SF6檢漏儀的響應時(shí)間為什么重要？
筆者在近兩年和電力系統從事SF6泄漏檢測的工作人員接觸過(guò)程中經(jīng)常會(huì )聽(tīng)到如下疑問(wèn)：為什么靈敏度1ppm價(jià)值十幾萬(wàn)甚至二十幾萬(wàn)的SF6定量檢漏儀在現場(chǎng)測試的時(shí)候還不如價(jià)值幾千元的5750A定性檢漏儀？其實(shí)該疑問(wèn)的核心涉及到如下幾個(gè)概念：傳感器響應時(shí)間和系統響應時(shí)間、靜態(tài)靈敏度和動(dòng)態(tài)靈敏度。
SF6檢漏儀的系統響應時(shí)間由兩部分組成：氣流通過(guò)傳感器的時(shí)間和傳感器本身的響應時(shí)間。氣流通過(guò)傳感器的時(shí)間是指SF6氣體通過(guò)導管到達傳感器的時(shí)間，該時(shí)間取決于管路的長(cháng)度和抽氣泵的功率，一般2米長(cháng)的管路配1升/分的氣泵氣流通過(guò)傳感器的時(shí)間是1秒。傳感器本身的響應時(shí)間是指傳感器可以準確測量SF6氣體濃度所需要的時(shí)間，不同原理的傳感器響應時(shí)間有很大差別，范圍從毫秒級到分鐘級。
很多儀器在宣傳靈敏度是1ppm或0.1ppm的時(shí)候其實(shí)指的是在實(shí)驗室標定的靈敏度，也就是用氮氣和SF6的混合氣體來(lái)標定的靈敏度，這個(gè)靈敏度應該是靜態(tài)靈敏度。所以靜態(tài)靈敏度是不考慮檢漏儀的響應時(shí)間也不考慮周?chē)h(huán)境各種干擾氣體的影響的靈敏度。實(shí)際在現場(chǎng)測量SF6泄漏時(shí)，檢漏儀的探頭是移動(dòng)的，速度大約在1厘米/秒-3厘米/秒。正常情況下泄漏點(diǎn)周?chē)鶶F6氣體的濃度是呈梯度分布的，既越靠近漏點(diǎn)SF6氣體濃度越高。對于靜態(tài)靈敏度相同的兩臺儀器，若系統響應時(shí)間不同，當探頭以同樣速度經(jīng)過(guò)泄漏點(diǎn)時(shí)，響應時(shí)間快的儀器測量結果更準確，響應時(shí)間慢的測量結果偏小。同一臺儀器，當探頭以不同速度移動(dòng)經(jīng)過(guò)泄漏點(diǎn)時(shí)，同樣的泄漏在儀器上檢測出的結果也是不同的的，移動(dòng)速度越快讀數越小，移動(dòng)速度越慢測量結果越準確。有些傳感器是廣譜的，不僅對SF6氣體敏感，還對空氣中的其它氣體或水蒸汽敏感，所以實(shí)際測試周?chē)h(huán)境的干擾氣體會(huì )大大降低某些SF6檢測儀器的靈敏度。所以所謂動(dòng)態(tài)靈敏度是考慮周?chē)蓴_氣體的影響，也考慮系統響應時(shí)間的影響后在測試狀態(tài)下儀器可達到的靈敏度。動(dòng)態(tài)靈敏度取決于靜態(tài)靈敏度、系統響應時(shí)間和傳感器的選擇性。總之只有靜態(tài)靈敏度高、響應時(shí)間快、傳感器選擇性好的檢漏儀動(dòng)態(tài)靈敏度才會(huì )高。
筆者在清華大學(xué)高壓實(shí)驗室做了如下對比實(shí)驗、選用了三款SF6檢漏儀，關(guān)鍵技術(shù)指標如下表：
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LLD-100 |
某進(jìn)口紅外原理的SF6檢漏儀 |
5750A |
測量結果 |
定量 |
定量 |
定性 |
系統響應時(shí)間 |
1.5秒 |
5秒 |
小于1秒 |
靜態(tài)靈敏度 |
0.001ppm |
1ppm |
大約50ppm |
同樣規格的SF6標準氣體六瓶，濃度如下1ppm,5ppm,10ppm,50ppm,100ppm,200ppm。通過(guò)減壓閥和流量表使各瓶子SF6氣體流出的速度盡可能一致。三種檢漏儀以1厘米/秒的速度經(jīng)過(guò)各個(gè)SF6氣體標準瓶泄漏口，測量結果如下表
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LLD-100 |
某進(jìn)口紅外原理SF6檢漏儀 |
5750A |
1ppm |
0.913ppm |
0ppm |
無(wú)反應 |
5ppm |
4.531ppm |
0ppm |
無(wú)反應 |
10ppm |
9.125ppm |
