基于红外光波吸收原理的便携式SF6纯度分析仪设计

摘要

近年来，随着我国电力行业的高速发展，气体绝缘全封闭组合电器设备(GasInsulatedSwitchgear即GIS)也越来越广泛的应用于电力系统当中。而GIS电气设备的灭弧和绝缘特性完全取决于其填充气体SF6的纯度。如果GIS设备中的SF6气体混有杂质，达不到规定标准，那么设备的灭弧和绝缘性能就会大幅下降。从而导致SF6开关耐压强度降低、断路器开断容量下降，使断路器产生故障造成大规模停电事故，造成严重的经济损失。针对如何快速准确的检测SF6气体的纯度，本课题完成了一种基于红外光波吸收原理的便携式SF6纯度分析仪的研究设计工作，文中主要介绍了该分析仪的测量原理，软、硬件设计以及误差补偿算法。实践证明该设备能够精确地检测GIS设备或气瓶中的SF6气体纯度。
　　本设计完成的纯度分析仪采用高性能红外传感器进行气体测量，外置独立的高分辨率A/D芯片保证了传感器输出信号的转换精度。以AVR系列的高性能单片机Mega128为主控芯片，外扩的存储芯片使得SF6纯度分析仪可以保存大量的历史数据。上位机通过串口可以查看纯度分析仪的历史数据，也可以设定纯度分析仪的参数。纯度分析仪采用新型OLED屏显示，合理的界面设计以及按键式操作保证了良好的人机交互。采用了新型的智能电源管理技术以及低功耗的设计方案，大大延长了仪表的工作时间，更加方便携带工作。
　　通过大量的实验数据总结出的误差处理和传感器标定校准算法大大增加了仪器的检测精度和环境适应性。从硬件电路到软件设计及气路管道材质的选取都经过了实验对比，确保仪器能够可靠工作。本文最后的SF6气体纯度测试数据证实了本课题设计的便携式SF6纯度分析仪测量精度达到预期指标，该仪器可以作为检测电气设备中SF6气体浓度的高精度便携式仪表。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 SF6气体纯度检测的现状与发展趋势

1．3 基于红外光波吸收原理的便携式SF6纯度分析仪概述

1．4 论文的主要内容

2 测量方法及原理分析

2．1 SF6气体检测的常用方法

2．2 SF6红外传感器测量原理分析

3 硬件设计

3．1 便携式SF6纯度分析仪的总体设计方案

3．2 仪表硬件电路设计

3．2．1 MCU模块

3．2．2 A／D转换模块

3．2．3 流量检测模块

3．2．4 温度测量模块

3．2．5 存储模块

3．2．6 显示模块

3．2．7 时间模块

3．2．8 通讯模块

3．2．9 电量检测

3．2．10 电源模块

3．2．11 声光报警

3．2．12 按键模块

3．3 硬件抗干扰设计

4 软件设计

4．1 软件主体设计

4．2 AD转换编程设计

4．2．1 AD7715模数转换芯片设计

4．2．2 流量与温度信息采集编程设计

4．3 OLED显示模块编程设计

4．4 按键设计

4．5 菜单设计

4．6 电池信息采集编程设计

4．7 存储模块编程设计

4．8 时间模块编程设计

4．9 串口通讯设计

5 流量与温度补偿措施分析

5．1 流量与温度对测量结果的影响分析

5．2 流量误差的处理

5．3 温度漂移的处理

5．4 气体标定

6 结论

6．1 测试结论

6．2 总结

6．3 展望

参考文献

个人简介

致谢