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密度监控器

阅读:261发布:2020-05-12

专利汇可以提供密度监控器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于监控待测容积(18)中的气体 密度 的密度监控器(9),所述密度监控器具有分隔壁(16)和分隔壁移动检测装置(20),所述分隔壁(16)将形成在密度监控器壳体(1)中的第一基准室(14)与所述待测容积(18)分隔开,所述分隔壁移动检测装置(20)用于检测所述分隔壁(16)的移动。为了减少虚假警报,设置有形成在所述密度监控器壳体(1)之外的第二基准室(24),所述第二基准室借助于 流体 管线(26)流体连接到所述第一基准室(14)。,下面是密度监控器专利的具体信息内容。

1.一种用于监控待测容积(18)中的气体密度的密度监控器(9),所述密度监控器具有分隔壁(16)和分隔壁移动检测装置(20),所述分隔壁(16)将形成在密度监控器壳体(1)中的第一基准室(14)与所述待测容积(18)分隔开,所述分隔壁移动检测装置(20)用于检测所述分隔壁(16)的移动,
设置有形成在所述密度监控器壳体(1)之外的第二基准室(24),所述第二基准室借助于流体管线(26)流体连接到所述第一基准室(14)。
2.根据权利要求1的密度监控器,
其特征在于
所述流体管线(26)设计为柔性的软管形式。
3.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
所述流体管线(26)的形式是毛细管(6)。
4.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
2
软管状或管状的所述流体管线(26)的内截面面积小于1mm。
5.根据权利要求4的密度监控器,
其特征在于
2
软管状或管状的所述流体管线(26)的内截面面积小于0.5mm。
6.根据权利要求4的密度监控器,
其特征在于
2 2
软管状或管状的所述流体管线(26)的内截面面积介于0.005mm与0.1mm 之间。
7.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
所述流体管线(26)的长度介于0.1m与20m之间。
8.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
所述分隔壁(16)形成在金属波纹管(2)处,所述金属波纹管界定所述第一基准室(14)。
9.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
在所述第一基准室(14)中设置充填元件以用于减小所述第一基准室(14)的容积。
10.根据权利要求9的密度监控器,
其特征在于
3
所述充填元件具有5到10cm的被动容积(10)。
11.根据权利要求9的密度监控器,
其特征在于
所述充填元件呈环形。
12.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
所述第二基准室(24)的容积为由所述第一基准室(14)、所述第二基准室(24)和所述流体管线(26)所形成的组合基准容积的至少50%。
13.根据权利要求12的密度监控器,
其特征在于
所述第二基准室(24)的容积超过由所述第一基准室(14)、所述第二基准室(24)和所述流体管线(26)所形成的组合基准容积的70%。
14.根据权利要求12的密度监控器,
其特征在于
所述第二基准室(24)的容积超过由所述第一基准室(14)、所述第二基准室(24)和所述流体管线(26)所形成的组合基准容积的90%。
15.根据权利要求1或2的密度监控器,
其特征在于
3
所述第二基准室(24)的容积(5)介于20到200cm之间。
16.一种具有气体空间(7)的开关设备组件(11),所述气体空间充填有惰性气体并具有压连接部(8),根据前述权利要求中任一项的用于监控所述惰性气体的密度的密度监控器(9)连接到所述压力连接部,所述第二基准室(24)设置在所述气体空间(7)内不同于所述压力连接部(8)的位置处、或大面积地邻接所述气体空间(7)。
17.根据权利要求16的开关设备组件,
其特征在于
所述流体管线(26)穿过所述压力连接部(8),或穿过形成所述压力连接部(8)的构件。
18.一种用于监控气体空间(7)中的气体密度的方法,包括以下步骤:
借助于可移动的分隔壁(16)使第一基准室(14)与所述气体空间(7)分隔开,在所述气体空间(7)中或在所述气体空间(7)处设置第二基准室(24),所述第二基准室显著大于所述第一基准室(14),并且将所述第二基准室(24)热耦合到待测量的气体,提供容积显著小于所述第二基准室(24)的流体管线(26),以用于将所述第二基准室(24)连接到所述第一基准室(14),
通过监控所述分隔壁(16)的移动来监控气体密度。

