线，因此存在较大的工作量；另外采用标定法测量时，测量精度也受限于标准曲线。
发明内容
基于此，为了较好地提高特征气体的检测效率以及检测精度，提出一种气体检测系统，进而还提出该系统的检测方法以及变压器油中气体检测装置。
一种气体检测系统，所述气体检测系统包括：
固体氧化物燃料电池，包括进气管道和出气管道，所述进气管道用于使得特征气体进入到所述固体氧化物燃料电池内，所述出气管道用于使得所述特征气体燃烧时产生的气体排出，所述特征气体在所述固体氧化物燃料电池内部燃烧时产生电动势变化；
进样模块，与所述进气管道连通，用于储存所述特征气体；
气源模块，与所述进样模块连通，所述气源模块用于产生第一气体和第二气体，所述第一气体将所述第二气体和所述特征气体载入至所述进气管道，所述第二气体能够为所述特征气体的燃烧提供氧气；
处理模块，分别与所述固体氧化物燃料电池、所述进样模块及所述气源模块电性连接；所述处理模块能够获取所述固体氧化物燃料电池的电动势并计算所述特征气体的浓度；所述处理模块控制所述特征气体的排出以及控制所述第一气体和所述第二气体的释放流量。
上述气体检测系统，当需要对特征气体的浓度检测时，通过气源模块中第一气体将进样模块中的特征气体以及气源模块中的第二气体载入至固体氧化物燃料电池的进气管道内；第二气体能够为特征气体的燃料提供氧气，由于固体燃料电池中的内的氧气被燃烧消耗，从而使得固体氧化物燃料电池外部环境中的氧气浓度与其内部的氧气浓度的氧浓度差值进一步扩大，这会使得固体氧化物燃料电池内部氧离子转移增加，固体氧化物燃料电池产生电动势变化值。处理模块能够根据获取的电动势值直接计算出特征气体的浓度。相比现有的标定法测量而言，能够提高测量的效率以及测量的精度。
另外，当特征气体的浓度过大或者过小时导致处理模块获取的电动势出现异常时，此时可以通过处理模块动态地调整第二气体的释放流量，从而实现对不同浓度区间的特征气体测量。
在其中一个实施例中，所述固体氧化物燃料电池包括燃烧室；所述进气管道和所述出气管道位于所述燃烧室的同侧，所述进气管道和所述出气管道分别连通所述燃烧室的内部空间与所述燃烧室的外部空间，所述进气管道延伸至靠近所述燃烧室的底部，所述出气管道延伸至远离所述燃烧室的底部。
在其中一个实施例中，所述气体检测系统包括至少两个所述固体氧化物燃料电池；相邻的两个所述固体氧化物燃料电池中，前一个所述固体氧化物燃料电池的所述出气管道与后一个所述固体氧化物燃料电池的所述进气管道连通；
所述处理模块分别与每个所述固体氧化物燃料电池电性连接并获取每个所述固体氧化物燃料电池的电动势。
在其中一个实施例中，所述气体检测系统还包括温控箱，所述温控箱与所述处理模块电性连接，并被所述处理模块控制工作；所述固体氧化物燃料电池位于所述温控箱内，所述温控箱为所述特征气体在所述固体氧化物燃料电池的燃烧提供热源。
在其中一个实施例中，所述温控箱设置有传送通道，所述传送通道用于将所述固体氧化物燃料电池输送至所述温控箱内；
所述气体检测系统还包括转移模块，所述转移模块安装于所述温控箱内，所述转移模块与所述处理模块电性连接并被所述处理模块控制工作，所述转移模块包括中心检测装置和至少两个夹持装置，所述夹持装置能够从所述传送通道取出所述固体氧化物燃料电池；
所述中心检测装置用于识别前一个所述固体氧化物燃料电池的所述出气管道的中心，以引导所述夹持装置将后一个所述固体氧化物燃料电池的所述进气管道与前一个所述的固体氧化物燃料电池的所述出气管道连通。
在其中一个实施例中，所述气源模块包括氮气储存瓶和空气发生器，所述氮气储存瓶释放所述第一气体，所述空气发生器用于释放所述第二气体。
在其中一个实施例中，所述氮气储存瓶的出口处设置有第一电磁控制阀，所述第一电磁控制阀用于控制所述第一气体的释放流量；所述空气发生器的出口设置有第二电磁控制阀，所述第二电磁控制阀用于控制所述第二气体的释放流量；所述第一电磁控制阀和所述第二电磁控制阀分别与所述处理模块电性连接，并被所述处理模块控制工作。
