《六氟化硫气体组分光谱检测方法（编制说明）》

摘要

本报告对中国电力企业联合会标准《SF6气体组分光谱检测方法》制定过程作了详

尽的说明。

关键词：SF6电气设备气体组分定量检测紫外光谱红外光谱可调谐半导体激光

0

SF6气体组分光谱检测方法

（征求意见稿）(编制说明)

1.任务来源

本标准是根据中国电力企业联合会[2020]55号文，项目序号T/CEC20201066的要

求对“SF6气体组分光谱检测方法”进行制定。本标准由贵州电网有限责任公司电力科学

研究院负责牵头制定，参与单位为国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、广东

电网有限责任公司电力科学研究院、广西电网有限责任公司电力科学研究院、国网重

庆市电力公司电力科学研究院、云南电网有限责任公司电力科学研究院、海南电网有

限责任公司电力科学研究院。

2.制订过程

首先由贵州电网有限责任公司电力科学研究院查询相关资料、调研，对SF6设备中

气体组分光学检测方法确定制订方案，并参考了DL/T1359《六氟化硫电气设备故障气

体分析和判断方法》、DL/T1205《六氟化硫电气设备分解产物试验方法》等标准，再

结合SF6气体组分光学检测仪器在生产中实际应用情况，提出方法草案，申请2020年

年度的中国电力企业联合会标准，顺利获得了中国电力企业联合会[2020]55号文下达

了制定《SF6气体组分光谱检测方法》的电力企业团体标准任务。贵州电网有限责任公

司电力科学研究院按照此方法开展相应的试验研究工作，确定了该方法的最佳试验条

件。之后由贵州电网有限责任公司电力科学研究院组织，对不同气体组分配置不同浓

度的标准气体对方法进行验证，采用该方法在贵州电网有限责任公司电力科学研究院、

贵州电网有限责任公司六盘水供电局、贵州电网有限责任公司贵安供电局、贵州电网

有限责任公司都匀供电局和贵州电网有限责任公司兴义供电局共五家单位进行协同试

验。通过对协同试验数据的汇总，计算并验证本标准的精密度。2020年10月26日标

1

准形成征求意见稿，共回收意见xx个，贵州电网有限责任公司电力科学研究院针对意

见修改标准形成送审稿，其中采纳x个，未采纳x个。

2020年x月x日标准顺利通过全国电气化学技术标准化委员会审查，并按照审查

意见修改后作为推荐性行业标准形成报批稿，报批。

3.制订本标准的意义

电气设备用SF6气体组分检测是判断设备运行状态的重要手段，其中分解产物检测

可发现SF6设备的内部放电缺陷，水分可发现SF6设备内部的受潮缺陷，SF6纯度则可

保证灭弧强度。由于分解产物和水分检测同时列入预防性试验规程，且市面上电化学

传感器法检测分解产物低浓度存在零漂严重，误报漏报、传感器不可逆衰减导致使用

寿命短的情况，露点法检测湿度受环境温度制约较大，SF6纯度色谱法准确性高，但操

作繁琐，因此光谱检测方法已经广泛应用于南网和国网系统SF6气体组分的测试，但目

前，没有相应的标准对光谱方法进行规范。为了使这项重要的检测工作能规范化开展，

有必要制定统一的规范标准，使运行单位能够依据标准制定相关的现场作业指导规范。

本标准征求意见稿是结合标准和生产试验实际情况，研究了光谱法测定SF6电气设

备中分解组分H2S、SO2、CO含量、水分含量和SF6纯度的方法，考查了可能造成检

测干扰的因素，通过对试验条件的探究，建立了定量检测上述SF6气体组分的光学方法。

4.制订内容及说明

4.1标准的适用范围

本标准规定了SF6电气设备中SF6纯度、湿度和分解产物含量等气体组分的光谱检

测方法。

本标准中紫外光谱法适用于检测H2S和SO2组分，红外光谱法适用于检测CO组

分和SF6纯度，可调谐半导体激光吸收光谱法适用于检测湿度。

本标准适用于六氟化硫气体的检测。

4.2规范性引用文件

GB/T8905六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则

DL/T506六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法

2

DL/T1032电气设备用六氟化硫（SF6）气体采样方法

DL/T639六氟化硫电气设备运行、试验及检修人员安全防护细则

4.3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件

4.3.1

六氟化硫电气设备sulfurhexafluorideelectricalequipment

以六氟化硫气体作为主要介质的电气设备，主要有变压器、断路器、气体绝缘组

合电器、互感器、套管、气体绝缘金属封闭输电线路和接插式开关电器等。

4.3.2

气体分解产物gaseousdecompositionproducts

绝缘气体在使用中产生的分解物。

[GB/T8905-2012术语和定义3.2.2]

4.3.3

湿度humidity

气体中水蒸气的含量

[DL/T506-2007术语和定义3.2]