说明书全文

密度监控器

技术领域

[0001] 本发明涉及密度监控器、带有密度监控器的开关设备组件和能够借助这种密度监控器来实施的用于监控气体密度的监控方法。

背景技术

[0002] 密度监控器是用于监控待监控气体的气体密度的压测量装置。
[0003] 如从DE10232823A1已知,密度监控器特别用于监控作为绝缘体位于气体绝缘的高压或中压组件或装置(例如高压开关设备组件、高压变流器、高压管线、开关装置和变压器)中的气体如SF6的密度。从DE10232823A1已知的密度监控器设置有电子密度传感器,作为用于此目的的测量换能器,所述密度传感器具有设置在气体中的测量石英振荡器并产生与气体的密度成正比的频率信号作为测量值,所述频率信号被供应给电子评估单元。
[0004] 本发明特别涉及用于测量气体密度的密度监控器,其形式为对温度影响进行补偿的压力测量装置。如上所述,密度监控器尤其用于监控对待监控空间进行充填的气体的密度。这种应用的一个示例是优选充填有六氟化硫(SF6)的高压和中压开关设备组件。SF6是已知气体当中最重的气体并具有优良的电气绝缘特性。然而,还已知SF6是温室气体并且在使用中受到严格的监控;需要监控和检查在生产和操作过程中损失的所有气体。
[0005] 为了监控气体的密度,使用通过压力变化来检测和指示气体密度变化的密度传感器。然而,由于气体压力同样随待监控空间中的温度变化而变化(但气体的密度基本不受影响),所以希望补偿这种温度变化。
[0006] 在电子监控系统中,除不利地需要检测两个待测变量的组合的压力和温度监控系统外,还使用基于石英振荡器原理的主密度传感器,如从例如US 5′421′190已知的传感器,其能够借助于测量技术单独地直接检测气体密度。
[0007] 在纯机械密度监控(即,不使用电辅助能量)的情况下,在市场上存在的密度监控器中,为了气体密度监控,已知大致三种进一步的可能性。除使用双金属条系统以用于温度补偿的温度补偿压力开关外,主要考虑同样具有双金属条补偿的所谓的接触式压力表和基准室系统。在19世纪80年代中期就例如从“SF6 -Gasverlustunter Kontrolle”[SF6密度监控器-气体损失监控]elektrische energie-technik,
31(6)24-26(1986)已知基准室系统。在这种测量原理下,将待监控气体的密度与位于密闭空间内的相同气体的密度进行比较,该密闭空间设置在压力连接部附近。在相同的气体温度下,可由压力比较代替密度比较。在由承压的金属波纹管限定的密度监控壳体的内部存在有开关设备组件的气体压力,而基准气体的预充填压力作用在波纹管系统的内部。只要开关设备组件气体的密度和基准气体的密度在给定恒定温差的情况下相同,则连接到柱塞的可动波纹管基座就不会移动。包括波纹管基座和柱塞的系统仅在压力发生变化时(例如开关设备组件气体泄漏)移动并致动一个或多个微动开关。所设置的电路可被断开或闭合,并且密度监控器在泄漏的情况下可产生相应的警报值。
[0008] 然而,在实践中,在密度监控器的情形中经常发生烦人的虚假警报。本发明针对提供基于机械原理并且不易发生虚假警报的密度监控器的问题。
[0009] 该问题通过具有权利要求1的特征的密度监控器来解决。
[0010] 从属权利要求涉及本发明的有利构造。该密度监控器的有利用途是并列权利要求的主题。

