SF6气体湿度的常用检测方法主要有电解法、阻容法和露点法

SF6气体湿度的常用检测方法在湿度测量中有多种方法可以应用，目前电力系统常用的六氟化硫气体湿度检测方法主要有电解法、阻容法和露点法。

1.电解法

电解法是目前广泛应用的微量水分测量方法之一。人们对此法之所以感兴趣，其原因在于这种方法不仅能达到很低的量限，更重要的是因为它是一种绝对测量方法。

（1）测量原理。电解法湿度计的敏感元件是电解池，它的测量原理是基于法拉第电解定律。众所周知，法拉第定律由下面两个定律组成：

1）在电流作用下，被分解物质的量与通过电解质溶液的电量成正比；

2）由相同电量析出的不同物质的量与其化学当量成正比。法拉第第二定律，析出任何一摩尔物质所需的电量为96485C。所以可以由消耗的电量来计算电解的物质量。在六氟化硫气体湿度测量中，被电解的物质是水。测量特点是当被测气体连续通过电解池时，其中的水汽被涂敷在电解池上的五氧化二磷膜层全部吸收并电解。在一定的水分浓度和流速范围内，可以认为水分吸收的速度和电解的速度是相同的。也就是说，水分被连续地吸收同时连续地被电解。瞬时的电解电流可以看成是气体含水量瞬时值的尺度。这种湿度测量方法要求通过电解池的气体的水分必须全部被吸收。测量值是与气体流速有关的。因此测量时应有额定的流速并保持流速恒定。由测量气体的流速和电解电流便可测知气体湿度。

（2）定量基准。由于法拉第电解定律指出电解一摩尔物质所消耗的电量是一个常数，依据法拉第定律和气体方程可求出电解电流与气体含水量之间的关系式：

式中　F——法拉第常数（96485C/mol）；

q——气体流速，mL/min；

φ——气体含水量的体积分数，×106；

I——电解电流，μA；

po——标准状况下的气体压力（101325Pa）；

T0——标准状况下的气体温度（273.15K）；

V0——标准状况下的气体体积（22.4L/mol）；

p——被测气体压力，Pa；

T——被测气体温度，K。

式（416）即为电解式水分仪依据的公式。从式中可以看出，在温度、压力、流量不变的前提下，电解电流的大小正比于气体含水量。当被测气体压力p=101325Pa，温度t=293K，q=100mL/min时，气体含水量φ=1×106（体积分数），电解电流I=13.2μA。根据电解电流的大小，仪器可直接显示气体含水量。

2.阻容法

阻容法水分仪属于一种电湿度计。它是利用吸湿物质的电学参数随湿度变化的原理借以进行湿度测量的仪器。属于这一类的湿度计主要有氧化铝湿度计、碳和陶瓷湿度传感器，以及利用高聚物膜和各种无机化合物晶体等制作的电阻式湿度传感器等。我们主要应用的是氧化铝湿度计。

（1）测量原理。氧化铝湿度计的测量元件是氧化铝探头，它是通过电化学方法在金属铝基体表面形成一层氧化铝膜，进而在膜上淀积一薄层金属膜，这样便构成了一个电容器。氧化铝吸附水汽后引起电抗的改变，湿度计的原理就是建立在这一电特性基础之上的。

（2）传感器结构。氧化铝传感器的核心部分是吸水的氧化铝膜层，它的结构模型如图45（a）。氧化铝膜层布满了相互平行的且垂直于其平面的管状微孔，并从表面一直深入到氧化层的内部，多孔的氧化铝膜具有很大的比表面，对水汽有很强的吸附能力。传感器的等效工作电路如图45（b）所示，在湿度变化时，R1和C2的变化是明显的，是具有决定性影响的两个参量。

3.露点法

露点法是一个古老的测量方法。露点仪建立在可靠的理论基础之上，具有准确度高、测量范围宽的特点，在现代湿度测量技术中占有相当重要的位置。

（1）测量原理。露点仪的测量系统是将气体以一定的流速通过一个金属镜面，此金属镜面用人工的方法使之冷却，当气体中的水汽随镜面的冷却达到饱和时，将有露在镜面上形成，镜面上附着的水膜和气体中的水分处于动态平衡。此时镜面温度称为露点温度。由此可以测定气体湿度。也就是说，当一定体积的湿气在恒定的总压力下被均匀降温时，在冷却的过程中，气体和水汽两者的分压力保持不变，直到气体中的水汽达到饱和状态，该状态称为露点，由测定露点温度可以测知气体湿度。

（2）SF6露点仪结构。由露点法的测试原理可知，一般的露点仪的测试系统主要分为金属镜面、制冷系统、测温系统和光电系统几部分。

1）制冷技术。手动露点仪通常采用干冰（液态CO2）、液氮制冷。这种仪器一般用于实验室。它的**特点是可以进行低霜点测量。干冰可以达到78℃，液氮可以达到100℃。使用干冰时常常用乙醇作为冷介质传递冷量。这种制冷方法的缺点是降温速度不易控制。自动热电制冷也就是半导体制冷，其原理是利用帕尔帖效应，也就是电偶对的温差现象。目前广泛应用的电偶对是由铋碲合金与铋硒合金组成的N型元件，以及由铋碲合金组成的P型元件。冷堆由适当数目的制冷元件（N—P电偶对）按串、并的方式连接，利用多级叠加可以获得不同程度的低温。如二级叠加可以达到40～45℃，三级叠加可以达到70～80℃，一般不宜超过三级叠加。

2）露点镜温度的测量。现代的露点仪镜面温度的测量一般都采用热电偶、热敏电阻、铂电阻。测量露点温度有两个最基本的要求，一是露点温度测量与结露时间的一致性，测量值与真实露点温度的偏差要小；二是测温元件安放点的温度应与镜面温度一致，两处的温度梯度要小。

3）简单的凝露状态监控。在简单的露点仪中通过手动调节制冷量来控制镜面降温速度，用目测法确定露点的生成。这种露点仪在很大程度上依靠经验来进行测量。

4）光电的凝露状态监控。自动的现代露点仪大部分采用光电系统来确定露点的生成。光电检测系统主要包括一个稳定的光源和反射光的接收系统（包括光敏元件和电桥）。来自光源的平行光照到镜面上被镜面反射，反射光可以用光电管式光敏元件接收。在镜面结露之前，只要光源足够稳定，入射光和反射光的光通量基本是稳定的。当镜面上出现露点时，入射光就发生散射，光接收系统接受的光量就减小，光的散射量大致和露层的厚度成正比。利用光敏元件作为惠斯顿电桥的一臂，可以检出光的变化。也就是说，利用电桥状态的变化来判断露点。

在露点出现前，电桥处于不平衡状态，电桥信号输出控制半导体制冷器的制冷电流。当露点出现时，电桥达到平衡，半导体制冷器停止制冷或反向加热，使镜面温度自动保持在露点附近，即自动跟踪露点。