一种检测方法，用于控制所述的气体检测系统，其特征在于，所述检测方法包括：通过所述进样模块和所述气源模块将所述特征气体载入至所述进气管道内；通过所述处理模块获取以及判断所述固体氧化物燃料电池的电动势的变化值；当所述固体氧化物燃料电池获取的所述电动势的变化值小于所述处理模块预设的最大阈值且大于所述处理模块预设的最小阈值时，所述处理模块根据获取的所述固体氧化物的电动势来计算所述特征气体的浓度。
在其中一个实施例中，当所述处理模块获取的所述电动势的变化值大于所述最大阈值时，所述处理模块增大所述第二气体的释放流量以使得所述电动势的变化值小于所述最大阈值；再次通过所述进样模块和所述气源模块将相同浓度的所述特征气体载入至所述进气管道内；通过所述处理模块获取所述电动势并计算所述特征气体的浓度。
一种变压器油中气体检测装置，包括所述的气体检测系统以及相连通的提取模块和分离模块，所述分离模块与所述进样模块相连通；所述提取模块用于将多种不同的所述特征气体从油中提取；所述分离模块用于将所述提取模块中的多种所述特征气体分离，所述分离模块将分离后的多种特征气体依次输送到所述进样模块；所述分离模块和所述提取模块分别与所述处理模块电性连接并被所述处理模块控制工作。
附图说明
图1为本发明一实施例中的气体检测系统的功能结构图；
图2为本发明一实施例中的气体检测系统的模块示意图；
图3为本发明一实施例中的进样模块的结构示意图；
图4为本发明另一实施例中的进样模块的结构示意图；
图5为本发明另一实施例中的气体检测系统的模块示意图；
图6为本发明又一实施例中的气体检测系统的模块示意图；
图7为本发明一实施例中的检测方法的流程图；
图8为本发明另一实施例中的检测方法的流程图；
图9为本发明又一实施例中的检测方法的流程图；
图10为本发明一实施例中的变压器油中气体检测装置的模块示意图。
附图标号说明：
100、固体氧化物燃料电池；110、进气管道；120、出气管道；130、燃烧室；200、进样模块；210、旋转盘；211、收容腔；212、第三电磁控制阀；213、活塞柱；300、气源模块；310、氮气储存瓶；311、第一电磁控制阀；320、空气发生器；321、第二电磁控制阀；400、处理模块；500、温控箱；510、传送通道；600、转移模块；610、中心检测装置；620、夹持装置；700、提取模块；800、分离模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在测量变压器油中的特征气体时，一般采用标定法来测量。这种测量方案存在工作量大、测量效率较低以及测量精度不高的问题。为此本发明提出一种气体检测系统以提高特征气体的浓度测量效率以及测量精度，本发明提出的气体检测系统还能够实现较大浓度范围内的特征气体浓度测量。进一步地，本发明还提出一种测量方法以及变压器油中气体检测装置。
需要说明的是，本发明提出的气体检测系统可以应用于变压器油中的特征气体的测量，当然不限于此。
参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的气体检测系统的功能结构图，本发明一实施例提供了的气体检测系统包括固体氧化物燃料电池100、进样模块200、气源模块300以及处理模块400；其中特征气体在固体氧化物燃料电池100内部燃烧，特征气体在燃烧的过程中会消耗氧气，这会使得固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度差值与固体氧化物燃料电池100内部的氧气浓度差值增大。由于氧气浓度差被增大，因此固体氧化物燃料电池100中氧离子移动的数量会增加，从而使得固体氧化物燃料电池100的电动势变化值发生改变。
需要说明的是固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度可以视为定值，例如将固体氧化物燃料电池100放置于外部空气中时，在外部环境周围未出现消耗氧气的情况时，此时可以假定为固体氧化物燃料电池100外部空气中的氧气浓度为定值；而固体氧化物燃料电池100内部的氧气会在特征气体的燃烧过程消耗，因此当固体氧化物燃料电池100出现电动势变化时，可以解释为特征气体消耗固体氧化物燃料电池100内部的氧气浓度引起，从而使得固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度与其内部的氧气浓度差值扩大。