发明内容

[0011] 本发明提供一种用于监控待测容积中的气体密度的密度监控器,其具有分隔壁和分隔壁移动检测装置,分隔壁将形成在密度监控器壳体中的第一基准室与待测容积分隔开,分隔壁移动检测装置用于检测分隔壁的移动,设置有形成在密度监控器壳体之外的第二基准室,第二基准室借助于流体管线流体连接到第一基准室。
[0012] 过去的带有基准室的密度监控器的设计存在的一个缺点是:需要两个气体空间中的温度条件大致相同(基准室内部中的基准气体空间和待监控气体施加的压力)。在实践3
中,不均匀的温度条件很普遍,因此,例如,由于它们很大的热质量(几m)而适合在室外使
3)
用的开关设备组件以及集成在密度监控器(通常为大约10-30cm 中的基准室由于一天中热量逐渐增加而以不同速度被加热。结果是温度梯度和随之而来的错误的开关响应;这称为由于不均匀的温度分布而导致的密度监控单元的错误补偿。
[0013] 根据本发明,基准容积现在不仅由靠近分隔壁的第一基准室(例如波纹管的内部)形成,而且该第一基准室还借助于流体管线(优选为薄毛细管)耦合到一外部基准容积,该外部基准容积可非常靠近待监控的气体空间、例如非常靠近开关设备组件地定位,并且与待监控的气体空间具有非常好的热连接。待监控的气体空间中的温度变化的补偿现在由整个组合的基准室系统——即第二基准室(特别是外部基准室)、流体管线(例如毛细管)和例如由压力连接部内的残余容积形成的第一基准室——形成。
[0014] 根据优选构造,外部基准室的容积介于20与200cm3之间。优选地,第二基准室经由作为流体管线的毛细管连接到密度监控器壳体。
[0015] 更优选地,流体管线设计成柔性的。因此,例如,可在预组装有流体管线的状态下运输第二基准室和第一基准室,并且第二基准室不管是否连接到第一基准室都可容易地置于待监控气体空间的内部中或其边缘处。
[0016] 流体管线优选具有尽可能小的容积。例如,形成流体管线的毛细管具有仅零点几mm的内径。该流体管线可具有几厘米到几米(长达20m)的长度。
[0017] 整个基准室系统(第一和第二基准室以及流体管线)优选被充填有与待监控的气体容积(例如待监控的开关设备组件)相同的气体。
[0018] 待监控空间中的温度变化还引起基准容积中温度的在时间上很接近的变化,因此开关设备组件和整个基准容积两者中存在相同的条件。
[0019] 因此,分隔壁在温度变化的情况下也总是保持在相同位置,并且避免了由于温度梯度导致的虚假警报。例如,分隔壁可以是金属波纹管的一部分。移动检测装置可设置有例如开关杆和微动开关。在这种情况(温度变化)下,连接到波纹管的开关杆总是保持在相同位置,并且避免了随之而来的虚假警报。
[0020] 更有利的是,通过在压力连接部内引入另一容积来减小第一基准室例如金属波纹3
管内部的活动容积。这在设计方面经由充填元件例如环(其体积例如可介于5与10cm之间)来执行。该特别的环形充填元件可固定地连接到分隔壁,例如固定地连接到波纹管系统。结果,与第二基准室相比,减小了由第一基准室所占据的组合基准容积的比例。
[0021] 优选地,大部分基准容积(例如>90%)非常靠近待监控的气体空间。如果在气体空间与外部基准室之间实现了良好的热耦合,则可以假设存在近乎相同的热条件,由此避免了归咎于温度梯度的虚假警报。
[0022] 在SF6气体液化(例如在-30℃的区域中处于6bar的充填压力下)的情况下,气体空间有时被电加热;即使在这种情况下,外部基准室也将具有与待监控的气体空间大致相同的温度。
[0023] 优选地,该密度监控器具有以下特征:
[0024] 外部基准室通过薄毛细管连接到密度监控器壳体。
[0025] 为了能够使用尽可能大的基准室容积,可通过将一附加被动容积引入连接件内来执行密度监控壳体的容积的减小。
[0026] 第一基准室可形成在波纹管内。在又一实施例中,波纹管可突出到第一基准室内,其中待监控的气体被导入波纹管内部;后一种情况由于仅需在第一基准室中提供很小的容积而特别有可能。
[0027] 外部基准室可集成在开关设备组件的待监控的气体空间中。
[0028] 外部基准室可通过管和/或通过贯穿压力密度监控壳体的连接件的孔集成在开关设备组件的待监控的气体空间中。附图说明
[0029] 以下将参考附图更详细地说明本发明的示例性实施例,在附图中:
[0030] 图1示出了根据本发明的第一实施例的密度监控器的示意图,其用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度;
[0031] 图2示出了根据本发明的第二实施例的密度监控器的示意图,其用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度;
[0032] 图3示出了根据本发明的第三实施例的密度监控器的示意图,其用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度;
[0033] 图4示出了根据本发明的第四实施例的密度监控器的示意图,其用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度;
[0034] 图5示出了根据本发明的第五实施例的密度监控器的示意图,其用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度;和
[0035] 图6纯粹基于说明的目的示出未被本发明涵盖的具有常规设计的密度监控器的示意图,该密度监控器用于监控开关设备组件的气体空间中的气体密度。