1ppm |
無(wú)反應 |
50ppm |
47.03ppm |
13ppm |
有輕微反應 |
100ppm |
93.04ppm |
24ppm |
有反應 |
200ppm |
191.5ppm |
58ppm |
有反應 |
因試驗條件限制，傳感器移動(dòng)的速度無(wú)法保持完全一致，氣體泄漏的量也不一定完全一致，但實(shí)驗結果基本能看出以下結論：
1、即使靜態(tài)靈敏度高達0.001ppm、響應時(shí)間小于1.5秒、選擇性良好的采用激光光聲光譜檢測技術(shù)的LLD-100其動(dòng)態(tài)檢測靈敏度也就1ppm
2、靈敏度1ppm響應時(shí)間5秒的紅外檢漏儀測試結果遠小于實(shí)際值，因此現場(chǎng)檢測時(shí)很容易錯過(guò)小于50ppm的泄漏點(diǎn)。
3、5750A檢測靈敏度很低，但響應時(shí)間快，所以現場(chǎng)測試效果和價(jià)值二十幾萬(wàn)的紅外檢漏儀差不多。
以上實(shí)驗也解釋了現場(chǎng)測試人員的疑問(wèn)，因此建議用戶(hù)在選擇檢漏儀時(shí)要特別關(guān)注如下技術(shù)指標：靜態(tài)靈敏度、響應時(shí)間、傳感器的選擇性。
紅外光譜技術(shù)與激光光聲光譜技術(shù)對比表
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紅外光譜技術(shù) |
激光光聲光譜技術(shù) |
典型產(chǎn)品 |
某進(jìn)口儀器 |
LLD-100 |
系統響應時(shí)間
系統響應時(shí)間是指傳感器的響應時(shí)間加上氣流通過(guò)時(shí)間 |
>5秒
傳感器本身的響應時(shí)間大于3秒，氣流通過(guò)時(shí)間大約2秒，所以整個(gè)系統響應時(shí)間大于5秒。響應時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )錯過(guò)很多微小的泄漏，比如儀器的靈敏度本來(lái)是1ppm,但因響應時(shí)間長(cháng)在實(shí)際測試時(shí)10ppm的泄漏都無(wú)法檢測出。 |
<2秒
傳感器本身的響應時(shí)間為1毫秒，氣流通過(guò)時(shí)間小于2秒，所以整個(gè)系統響應時(shí)間小于2秒，是目前響應最快的SF6檢漏儀。LLD-100因為響應時(shí)間快所以不會(huì )錯過(guò)微小泄漏，這點(diǎn)正好符合電力系統對生產(chǎn)管理的嚴格要求。 |
過(guò)量程恢復時(shí)間 |
>25秒
由于紅外傳感器的自身缺陷決定的，當氣體濃度超過(guò)儀器的量程時(shí)，傳感器需要25秒時(shí)間恢復。即使采用技術(shù)處理手段（零點(diǎn)動(dòng)態(tài)校正技術(shù)）測量靈敏度也大大降低，通常會(huì )大于50ppm�；謴驮瓉�(lái)的靈敏度必須要25秒以上。 |
<2秒
激光光聲傳感器的的響應時(shí)間小于1毫秒，恢復時(shí)間主要取決于氣流導通時(shí)間，所以恢復時(shí)間小于2秒。 |
啟動(dòng)時(shí)間 |
>5分鐘
紅外傳感器需要5分鐘預熱才能工作。 |
〈30秒
開(kāi)機30秒后既可進(jìn)入檢測狀態(tài) |
靈敏度 |
1ppm |
0.001ppm |
選擇性 |
選擇性差
紅外傳感器是廣譜的，對水蒸汽、二氧化碳、烷烴類(lèi)氣體、鹵素氣體均 反應，因此容易受周?chē)h(huán)境影響。 |
選擇性好
激光光聲傳感器采用的是10.6μm波長(cháng)的激光，這個(gè)波長(cháng)的激光只對SF6氣體最敏感，所以采用激光光聲光譜技術(shù)的檢漏儀選擇性非常好，只對SF6氣體敏感，對其它氣體非常不敏感。 |
校準 |
需要經(jīng)常校準
紅外傳感器本身決定了儀器零點(diǎn)會(huì )經(jīng)常漂移，需要定期校準。 |
免校準
激光光聲傳感器本身不會(huì )有任何漂移，因為采用調制方式工作所以電子部分的漂移也非常小，所以從現場(chǎng)檢測SF6泄漏的角度來(lái)說(shuō)是免校準的。 |
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