4.3.4

六氟化硫纯度sulfurhexafluoridepurity

六氟化硫气体的重量百分比。

4.3.5

紫外传感器ultravioletsensor

由上位机、紫外光源、紫外检测气室、光纤、紫外光谱仪、信号采集处理器组成。

4.3.6

红外传感器infraredsensor

由红外光源、温度控制器、电流控制器、红外检测气室、光电转换电路、锁相放

大器、信号采集处理器组成。

4.3.7

可调谐半导体激光传感器tunablediodelasersensor

由半导体激光器、激光扫描电路、温度控制器、电流控制器、红外检测气室、光

电转换电路、锁相放大器、信号采集处理器组成。

4.4方法概要

采集的气体样品经可调谐半导体激光传感器检测H2O，通过可调谐激光光谱获得

电信号，进行信号处理和转换后获得H2O的浓度。

采集的气体样品经紫外传感器检测SO2和H2S，通过紫外差分吸收光谱提取快变信

号，进行信号处理和转换后获得SO2和H2S的浓度。

采集的气体样品经红外传感器检测CO，通过红外吸收光谱获得电信号，进行信号

处理和转换后获得CO的浓度。

3

采集的气体样品经红外传感器检测SF6纯度，通过红外吸收光谱获得电信号，进行

信号处理和转换后获得SF6纯度。

图4-1SF6气体组分检测原理图

六氟化硫气体采样参照DL/T1032，六氟化硫电气设备内的气体采集后，应迅速检

测，采样系统的管材宜采用聚四氟乙烯。

4.4仪器

4.4.1光谱型SF6设备气体综合分析仪

包含紫外传感器检测模块、红外传感器模块、可调谐半导体激光传感器模块、真

空泵、流量传感器、电磁阀和AB通道切换阀。

4.4.1.1检测气体流量：500mL/min~800mL/min为宜。

4.4.1.2响应时间：不大于5s。

4.4.1.3工作电源：交直流用电。

4.4.1.4工作环境温度：-20℃~+50℃。

4.4.1.5工作环境湿度：15~90%RH。

4.4.1.6取样气体压力：0.1~1MPa。

4.4.1.7检测气体压力：0.12~0.14MPa。

4.4.1.8测试时间：完成一次正常测试时间在5分钟之内。

4.4.1.9检测灵敏度能满足气体组分最小检测浓度要求，见表4-1。

表4-1气体组分最小检测浓度

4

气体组分最小检测浓度

SO21µL/L

H2S1µL/L

CO1µL/L

H2O1µL/L

SF61%

4.4.1.10检测量程：SO2、H2S浓度1µL/L~100µL/L，CO浓度1µL/L~1000µL/L，SF6

纯度0~100%，湿度1µL/L~5000µL/L。

4.4.2配气仪

用于配置实验用SO2、H2S浓度1µL/L~100µL/L，CO浓度1µL/L~1000µL/L，SF6

纯度0~100%。

4.4.3湿度发生器

用于发生实验用1µL/L~5000µL/L水分含量。

4.4.4标准气体：

4.4.4.1SF6纯度气体：90.00%、95.00%、99.99%。

4.4.4.2SF6为底气的分解物气体：标准SO2气体浓度1µL/L、49.5µL/L、101.3µL/L，

标准H2S气体浓度1µL/L、49.8µL/L、102.5µL/L，标准CO气体浓度1µL/L、51.2µL/L、

103.6µL/L、502.1µL/L、1000.5µL/L。

4.5分解产物SO2、H2S和CO的标定和测试

4.5.1SF6为底气的SO2组分的标定和反演

①完成目标浓度样气的配制。

②对气体吸收池进行冲洗。

③背景光谱数据采集。

④SO2样气光谱数据采集。

⑤获取SO2吸收光谱。最终获得SO2气体的吸收光谱分别如图4-1所示：

5

图4-1SO2紫外原始吸收光谱

通过图4-1可以看出，不同浓度下SO2存在明显区别的吸收峰，分别集中在

190~230nm和280~320nm两端，且随着气体浓度的增加，吸收峰明显增加。提取快变

部分。经过去噪后的SO2差分吸收光谱，根据吸收峰的分布分为两个部分，如图4-2

所示。

（a）190~230nm吸收光谱图（b）280~320nm吸收光谱图

图4-2SO2差分吸收光谱图

由图4-2可以看出，经过提取后的差分光谱信号光滑，根据差分光谱和信息，可以

通过傅里叶变换将光谱信号与浓度之间建立线性关系，其结果如图4-3所示。

（a）190~230nm波段线性度关系（b）280~320nm波段线性度关系

6

图4-3SO2差分吸收光谱与频域特征值关系图

结果如图4-3所示，FFT特征值与SO2浓度之间存在高度的线性关系，拟合优度高

达0.9999，其190~230nm浓度反演表达式为：

y=0.8845x+0.0103(4-1)

式4-1中，y表示滤波处理后的SO2紫外差分吸收光谱的FFT特征值；x表示SO2

浓度，单位：μL/L；

其280~320nm浓度反演表达式为：

y=0.3241x-0.043(4-2)