为此，可以建立固体氧化物燃料电池100电动势的变化与固体氧化物燃料电池100外部氧浓度和其内部的氧浓度之间的关系，从而通过固体氧化物燃料电池100的电动势来获取特征气体燃烧的过程中氧气的消耗量，进而根据相关的化学反应式计算原理得到特征气体的浓度。
进样模块200用于储存特征气体，需要说明的是进样模块200储存的是已知名称的特征气体，进样模块200可以独立地储存多份相同名称，且浓度与体积近似的气体；也可以通过储存多份不同名称的特征气体，但体积已知的气体。
气源模块300用于将进样模块200中的特征气体载入至固体氧化物燃料电池100内，同时气源模块300还能够为特征气体的燃烧提供氧气。
处理模块400用于获取固体氧化物燃料电池100产生的电动势，由于固体氧化物燃料电池100的电动势产生可以认为是特征气体氧化物燃料电池燃烧时增大的氧气浓度差引起，因此处理模块400获取的电动势能够将其转化为特征气体燃烧消耗的氧气，再根据相关的化学原理计算公式获取特征气体的浓度。处理模块400可以包括处理芯片，能够向其内部写入相关的算法公式，并实现相关模块的调用。例如，处理模块400可以为PC机或者Linux系统。
具体地，还可参阅图2所示，固体氧化物燃料电池100包括进气管道110和出气管道120，其中进气管道110用于使得特征气体进入到固体氧化物燃料电池100内部，出气管道120用于使得特征气体燃烧产生的气体排出，特征气体在固体氧化物燃料电池内部燃烧时产生电动势变化。
进样模块200与固体氧化物燃料电池100的进气管道110连通，同时进样模块200用于储存特征气体；气源模块300与进样模块200连通，其中气源模块300用于释放第一气体和第二气体，气源模块300通过释放第一气体将第二气体和特征气体载入至进气管道110内，第二气体能够为特征气体燃烧提供氧气。第一气体将第二气体和特征气体载入到进气管道110时的流动方向可以参考图2中的箭头a指向的方向。
处理模块400分别与固体氧化物燃料电池100、进样模块200及气源模块300电性连接，处理模块400能够获取固体氧化物燃料电池100的电动势并计算特征气体的浓度，处理模块400控制特征气体的排出以及控制第一气体和第二气体的释放流量。
在本实施例中，进样模块200预先储存有已知具体名称以及体积的特征气体，为此需要通过本发明中的气体检测系统对进样模块200中的特征气体的浓度测量。当需要对进样模块200中的特征气体的浓度检测时，进样模块200中的特征气体释放，气源模块300同时释放第一气体和第二气体，第一气体作用是将第二气体和特征气体载入至固体氧化物燃料电池100的进气管道110内；当特征气体沿进气管道110进入到固体氧化物燃料电池100内部后，特征气体在固体氧化物燃料电池100内部燃烧并消耗第二气体中氧气以及固体氧化物燃料电池100内部原本的氧气，从而增大固体氧化物燃料电池100外部与其内部的氧气浓度差值，固体氧化物燃料电池100产生的氧离子转移数量增加，从而使得固体氧化物燃料电池100内产生电动势的变化值。其中氧离子移动方向可以参考图2中箭头b指示的方向。处理模块400获得到固体氧化物燃料电池100的电动势，从而直接获取特征气体的浓度。需要说明的是，可以将固体氧化物燃料电池100至于热源环境下，通过热源环境提供的热量使得特征气体燃烧，相关的模块均采用耐高温处理。
在本方案中，不需要像标定法中绘制标准曲线，当将特征气体载入至固体氧化物燃料电池100燃烧后，通过处理模块400则可以直接地获取特征气体浓度，因此本方案能够提高检测效率；同时本方案是直接通过固体氧化物燃料电池100的电动势变化来计算特征气体的浓度，其测量精度要更高。
