SF6纯度传感器测量原理

六氟化硫（SF6, Sulfur Hexafluoride）是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳定气体，化学式SF₆。它的分子量为146.07，在20℃和0.1 MPa时密度为6.1kg/m3，约为空气密度的5倍。六氟化硫在常温常压下为气态。

六氟化硫SF6是强电负性气体，它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子，削弱气体中碰撞电离过程，因此其电气绝缘强度很高，在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍。SF6气体在t≈2000K时出现热分解高峰，因此在交流电弧电流过零时，SF6对弧道的冷却作用比空气强得多，其灭弧能力约为空气的100倍。由于SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性，它从20世纪50年代末开始被用作高压断路器的灭弧介质。在超高压和特高压断路器中，SF6作为灭弧介质，已取代油，并已大量取代了压缩空气。

二、SF6纯度传感器测量原理

在高压开关中，需要测试SF6纯度，保证SF6气体绝缘性。SF6纯度一般在90%~100%Vol.。目前SF6纯度传感器测量方法主要有热导式和非分散红外（NDIR）方法。其中热导式SF6纯度传感器测量原理是准确、可靠的方法。

1、热导式SF6纯度传感器测量原理

热导式SF6纯度传感器测量是经典的方式，近些年来由于非分散红外（NDIR）技术的进步，热导式方式测量SF6气体浓度一度受到冷落和遗忘。但后来工程师发现非分散红外（NDIR）方法测量六氟化硫纯度有很大的缺陷，他们也逐步回到经典的热导率的方法上。

根据被测SF6气体和背景气体的热导率数不同来计算其中SF6气体组份的含量。当敏感元件吸附被测气体时，热导率发生变化，通过调理电路将热导系数变化转为电压变化，据此可检测气体中浓度或含量。利用各种气体不同的热导系数，即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体FS6以恒定的流速流入六氟化硫纯度传感器时，热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体SF6的浓度变化而变化，运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号，通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化，使其成为六氟化硫浓度测量值。

热导式SF6纯度传感器具有精度高，重复好和波动性小受到市场应用广泛欢迎，目前也重新赢得工程师的信赖。

低功耗快速响应热导SF6传感器

采用非分散红外（NDIR）原理的六氟化硫纯度传感器测量SF6浓度在95%以上时，由于信号趋于饱和，数值具有很大的波动性，同时重复差，无法满足高压开关内六氟化硫纯度高精度测试的要求。SF6-100热导式传感器是采用MEMS技术设计的一款SF6气体纯度传感器，通过直接测量气体热导率方式运行，内部没有加热灯丝，也不需要参考气。SF6-100传感器没有采用传统的大功率的恒温气室设计，而采用独特温度补偿的算法，可在-40℃~+85℃下保证测量准确度和重复性，且波动性很小。传感器同时功耗只有0.15W，是传统的热导原理传感器的1/20。SF6-100传感器同时对湿度进行修正，达到±1%FS测量精度。

SF6-100采用的专有的精密的电路设计，T90响应时间（@1000ml/分钟）非常快，只有3秒，达到读数稳定的时间T100为8秒，而传统的热导传感器需要120~150秒。SF6-100无需加热恒温的等待（至少30分钟加热时间），从开机到测量工作结束大约需要在2分钟内完成，极大地提高了测量效率。SF6-100的体积小、低功耗和重量轻（约150g）的特点，非常适合集成便携式SF6仪表内。

一、低功耗快速响应SF6传感器产品优点

• 无需加热恒温等待，即插即用
• 低功耗，约0.15W
• 快速响应，约3秒(T90，@1.0L/min.)。
• 外形尺寸小、重量轻(150g)
• 温度和湿度修正补偿
• 同时测量六氟化硫(SF6)浓度、相对湿度（RH）和温度三个参数
• 0.5~2.5VDC和5V TTL输出
• -40~+85℃宽的工作温度范围
• 长达10+年的使用寿命
• 精度高，重复性好，波动小，适合纯度测量

SF6纯度传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。SF6气体分子在10.55微米附近有很强的吸收，因此红外六氟化硫传感器采用此波长来测量其浓度。

由于黑体光源、热释电探测器和滤光片的技术发展，非分散红外（NDIR）原理六氟化硫纯度传感器，因为新技术和低功耗一度受到追捧。应用工程师后来发现由于SF6纯度传感器在10.55um波长附近非常强，信号大。另外六氟化硫气体测试的范围在90~100%Vol.,输出信号趋于饱和，在此范围内传感器读数波动大，可达+/-1%;重复性差，无法满足SF6气体纯度测试。近些年来，应用工程师也回归到用经典的热导式方法来测试SF6气体纯度。