利用各浓度下实测的光谱数据进行浓度反演，反演结果见表4-2和表4-3所示。所

得到的浓度反演表达式具有良好的反演效果。分别计算了30组背景光谱的FFT特征值，

并确定了系统噪声NRMS，获得了所搭建的紫外光谱痕量气体检测平台对痕量SO2在

190~230nm和280~320nm波段的检测下限分别为0.108μL/L和0.444μL/L（差分吸收

光谱与频域特征值线性波段向下延伸至FFT值为0.1时的浓度值）。SO2含量为1~10

μL/L区间时，绝对误差小于0.2μL/L，SO2含量在10µL/L~100µL/L时，计算相对误

差分别为0.45%、0.24%和0.80%、0.29%，均小于1%。重复性：SO2含量在0µL/L~10

µL/L时，计算偏差值分别为0.02、0.05、0.04、0.11µL/L和0.12、0.14、0.14、0.12µL/L，

偏差均小于0.2µL/L；SO2含量在10µL/L~100µL/L时，相对偏差分别为0.51%、0.86%

和0.81%、1.52%，相对偏差均小于2%。

表4-2SO2实测数据反演结果（190~230nm）

配气浓度反演浓度/（μL/L）

绝对误差/

/（μL/L）

（μL/L）

123456789

10.990.940.940.960.940.930.930.930.910.06

22.112.082.092.072.092.012.012.001.980.05

55.195.105.065.085.075.095.085.075.070.09

1010.0610.1210.0810.3710.0710.0310.1510.1710.030.12

2020.2420.1420.1220.1120.0320.0120.0219.9319.930.09

100.2100.1100.2101.3

10099.7198.9899.7698.9098.560.243

0235

表4-3SO2实测数据反演结果（280~320nm）

7

配气浓度反演浓度/（μL/L）绝对误差/

（）（）

/μL/L123456789μL/L

11.090.950.930.861.030.850.850.881.000.09

22.301.871.911.921.952.101.952.002.140.11

55.095.184.895.185.025.174.775.025.020.11

1010.1410.2310.2610.1410.1410.2110.0010.099.880.15

2020.2920.2319.8220.1720.2320.0520.2419.9519.990.16

100.3101.5102.0100.8

10097.9899.0698.6297.9999.010.29

1615

4.5.2SF6为底气的H2S组分的标定和反演

对H2S的标定方法和SO2的标定方法相同。通过大量的实验，得到了如图4-4所

示的结果。图4-4(a)为不同浓度H2S的紫外吸收光谱，随着浓度的增加，整体的吸收度

增加明显；图4-4(b)为从不同浓度H2S的紫外吸收光谱中提取的对应的紫外差分吸收

光谱，各个浓度H2S的紫外差分吸收光谱都明显受到的了高频噪声的干扰，且浓度越

低，受到的影响越严重。

(a)紫外吸收光谱(b)紫外差分吸收光谱

图4-4H2S的紫外光谱

采用数字滤波处理后的差分吸收光谱见图4-5(a)所示，实现低浓度H2S的定量检

测。进一步对滤波处理后的紫外吸收光谱进行FFT变换，得到如图4-5(b)所示结果，

各浓度下的FFT谱均在同一波数位置(0.4345nm-1)出现峰值，对浓度能够较好的表征。

8

(a)滤波处理后的紫外吸收光谱(b)FFT谱

图4-5滤波处理后的紫外光谱及其FFT谱

计算了不同浓度下的FFT特征值，并采用最小二乘法对H2S浓度及其对应的FFT

特征值进行线性拟合，拟合结果如图4-6所示，图中信息表明，FFT特征值与H2S浓

度之间存在高度的线性关系，拟合优度高达0.9999，较高的拟合优度归功于所采取的

系列算法，进一步可以得到H2S浓度反演表达式为：

y=1.934x+0.8579(4-3)