另外本方案还能够对较大浓度范围内的特征气体进行测量，能够实现调节特征气体的测量量程。具体地，假设特征气体的浓度较高时，特征气体会消耗较多的第二气体，从而导致固体氧化物燃料电池100外部的氧浓度与其内部的氧浓度差值增加较大，因此可能会出现固体氧化物燃料电池100的氧离子转移饱和，固体氧化物燃料电池100的电动势达到最大值并在一段时间内维持最大值，这会造成特征气体消耗的氧气含量计算不准确。例如假设固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度为10，在通入第二气体后其内部的氧气浓度为5，由于特征气体的浓度较高，此时其内部的氧气含量不足以消耗完全特征气体，因此会导致固体氧化物燃料电池100外部与内部的浓度差值增大到最大10，电动势的波动值也达到最大值，部分特征气体未被完全消耗，并从出气管道120排出，这会导致特征气体的测量浓度产生较大的误差。
为此在本方案中可以通过处理模块400增大第二气体的释放流量，从而在初始情况下缩小固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度与其内部的氧气浓度差值，从而使得其内部的氧气含量能够满足特征气体的消耗需求，也即当特征气体被消耗完时，其外部与内部之间也存在着氧气浓度差，但氧气浓度差值并未达到最大值，此时固体氧化物燃料电池100可以根据获取的电动势来计算特征气体的氧气消耗。
相反地，如果特征气体的浓度较小时，特征气体消耗的第二气体的量较少，固体氧化物燃料电池100外部与其内部之间的氧浓度差值变化较小，固体氧化物燃料电池100的电动势变化也不明显，此时处理模块400较难准确计算特征气体的消耗。为此，可以通过处理模块400减小第二气体的释放流量，从而增大固体氧化物燃料电池100外部与其内部之间的氧浓度差值，当特征气体燃烧时，固体氧化物燃料电池100外部的氧气浓度与其内部的氧气浓度差值增大，从而使得固体氧化物燃料电池100的电动势变化增加。也就是说，当氧浓度差初始较大时，如果氧浓度差继续增大，则相比初始的氧浓度差较小而言会产生更明显的电动势变化。
在处理模块400动态地调节气源模块300中的第二气体释放时，可以理解为气体检测系统动态地调节量程，从而实现特征气体较大的浓度范围测量。
为了延长特征气体在固体氧化物燃料电池100内部燃烧时间，从而提高特征气体浓度检测的准确性，一实施例中，固体氧化物包括燃烧室130，其中进气管道110和出气管道120均位于燃烧室130的同侧，进气管道110和出气管道120分别连通燃烧室130的内部空间和燃烧室130的外部空间，进气管道110延伸至靠近燃烧室130的底部，出气管道延伸至远离燃烧室130的底部。
在本实施例中，由于进气管道110和出气管道120位于燃烧室130的同侧，且进气管道110靠近燃烧室130的底部，出气管道120远离燃烧室130的底部，当特征气体沿进气管道110进入到燃烧室130后，需要移动一定的距离才能够到达出气管道120，因此延长了特征气体在燃烧室130的内部停留的时间，从而使得特征气体在燃烧室内燃烧更加充分。
在进行同一特征气体的多次测量或者不同的特征气体测量时，为了及时地实现特征气体的切换，一实施例中，参阅图3和图4所示，进样模块200包括旋转盘210，旋转盘210的周向间隔安装有多个收容腔211，每个收容腔211用于对应地收容特征气体，每个收容腔211的出口设置有第三电磁控制阀212，例如可以为电磁单向阀，每个收容腔211的体积已知且体积近似相同，通过驱动旋转盘210转动，从而使得第三电磁控制阀212的出口与进气管道110对接连通时，然后开启第三电磁控制阀212即可实现特征气体的切换。
进样模块200还包括驱动元件，例如驱动元件为步进电机，驱动元件驱动旋转盘210转动，当旋转盘210将其中一个收容腔211的出口的第三电磁控制阀212与固体氧化物燃料电池100的进气管道110对接时，此时第三电磁控制阀212打开，使得收容腔211内的特征气体进入到进气管道110内；当这一特征气体检测完毕后，驱动元件再次驱动旋转盘210转动，再次重复上一步骤。
