華意電力是一家專業研發生產微量水分測試儀的廠家，本公司生產的微量水分測試儀設備在行業內都廣受好評，以打造最具權威的“微量水分測試儀“高壓設備供應商而努力。

  電工產品的質量和使用壽命很大程度上取決于絕緣材料的電、熱、機械和理化性能。水分的存在嚴重影響了絕緣材料的性能,從而對電工產品的質量和性能造成不利影響。為了提高電工產品的質量,必須降低產品中水分的質量分數,提高其絕緣性能,使其擊穿強度增大。實現這一目標的主要方法之一就是對電工產品進行有效的真空處理,特別是高壓電氣產品(如電力電容器、電力變壓器、電力電纜等)必須進行嚴格的真空處理。真空處理工藝的主要作用是在真空狀態下,最大限度地除去材料中的氣體和水分,然后經凈化處理,選擇適當的浸漬劑,在真空狀態下灌注浸漬,以提高其耐壓等級和使用壽命。真空干燥是其中的重要一環,干燥過程中干燥終點的確定主要依賴于微量水分的檢測結果。因此微量水分的測試精度將直接影響真空干燥的質量,這就必然要求對微量水分的測試方法進行研究。

1　常見測試方法

  濕度是一個物理量,定義為氣相中的氣態水(水蒸氣)的質量分數。其常用單位有水分壓、g /m3、露點溫度、混合比及相對濕度等。通常以露點溫度-20℃為界把氣體分為高濕度氣體和低濕度氣體(即微量水分)。常用于微量水分測量的方法[3]主要有:重量法、電解法、振動頻率法、冷鏡法及阻容法等。重量法是讓樣氣流經某一干燥劑,其所含水分被干燥劑吸收,精確稱取干燥劑吸收的水分質量分數與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。其優點是精度高,最大允許誤差可達0.1% ,缺點是具體操作比較困難,所測結果非瞬時值,不能實現在線測量。該方法只適用于露點溫度在-32℃以上的氣體。電解法和振動頻率法對重量法作了改進。電解法將干燥劑吸收的水分經電解池電解成氧氣和氫氣,電解電流的大小與水分的質量分數成正比,通過檢測該電流可測得樣氣的濕度。該方法將測量量程延伸到露點-80℃以下,精度較好,但在使用前要對電解池氣路進行長時間的干燥,且對氣體的腐蝕性和清潔性要求較高。振動頻率法用一種吸濕性的石英晶體代替干燥劑,根據該晶體吸收水分質量不同時振動頻率不同的特點,讓樣氣和標準干燥氣流經該晶體,因而產生不同的振動頻率,計算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優點,且使用前不必干燥。

  冷鏡法是讓樣氣流經露點冷鏡室的冷凝鏡,通過等壓制冷,使樣氣達到飽和結露狀態,此時冷凝鏡的溫度即為樣氣的露點溫度。其主要優點是精度高,不確定度可達0.1℃ ,缺點是響應速度較慢。該方法可用于干燥空氣的極低濕度測量。阻容法是利用一個高純鋁棒(鋁片),表為一層超薄的氧化鋁薄膜,其外鍍一層多孔的網狀金膜,金膜與鋁棒(鋁片)之間形成電容。由于氧化鋁薄膜的吸水特性,使得電容值隨樣氣水分的多少而改變,測量電容值的變化即可得樣氣濕度。該方法的主要優點是靈敏度高,測量量程可低達-100℃ ,另一突出的優點是響應速度非常快,因而多用于現場測量和快速測量。缺點是精度較差,其濕敏特性隨使用時間的延長有不可逆的漂移。

2　譜分析的工作原理

  由以上分析可知,根據冷凝鏡法設計的露點儀和阻容法設計的氧化鋁薄膜傳感器均可實現極低濕度測量,但前者響應速度慢,后者精度不夠,都不是理想的選擇。由于真空干燥過程中,水分含量不斷降低,最終殘余含水量要求降至30× 10-6體積分數以下。為了實現對水分壓的實時測量,可采用分壓強計測量的方法,分析質譜即可測得水分的質量分數[4]。譜分析的方法以及所對應的各種譜儀很多,目前已得到廣泛應用,不用磁場的氣體分析器性能最佳的一種是四極質譜儀。它利用四極桿代替了笨重的電磁鐵,體積小、重量輕、價格較廉,且具有較高分辨率和較高靈敏度等優點。其工作原理如圖1所示,測試裝置簡圖如圖2所示。圖1中干燥室待測微水分的氣體經閥1,進入采樣室,平衡后通過閥2進入測試室(四極質譜分析室)進行譜分析,即將經過質量分析器出來的10-9～ 10-10 A的離子流,由離子檢測器

3 測試裝置的設計

  根據上述原理,裝置分為兩部分:干燥系統和測試系統。干燥系統必須抽到高真空,而測試系統必須抽到超高真空,兩套系統間采用超高真空膨脹閥連接。這樣整個系統將有兩套機組,成本較高。為簡化裝置,提出新的設想,即采用限流小孔代替超高真空膨脹閥,從而用一套機組即可實現測試功能。干燥室與測試室之間用一層隔板隔開,板中間有一限流小孔,小孔孔徑可調。干燥室和測試室采用由分子泵和機械泵組成的機組抽氣。測試時,先將小孔關死,測出測試室的本底壓強和本底水分壓;打開小孔前,用機械泵先對干燥室進行預抽;之后將小孔調到最大,以使整個系統(干燥室和測試室)的壓強迅速降低;當壓強進入較低范圍時,將孔徑調節到適當值,限流小孔的流導,其效果類似于干燥室內氣體微體積的采樣。當測試室的壓強進入質譜計工作范圍,即可啟動質譜計進行水分壓測量,四極質譜計輸出的數據由數據處理系統處理。通過數字系統處理后可得到干燥室的水分質量分數。這樣也就基本實現了對干燥室中微量水分的在線監測。

4　結束語

  本文闡述了電工產品絕緣真空干燥過程中微量水分測試的譜分析方法,并探討了測試裝置的簡化設計,以此為基礎設計的數字處理系統可實現對微量水分的在線監測,從而為電工產品干燥過程中干燥終點的確定、真空干燥質量的提高、能源和成本的節約提供了可行的技術手段。

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