式（4-3）中，y为滤波处理后的H2S紫外差分吸收光谱的FFT特征值；x表示H2S

浓度，单位：μL/L。

图4-6FFT特征值与浓度的关系

获得了未知浓度的H2S的紫外光谱数据，通过平滑和滤波等系列处理之后，可以

得到其FFT特征值，将该值带入式4-3即可计算出该光谱数据所对应的H2S浓度。为

了验证所得到的浓度反演表达式的正确性和适用性，利用各浓度下的实测的另外九组

数据进行了反演计算验证，反演结果见表4-4所示。

表4-4H2S实测数据反演结果

9

配气浓度反演浓度/μL/L绝对误差/

/（μL/L）123456789（μL/L）

11.271.271.251.161.310.800.941.081.080.19

21.911.851.861.971.871.702.041.731.990.13

54.854.855.055.055.054.914.914.914.500.14

109.759.829.589.919.919.629.969.959.860.18

2019.8419.8419.8720.0619.5119.9120.0220.0320.060.13

101.1102.0100.2

10098.5899.1698.2399.5698.4699.140.86

533

表4-4中信息表明，各浓度下的反演浓度绝对差值的平均值都低于0.2μL/L，且整

体波动较小，得到了所搭建的紫外光谱痕量气体检测平台对痕量H2S的检测下限，为

0.490μL/L。H2S含量为1~10μL/L区间时，绝对误差小于0.2μL/L，H2S含量在10

µL/L~100µL/L时，计算相对误差分别为0.50%、0.86%，均小于1%。重复性：H2S含

量在0µL/L~10µL/L时，计算偏差值分别为0.17、0.11、0.17、0.14µL/L，偏差均小于

0.2µL/L；H2S含量在10µL/L~100µL/L时，相对偏差分别为0.87%、1.29%，相对偏

差均小于2%。

从实验结果可知，SO2和H2S量程为0µL/L~100µL/L，SO2和H2S检测限均小于

0.5µL/L。SO2和H2S含量在0µL/L~10µL/L时，绝对误差小于0.2µL/L，SO2和H2S

含量在10µL/L~100µL/L时，相对误差小于1%。SO2和H2S含量在0µL/L~10µL/L时，

偏差不大于0.2µL/L；SO2和H2S含量在10µL/L~100µL/L时，相对偏差不大于2%。

由此设定紫外传感器要求：

量程：SO2和H2S宜为0µL/L~100µL/L。

检测限：SO2和H2S不大于1µL/L。

误差：

SO2和H2S含量在0µL/L~10µL/L时，误差不大于0.5µL/L；

SO2和H2S含量在10µL/L~100µL/L时，相对误差不大于5%。

偏差：

SO2和H2S含量在0µL/L~10µL/L时，偏差不大于0.3µL/L；

SO2和H2S含量在10µL/L~100µL/L时，相对偏差不大于3%。

10

4.5.3H2S和SO2组分紫外光谱交叉干扰处理方法

从H2S和SO2光谱分析可以看出SO2紫外吸收光谱主要集中在190~220nm和

285~310nm两个波段，H2S紫外吸收峰主要集中在190~210nm波段。通过紫外对两种

气体同时进行测量时，会出现交叉干扰问题。处理方法为，在285~310nm这个波段，

硫化氢是没有吸收的，因此在反演二氧化硫、硫化氢两种气体浓度的时候，首先通过

差分吸收光谱（DOAS）算出二氧化硫的浓度，再通过二氧化硫的标准光谱和它的浓度

推算出二氧化硫气体在190~220nm范围的吸光度，然后将从总的吸光度光谱中扣除二

氧化硫，得到的光谱就是硫化氢气体吸收光谱，通过拟合计算得到硫化氢气体的浓度。

4.5.4分解物CO组分的标定和反演

4.5.4.1测定CO含量的非分散红外吸收（NDIR）原理

各种物质对不同的波长红外辐射的吸收程度是不一样的，因此当不同波长的红外

辐射依次照射到样品物质时，由于某些波长的辐射能被样品选择吸收而减弱，于是形

成了特征吸收。其吸收关系服从朗伯--比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行

光，同一入射光可直接测得定值，其强度为I0，出射光的强度为I，气体介质的测量光

程长度为L。

当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时，根据朗伯--比尔吸

收定律:

dI/I=-KdN（4-5）

式（4-5）中K为比例常数，经积分得：

lnI=-KN+α（4-6）

式（4-6）中：N为吸收气体介质的分子总数；α为积分常数，即为lnI0；显然有

N∝CL，C为气体浓度，则式（4-6）可写成：

I=exp(α)exp(-KN)（4-7）

I=exp(α)exp(-μCL)（4-8）

I=I0exp(-μCL)（4-9）

式（4-8）和（4-9）中C—被测气体浓度，L—测量光程长度，亦即气室长度，μ—

气体分子吸收系数。

式（4-9）表明，光强在气体介质中随浓度C及长度L按指数规律衰减。吸收系数

取决于气体特性，各种气体的吸收系数μ互不相同，对于具体气体，μ是常数，L是气

11

室的长度，也是确定的常数。

4.5.4.2选择CO的吸收峰

选择CO的吸收峰4.65μm，吸收系数为2150.58cm-1，如图4-10所示。

图4-10选择的CO气体的吸收谱线

实际测量得到的参考信号和测量信号，通过光电探测器转换为电压信号如图4-11

所示。

测量信号V0

参考信号VI

图4-11实际测量得到的参考信号和测量信号

通过获得的测量信号及参考信号得到吸收强度与浓度之间的线性关系l（nVO/VI）～

C，基于该线性关系建立模型，得到待测气体的浓度。

4.5.4.3红外传感器测定CO浓度标定和反演

通过上述分析，浓度的信号和差值电压ΔU有关，其中ΔU=V0-V1；测量信号V0；参

考信号V1；通入不同浓度的CO气体，测量出对应的ΔU，如表4-5。

表4-5SF6为底气的CO含量标准浓度和测量对应电压值ΔU

12

浓度值（μL/L）

电压值（mV）

1.330

48.110

71.615

95.120

14030

23450

470100

703150

937200

1408300

1874400

2345500

2809600

3745800

46811000

对Y轴CO浓度和测量对应X轴电压值ΔU进行拟合，得到拟合图，见图4-12。

图4-12CO浓度和测量对应电压值ΔU拟合线性图

通过拟合图4-12可以看出，CO红外吸收的电压信号与浓度信号线性关系好，拟

合优度0.9999，线性关系式为：

y=0.2136x-0.2845（4-10）

13

将线性关系式（4-10）写入软件程序，对建立的标定线性进行浓度反演，即通入一

定的标准浓度气体对标定好的CO红外传感器进行测试，得到表4-6中数据。

表4-6标定后的红外传感器测定CO浓度反演

标准浓度示值1示值2≤50μL/L时，误≤50μL/L时，偏

值（μL/L）（μL/L）（μL/L）差，>50μL/L，相对差，>50μL/L，相

误差对偏差

00000.00

11.21.10.150.07

109.89.90.150.07

1514.915.20.050.21

2019.820.50.150.49

3029.129.50.70.28

5048.250.20.81.41

10098.399.51.10%0.86%

1501471520.33%2.36%

2001921982.50%2.18%

3002963040.17%1.65%

4003913961.63%0.90%

5004834952.20%1.74%

6005865882.17%0.24%

8007827951.44%1.17%