另外，参阅图4所示，为了使得收容腔211内的特征气体能够被完全排出，收容腔211内可以设置活塞柱213，活塞柱213的边缘与收容腔211的内壁抵接，通过驱动活塞柱213向收容腔211的出口方向移动，从而将收容腔211内的气体完全压入至进气管道110内，可以通过直线往复机构来驱动活塞柱213移动，例如直线电机或者气缸。
旋转盘210可拆卸地设置在进样模块200上，当一个旋转盘210上的所有特征气体测量完毕后，取下旋转盘210，再更换另一旋转盘210；旋转盘210可以通过卡接的方式固定在进样模块200上。
考虑在一些测量情况中，如果特征气体的浓度较高，通过处理模块400来增大第二气体的释放流量也未能较好地降低固体氧化物燃料电池100的电动势值，为此可以将两个或者多个固体氧化物燃料电池100依次连通，通过处理模块400累积计算每个固体氧化物燃料电池100的电动势变化，获取特征气体的浓度。具体地，一实施例中，参阅图5所示，气体检测系统包括至少两个固体氧化物燃料电池100，其中相邻的两个固体氧化物燃料电池100中，前一个固体氧化物燃料电池100的出气管道120与后一个固体氧化物燃料电池100的进气管道110连通；处理模块400分别与每个固体氧化物燃料电池100电性连接并获取每个固体氧化物燃料电池100的电动势变化值。
需要说明的是前一个固体氧化物燃料电池100指的是已经安装并工作的，后一个固体氧化物燃料电池100是需要安装的，即需要与前一个固体氧化物燃料电池100连通后工作的。通过两个或者多个固体氧化物燃料电池100同时工作，在测量较大浓度的特征气体时，能够较好地实现特征气体被完全的消耗，从而提高测量高浓度的特征气体的准确性。
不同的特征气体在固体氧化物中燃烧时，需要的热源温度可能不同，为此需要改变热源温度。为了解决这一问题，一实施例中，参阅图6所示，气体检测系统还包括温控箱500，其中固体氧化物燃料电池100位于温控箱500内，温控箱500为特征气体在固体氧化物燃料电池100的燃烧提供热源。需要说明的是固体氧化物燃料电池100在制造时会采用耐高温的材料，另外温控箱500可以是类似加热炉的产品，特征气体被燃烧时一般需要温控箱500提供650摄氏度至750摄氏度左右的温度，当然特征气体的种类不同时，所需要的温度范围不同，温控箱500的工作温度可以根据需求适应地调整。
在特征气体的浓度测试过程中，由于气体的浓度未知，如果直接将两个或者多个固体氧化物燃料电池100设置在温控箱500内时会增大测量成本；而在测量过程因特征气体的浓度较高需要增加固体氧化物燃料电池100时，此时需要将温控箱500关闭同时需要待位于温控箱500内的固体氧化物燃料电池100冷却时才能进行另一固体氧化物燃料电池100的安装，然后再将温控箱500的内部温度上升到指定温度范围内；这延长了特征气体的测量时间，影响了测量效率。
为了解决这一问题，一实施例中，参阅图6所示，温控箱500设置有传送通道510，其中传送通道510用于将固体氧化物燃料电池100传送至温控箱500内，也即可以理解为传送通道510用于连通温控箱500的内部与外部；气体检测系统还包括转移模块600，转移模块600安装于温控箱500内，转移模块600与处理模块400电性连接并被处理模块400控制工作，其中转移模块600包括中心检测装置610和至少两个夹持装置620，夹持装置620能够从传送通道510取出固体氧化物燃料电池100；中心检测装置610用于识别前一个固体氧化物燃料电池100的出气管道120的中心，以引导夹持装置620将后一个固体氧化物燃料电池100的进气管道110与前一个固体氧化物燃料电池100的出气管道120连通。
在本实施例中，当需要增加固体氧化物燃料电池100时，将固体氧化物燃料电池100放置于温控箱500的传送通道510，传送通道510可以设置为倾斜面或者设置有传送带等传送机构，位于温控箱500内的转移模块600中的夹持装置620能够夹紧固体氧化物燃料电池100，通过中心检测装置610来确定前一个位于温控箱500内的固体氧化物燃料电池100的出气管道120的中心，并引导夹持装置620将后一个固体氧化物燃料电池100的进气管道110与前一个固体氧化物燃料电池100的出气管道120对接连通。