具体实施方式

[0036] 附图中示出了密度监控器9的不同实施例,其中,为了监控开关设备组件11的气体空间7中的气体密度,所述密度监控器9连接到形成在气体空间7处的压力连接部8。为了示出基准室系统的原理,图6示出了一具有常规设计的密度监控器9,而图1至5示出了代表该基准室系统的改型的本发明实施例。
[0037] 密度监控器9具有密度监控器壳体1,第一基准室14形成在该壳体内。第一基准室14通过分隔壁16与气体空间7分隔开并因此与容纳待监控气体的测量容积18分隔开。分隔壁16以可移动的方式设置。如果气体的密度改变,则这引起分隔壁16移动。分隔壁
16的这种移动由分隔壁移动检测装置20监控。
[0038] 在所示的示例中,分隔壁16的形式是波纹管区域,例如为一金属波纹管2。例如,分隔壁16由波纹管基座12形成。
[0039] 分隔壁移动检测装置20具有柱塞3和微动开关4,所述柱塞传递分隔壁16的移动,所述微动开关可由柱塞3致动。微动开关4连接到无源切换点监控装置S(未更详细地示出)。另外,柱塞3连接到指示器22,指示器可指示气体压力并因此指示气体密度。
[0040] 在图6所示的具有常规设计且未被本发明涵盖的密度监控器的情况下,形成在金属波纹管2中的第一基准室14形成单一基准容积。该基准容积用于纯机械温度补偿。位于该基准容积中的基准气体(与气体空间7中的待监控气体相同)以与气体空间7中的气体相同的方式响应温度变化,其结果是纯粹基于温度变化的气体密度的变化不会引起分隔壁14移动。
[0041] 然而,能够看出,第一基准室14经由压力连接部8与气体空间7分隔开;第一基准室14和气体空间7之间的热耦合因此受到限制。另外,第一基准室14与气体空间7相比仅容纳很少量的气体,所述少量气体对温度变化的响应因此比气体空间7中的大量气体快得多。因此,在温度梯度的情况下,会容易地导致不同温度和因此不同密度并因此导致虚假警报。
[0042] 为了避免这种虚假警报,提出了图1至5所示的实施例。在这些实施例中,提供了外部基准容积5,其形成为与气体空间7热耦合并流体连接到第一基准室14。
[0043] 为了形成外部基准容积5,在图1至5所示的实施例中,设置了第二基准室24,所述第二基准室借助于流体管线26连接到第一基准室14。流体管线26由毛细管6形成,该毛细管具有仅零点几毫米的内径和因此仅很小的内截面。例如,毛细管6由金属形成并且是柔性的。长度例如介于几厘米与几米之间,并且可长达20米。
[0044] 虽然在图1所示的实施例中第一基准室14的容积相对于图6所示的常规设计保持不变,但在图2所示的实施例中,在由金属波纹管2形成的第一基准室14内设置有一充填元件,该充填元件用于形成用于减小容积的被动附加容积10。例如,该充填元件是具有大3
约5至10cm的体积的铝环。结果,第一基准室14的容积可减小,从而使得由两个基准室
14和24以及流体管线26所形成的全部组合基准容积的超过90%被分配给外部基准容积
5。
[0045] 虽然在图1和2所示的实施例中,第一基准室14由金属波纹管2的内部形成,但在图3所示的实施例中,规定金属波纹管2的内部连接到压力连接部8、并且第一基准室14由波纹管2的外部和密度监控器壳体1的内部形成。
[0046] 外部基准容积5中的基准气体能以与气体空间7中的气体相同的方式加热。尽管流体管线26的内径小,但因此在第一基准室14内提供了随温度相应变化的压力。因此明显减少了虚假警报。
[0047] 在图1至3所示的实施例中,基准容积有效地热耦合到气体空间7,但设置在气体空间外侧。这具有不需要为流体管线26在气体空间中设置孔的优点——该孔需要相应地进行密封。然而,这些实施例的性能取决于热耦合的质量。
[0048] 在图4和5所示的进一步的实施例中,因此规定基准容积5设置在气体空间7内,其结果是热连接很理想。
[0049] 在图4所示的实施例中,基于此目的在用于开关设备组件11的壳体中或大致在气体空间7的壁中设置用于流体管线26的通道28或孔口。
[0050] 在图5所示的实施例中,流体管线26穿过压力连接部8。为此,在压力连接部8的区域中设置用于流体管线26的孔口30。
[0051] 参考标号列表
[0052] 1密度监控器壳体
[0053] 2金属波纹管
[0054] 3柱塞
[0055] 4微动开关
[0056] 5外部基准容积
[0057] 6毛细管
[0058] 7气体空间
[0059] 8压力连接部
[0060] 9密度监控器
[0061] 10(被动)附加容积(用于减小容积)
[0062] 11开关设备组件
[0063] 12波纹管基座
[0064] 14第一基准室
[0065] 16分隔壁
[0066] 18测量容积
[0067] 20分隔壁移动检测装置
[0068] 22指示器
[0069] 24第二基准室
[0070] 26流体管线
[0071] 28通道
[0072] 30孔口
[0073] S(无源)切换点监控装置
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