10009829961.10%1.00%

从表4-6中数据可知，标定后红外传感器的CO浓度测试反演效果很好，检测限达

到1μL/L，最高检测1000μL/L，当测量值不大于50μL/L时，误差小于±1μL/L，当测

量值大于50μL/L，相对误差小于±3%。CO含量不大于50μL/L时，偏差小于1.5µL/L；

当测量值大于50μL/L，相对偏差小于3%。

由此设定红外传感器要求：

CO含量：1-1000μL/L。

检测限：CO不大于1µL/L，

误差：

14

CO含量在0µL/L~50µL/L时，误差不大于1.5µL/L；

CO含量在50µL/L~1000µL/L时，相对误差不大于3%；

偏差：

CO含量在0µL/L~50µL/L时，偏差不大于1.5µL/L；

CO含量在50µL/L~1000µL/L时，相对偏差不大于3%；

4.7湿度的标定和测试

4.7.1测定湿度（微水含量）的可调谐半导体激光（TDLAS）原理

TDLAS测定微量水分的依据是Lambert-Beer定律：强度为I0，频率为v的单色激

光，通过长度为L的吸收介质后，在接收端测得的强度为I，设T(i)为透过率，则有：

（4-11）

光谱吸收系数kv在K种痕量气体的多组分情况下，包括了Nj重叠跃迁。

KNj

（）

kvPXjSi,j(T)i,j4-12

j1i1

-2-1

式4-12中P为压力，Xj为气体j的浓度(摩尔份数)，Si,j[cmatm]和i,j[cm]分别为气

体j的某种分子能级跃迁i时的吸收线强和线型，线强是温度的函数，线型与压力有关。

4.7.2可调谐半导体激光测定湿度的标定和反演

标准水分含量的获得采用RA200湿度发生装置和高精度的镜面露点仪结合（经过

中国计量院微水发生器源校准的有效期内），为气体湿度仪表的检测提供各种湿度的

气体。在标定过程中，依次调整标准湿度发生装置发生的冷凝温度，共17个不同的湿

度，TDLAS微水检测装置测得的标幺值与之对应。实验数据如表4-7所示：

表4-7TDLAS微水传感器标定实验数据

设定冷凝温度对应湿度值

序号标幺值

/℃/（μL/L）

1-59.012.27225

2-58.513.14232

3-57.515.00237

4-56.916.24233

5-55.220.27243

6-54.821.34245

7-53.525.21254

8-52.727.91258

15

9-51.930.87264

10-50.138.62270

11-49.044.16290

12-47.553.06296

13-45.666.61322

14-44.674.97336

15-43.783.32358

16-43.486.28366

17-42.299.16385

表4-7中的不同的冷凝温度对应的标准湿度（微量水分含量）下，对测量获得标幺

值和湿度进行线性拟合，得到如图4-13所示。按照吹扫到1.2μL/L，最终湿度稳定值

TDLAS微水检测装置测得二次谐波值与光功率电压值的比值为208.21，记为零点值。

图4-13TDLAS微水标定拟合线性曲线

y=0.5557x-114.51（4-13）

式4-13中，x为TDLAS水分检测装置测得的标幺值，为y为标准湿度值，单位

μL/L，。

此时拟合优度R2为0.9954，R2指回归直线对观测值的拟合程度，R2的值越接近1，