需要说明的是，中心检测装置610可以是包括图像识别模块，通过图像识别模块识别出气管道120的中心。夹持装置620可以是包括吸盘、夹具或者机械手。例如，当夹持装置620包括吸盘或者夹具时，可以在温控箱500内布置多条并列的移动轨道，每条移动轨道上可以设置一个夹持装置620，夹持装置620可以相对移动轨道移动，例如夹持装置620相对轨道移动时可以采用电机驱动，这种设计的好处是，由于需要将两个固体氧化物燃料电池100对接，而固体氧化物燃料电池100中的进气管道110和出气管道120位于同侧，因此两个固体氧化物燃料电池100对接时需要相对设置，如果设置夹持装置620均位于同一移动轨道上，则不便于多个固体氧化物燃料电池100的对接。
另外还可以在前一个固体氧化物燃料电池100的出气管道120与后一个固体氧化物燃料电池100的进气管道110之间设置连接套，提高连接处的密闭性。
为了降低气源模块300中的第一气体与特征气体相互反应，同时减少第一气体对环境的污染，为此第一气体可以采用氮气，氮气的化学性质不活泼，在特征气体燃烧的环境中不会与特征气体发生化学反应；另外，第二气体需要为特征气体的燃烧提供氧气，为此第二气体可以是氧气也可以是空气，当然考虑测量成本时纯氧气的测量成本较高，为此第二气体可以选择空气。
具体地，参阅图2所示，气源模块300包括氮气储存瓶310和空气发生器320，其中氮气储存瓶310释放第一气体，空气发生器320用于释放第二气体。需要说明的是选用氮气一般选择纯度在99.99%以上。
进一步地，为了控制第一气体和第二气体的释放流量，一实施例中，参阅图2所示，氮气储存瓶310的出口处设置有第一电磁控制阀311，第一电磁控制阀311用于控制第一气体的释放流量；空气发生器320的出口设置有第二电磁控制阀321，第二电磁控制阀321用于控制第二气体的释放流量；第一电磁控制阀311和第二电磁控制阀321分别与处理模块400电性连接，并被处理模块400控制工作。
通过第一电磁控制阀311能够控制氮气储存瓶310中氮气的释放流量，通过第二电磁控制阀321能够控制空气发生器320中空气的释放流量，其中第一电磁控制阀311和第二电磁控制阀321可以为流量电磁阀或者比例电磁阀。
本发明还提出一种检测方法，以用于控制上述的气体检测系统工作。可参阅图7所示，具体地检测方法包括：
S110：通过进样模块200和气源模块300将特征气体载入至进气管道110内；
S120：通过处理模块400获取以及判断固体氧化物燃料电池100的电动势的变化值；
S130：当固体氧化物燃料电池100获取的电动势的变化值小于处理模块400预设的最大阈值且大于处理模块400预设的最小阈值时，处理模块400根据获取的固体氧化物的电动势来计算特征气体的浓度。
在本实施例中，通过在处理模块400内预的最大阈值和最小阈值，以较好地确保当前固体氧化物燃料电池100未出现氧离子转移饱和以及能够获取明显的氧离子转移电动势变化。
需要说明的是处理模块400获取电动势后将进行如下运算，以将获取的电动势转移为特征气体的浓度，具体包括：
建立固体氧化物燃料电池100周围环境氧浓度与进气管道110的氧气浓度建立能斯特方程：
其中R为标准气体常数；T0为特征气体燃烧时的温度；n为特征气体在燃烧的过程中固体氧化物燃料电池100转移的电子数；F为法拉第常数；P0为固体氧化物燃料电池100的外部环境中的氧分压；Px(t)为第二通道内的氧分压；式子（2）是式子（1）的变形。
则在处理模块400获取电动势变化开始的时间点t1至电动势结束的时间点t2内，设定氧气消耗量可以用式子（3）为：
其中Q为特征气体的氧气消耗量，L0第二气体的释放流量；
假设
，则式子（3）中的Q为
时间内可燃物氧气含量，在
时间内
消耗的氧气含用
为：
其中式子（5）为式子（4）的变形，对式子（5）可以采用梯形法或龙格库塔法进行计算。假定可燃物与氧气反应的化学计量比为N，特征气体的体积为V0，进样气压为大气压P，则特征气体的浓度C可以表示式子(6)：
进一步地，在另一实施例中，参阅图8所示，检测方法还包括:
S210：当固体氧化物燃料电池100获取的电动势的变化值大于最大阈值时，处理模块400增大第二气体的释放流量以使得电动势的变化值小于最大阈值；
S220：再次通过进样模块200和气源模块300将相同浓度的特征气体载入至进气管道110内；
S230：通过处理模块400获取电动势并计算特征气体的浓度。
在本实施例中，当处理模块400获取的电动势的变化值大于最大阈值时，此时可以认为当前特征气体的浓度较高，固体氧化物燃料电池100存在氧离子转移饱和的风险，为此可以通过增大第二气体的释放流量，以使得处理模块400的电动势在最大阈值与最小阈值之间，从而确保特征气体浓度测量的准确性。
在另一实施例中，参阅图9所示，检测方法还包括:
S310：当固体氧化物燃料电池100获取的电动势的变化值小于最小阈值时，处理模块400减小第二气体的释放流量以使得电动势的变化值大于最小阈值；
S320：再次通过进样模块200和气源模块300将相同浓度的特征气体载入至进气管道110内；
S330：通过处理模块400获取电动势并计算特征气体的浓度。
在本实施例中，当处理模块400获取的电动势的变化值小于最小阈值时，此时可以认为当前特征气体的浓度较小，由于固体氧化物燃料电池100的电动势的变化值变化较小时，处理模块400在计算电动势值较难准确计算，为此可以通过减小第二气体的释放流量，以使得处理模块400的电动势的变化值在最大阈值与最小阈值之间，从而确保特征气体浓度测量的准确性。
本发明还提出一种变压器油中气体检测装置，参阅图10所示，该系统包括上述所述的气体检测系统以及相连通的提取模块700和分离模块800，其中分离模块800与进样模块200相连通；提取模块700用于将多种不同的特征气体从油中提取，提取模块700可以是真空脱气装置；分离模块800用于将提取模块700中的多种特征气体分离，分离模块800可以是色谱柱，分离模块800将分离后的多种特征气体依次输送到进样模块200；分离模块800和提取模块700分别与处理模块400电性连接并被处理模块400控制工作。
在本实施例中，通过在变压器油中气体检测装置中设置气体检测系统并结合提取模块700和分离模块800，能够一体化地对油中溶解的特征气体进行提取、分离以及浓度获取等工作，从而提高了特征气体的浓度测量效率以及准确性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统包括：
固体氧化物燃料电池，包括进气管道和出气管道，所述进气管道用于使得特征气体进入到所述固体氧化物燃料电池内，所述出气管道用于使得所述特征气体燃烧时产生的气体排出，所述特征气体在所述固体氧化物燃料电池内部燃烧时产生电动势变化；
进样模块，与所述进气管道连通，用于储存所述特征气体；
所述进样模块包括旋转盘，所述旋转盘的周向间隔安装有多个收容腔，每个所述收容腔用于对应地收容所述特征气体，每个所述收容腔的出口设置有第三电磁控制阀，当所述第三电磁控制阀的出口与所述进气管道对接连通时，所述第三电磁控制阀开启；
气源模块，与所述进样模块连通，所述气源模块用于产生第一气体和第二气体，所述第一气体将所述第二气体和所述特征气体载入至所述进气管道，所述第二气体能够为所述特征气体的燃烧提供氧气；
所述气源模块包括氮气储存瓶和空气发生器，所述氮气储存瓶释放所述第一气体，所述空气发生器用于释放所述第二气体；
处理模块，分别与所述固体氧化物燃料电池、所述进样模块及所述气源模块电性连接；所述处理模块能够获取所述固体氧化物燃料电池的电动势并计算所述特征气体的浓度；所述处理模块根据所述固体氧化物燃料电池的电动势的变化来控制所述特征气体的排出以及控制所述第一气体和所述第二气体的释放流量。
2.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述固体氧化物燃料电池包括燃烧室；