说明回归直线对观测值的拟合程度越好，该拟合方式可以反复进行，最终测得数据见

表4-8，拟合优度0.9999，标准湿度与测量湿度拟合图见图4-8，保证装置检测高精度。

表4-8标准湿度和TDLAS水分检测装置最终测试获得的湿度

序号标准湿度值/（μL/L）装置测得的湿度值/（μL/L）

13.233.01

16

210.029.82

320.3621.02

435.4133.45

545.5547.21

660.2162.31

775.376.82

880.2181.29

990.0391.32

1098.85100.21

11120.01122.02

12300.02298.56

13510.22507.34

图4-14标准湿度与测量湿度拟合线性图

y=y=1.0067x-1.1324（4-14）

式4-14中，其中x和y分别为测定湿度值和标准湿度值，单位μL/L，此时拟合优

度R2为0.9999。

当湿度发生装置调整在-2.3℃时，这一冷凝温度下，TDLAS微水检测装置测得的

二次谐波趋于饱和状态，此时对应微水含量5031.71μL/L左右，达到TDLAS微水检测

装置的最大检测量程，因此TDLAS微水检测装置的量程极限在5031.71μL/L左右。

对标定后的TDLAS微水检测装置的重复性和再现性进行验证，获得数据结果如表

4-9所示。

表4-9TDLAS微水检测装置经过标定后的测试验证

17

标准发≤40μL/L时，误≤40μL/L时，偏

序标准水分检测装置示值检测装置示值

生温度差，>40μL/L，差，>40μL/L，

号（μL/L）1次（μL/L）2次（μL/L）

（℃）相对误差%相对偏差%

1-75.01.211.111.300.0050.13

2-70.02.602.762.420.010.24

3-60.010.7311.339.920.1051.00

4-50.039.0537.5038.581.010.76

5-40.0125.55133.83120.551.85%4.51%

6-30.0376.88383.22370.610.01%2.37%

7-20.01024.221045.251026.531.14%1.28%

8-8.03080.703021.453014.782.03%0.16%

9-2.05155.955118.065072.141.18%0.64%

从表4-9可以看出，标定后，验证TDLAS微水检测装置的精度，在测试的范围内，

和标准水分含量相比，湿度在小于40µL/L时，示值误差小于2µL/L；湿度在40

µL/L~5000µL/L时，相对误差不大于3%。湿度在小于40µL/L时，偏差小于2µL/L；

湿度在40µL/L~5000µL/L时，相对偏差不大于5%。

检测限：不大于1µL/L。

量程：宜为0µL/L~5000µL/L。

误差：

湿度在0µL/L~50µL/L时，误差不大于1.5µL/L；

湿度在50µL/L~5000µL/L时，误差不大于3%；

偏差：

湿度在0µL/L~50µL/L时，偏差不大于2µL/L；

湿度在50µL/L~5000µL/L时，相对偏差不大于6%；

4.8SF6纯度的标定和测试

SF6红外纯度传感器的理论基础是Lambert·Beer定律：

（4-15）