所述进气管道和所述出气管道位于所述燃烧室的同侧，所述进气管道和所述出气管道分别连通所述燃烧室的内部空间与所述燃烧室的外部空间，所述进气管道延伸至靠近所述燃烧室的底部，所述出气管道延伸至远离所述燃烧室的底部。
3.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统包括至少两个所述固体氧化物燃料电池；
相邻的两个所述固体氧化物燃料电池中，前一个所述固体氧化物燃料电池的所述出气管道与后一个所述固体氧化物燃料电池的所述进气管道连通；
所述处理模块分别与每个所述固体氧化物燃料电池电性连接并获取每个所述固体氧化物燃料电池的电动势。
4.根据权利要求3所述的气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统还包括温控箱，所述温控箱与所述处理模块电性连接，并被所述处理模块控制工作；所述固体氧化物燃料电池位于所述温控箱内，所述温控箱为所述特征气体在所述固体氧化物燃料电池的燃烧提供热源。
5.根据权利要求4所述的气体检测系统，其特征在于，所述温控箱设置有传送通道，所述传送通道用于将所述固体氧化物燃料电池输送至所述温控箱内；
所述气体检测系统还包括转移模块，所述转移模块安装于所述温控箱内，所述转移模块与所述处理模块电性连接并被所述处理模块控制工作，所述转移模块包括中心检测装置和至少两个夹持装置，所述夹持装置能够从所述传送通道取出所述固体氧化物燃料电池；
所述中心检测装置用于识别前一个所述固体氧化物燃料电池的所述出气管道的中心，以引导所述夹持装置将后一个所述固体氧化物燃料电池的所述进气管道与前一个所述的固体氧化物燃料电池的所述出气管道连通。
6.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述氮气储存瓶的出口处设置有第一电磁控制阀，所述第一电磁控制阀用于控制所述第一气体的释放流量；所述空气发生器的出口设置有第二电磁控制阀，所述第二电磁控制阀用于控制所述第二气体的释放流量；
所述第一电磁控制阀和所述第二电磁控制阀分别与所述处理模块电性连接，并被所述处理模块控制工作。
7.根据权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述进样模块还包括驱动元件，所述驱动元件驱动所述旋转盘转动。
8.一种检测方法，用于控制权利要求1所述的气体检测系统，其特征在于，所述检测方法包括：
通过所述进样模块和所述气源模块将所述特征气体载入至所述进气管道内；
通过所述处理模块获取以及判断所述固体氧化物燃料电池的电动势的变化值；
当所述固体氧化物燃料电池获取的所述电动势的变化值小于所述处理模块预设的最大阈值且大于所述处理模块预设的最小阈值时，所述处理模块根据获取的所述固体氧化物的电动势来计算所述特征气体的浓度。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，当所述处理模块获取的所述电动势的变化值大于所述最大阈值时，所述处理模块增大所述第二气体的释放流量以使得所述电动势的变化值小于所述最大阈值；
再次通过所述进样模块和所述气源模块将相同浓度的所述特征气体载入至所述进气管道内；
通过所述处理模块获取所述电动势并计算所述特征气体的浓度。
10.一种变压器油中气体检测装置，包括如权利要求1～7中任意一项所述的气体检测系统以及相连通的提取模块和分离模块，所述分离模块与所述进样模块相连通；
所述提取模块用于将多种不同的所述特征气体从油中提取；
所述分离模块用于将所述提取模块中的多种所述特征气体分离，所述分离模块将分离后的多种特征气体依次输送到所述进样模块；所述分离模块和所述提取模块分别与所述处理模块电性连接并被所述处理模块控制工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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