由式4-15可知，其中与L已知，是实验平台搭建后用光电二极管

测出的，需要求的就是N。其中是系数，通过实验得出，不同的测量环境，

这个系数会有所不同。对于同一种气体在一定温度下为一常量。根据以上获得

参数可以算出N，即可得出浓度。

利用SF6气体对特定波长的红外光吸收的特性，该红外传感器包括电子测量与光路

系统两大部分，如图4-15所示，它的发射端是一个可以产生包括波长红外光的光源。

其接收端是一个带有两个窄带滤光片的热释电探测器。采用单光束双波长的测量方法，

可以避免因为光源的老化、采样池和检测器表面污染而引起的漂移。

18

图4-15红外检测SF6纯度原理图

红外传感器利用差分法提取微小信号，红外光束分别通过待测气体和标准SF6气

室，并都通过光电探测器转化为电信号，将经过待测气体吸收的信号减去未被气体吸

收的信号去掉系统噪声，得到吸收信号并转换为被测气体浓度。采用德国SmartGas的

SF6_100纯度模块，检测范围为0-100%，分辨率为0.1%。

采用纯度为99.99%的SF6和高纯氮气通过配气仪进行纯度含量配置，通入传感器

进行检测。试验数据如表4-10所示：

表4-10SF6纯度红外模块实验数据

序号标气值（%）实测值（%）误差

199.9999.9-0.09%

295.0095.3+0.30%

390.0090.2+0.20%

470.0169.8-0.21%

550.0349.8-0.23%

632.5032.2-0.30%

720.0419.6-0.44%

80.000.000

将测试数据与标气值进行线性拟合，得到标准曲线，拟合曲线优度趋近于1。

19

图4-16SF6红外纯度传感器标定拟合曲线

从图4-16可知，拟合优度很好，能准确测量SF6纯度，对标定后的SF6红外传感

器进行测试验证，获得数据结果如表4-11所示。从数据可以看出误差很小，满足电力

行业纯度检测要求。

表4-11SF6红外传感器经过标定后的测试验证

>90%，误差，≤90%>90%，偏差，≤90%时，

序号标准SF61次测试SF62次测试SF6

时，相对误差相对偏差

纯度（%）纯度（%）纯度（%）

199.9999.999.90.09%0

290.0090.190.00.05%0.07%

375.0074.875.10.07%0.21%

424.0024.023.90.21%0.07%

51.021.01.00.02%0.02%

60000.00%0

从表4-11可以看出，标定后验证SF6红外传感器的精度，检测限能达到1%，检测

量程为0~100%。和标准SF6纯度相比，纯度大于90%时，示值误差小于0.1%；纯度小

于90%时，相对误差不大于2%。纯度大于90%时，偏差小于0.1%；纯度小于90%时，

相对偏差不大于0.3%。光学方法测试SF6纯度属于新方法，为保证普遍适用性，适当

放宽参数，由此设定SF6红外传感器要求。

检测限：SF6纯度不大于1%。

量程：SF6纯度宜为0~100%。

误差：

SF6纯度在90%~100%时，误差不大于0.2%。

20

SF6纯度在0~90%时，相对误差不大于1%。

偏差：

SF6纯度在90%~100%时，相对偏差不大于1%。

SF6纯度在0~90%时，相对偏差不大于1%。

5精密度的确定

5.1确定精密度的方法

精密度协同试验，一定数量的样品在实验室内按同一