【科普】什么是六氟化硫（SF6）傳感器？

六氟化硫氣體是法國兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體，化學(xué)式為SF6，是一種無色、無臭、不燃的穩(wěn)定氣體，六氟化硫分子結(jié)構(gòu)呈八面體排布，鍵合距離小、鍵合能高，因此其穩(wěn)定性很高，在溫度不超過180℃時，它與電氣結(jié)構(gòu)材料的相容性和氮?dú)庀嗨啤?/span>

六氟化硫（SF6）氣體有毒嗎？

純凈的六氟化硫氣體是無毒的，但因?yàn)槠涮厥獾谋４娣椒?，如果泄露會與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而變成有害氣體。在大電流開斷時，由于強(qiáng)烈的電弧放電會產(chǎn)生一些含硫的低氟化物，這些物質(zhì)反應(yīng)能力較強(qiáng)，當(dāng)有水和氧氣時又會與電極材料、水分進(jìn)一步反應(yīng)，從而分解產(chǎn)生有毒或劇毒的氣體。這些有毒的氣體主要損害人體的呼吸系統(tǒng)，中毒后會出現(xiàn)類似于感冒、皮膚過敏、嘔吐、疲憊等不良反應(yīng)，吸入80%六氟化硫+20%的氧氣的混合氣體幾分鐘后，人體會出現(xiàn)四肢麻木，甚至窒息死亡 。

所以在使用六氟化硫氣體時，應(yīng)特別注意對六氟化硫的檢測和防范。目前，我們一般采用六氟化硫傳感器來監(jiān)測六氟化硫的濃度。

六氟化硫（SF6）傳感器檢測原理

六氟化硫傳感器是專為監(jiān)測六氟化硫而設(shè)計(jì)的傳感器，可以有效監(jiān)測六氟化硫的濃度，并在超過限值時及時報(bào)警，提醒人們免受傷害?；诒O(jiān)測原理的不同，六氟化硫傳感器分為八種。

1、高頻電離法

采用高頻電離法監(jiān)測時，SF6氣體分子可以吸附電子轉(zhuǎn)為大質(zhì)量電子，其在電磁場中的速度遠(yuǎn)比電子慢，因而氣體會表現(xiàn)出不同的電特性。

優(yōu)點(diǎn)：檢測下限較低，小于100ppb的SF6濃度也可以被檢測出來，不會造成中毒現(xiàn)象

缺點(diǎn)：裝置復(fù)雜，工作穩(wěn)定性較差，操作不方便，每次使用前都需要標(biāo)定，對其他電負(fù)性氣體也很敏感。

2、激光光聲法

激光光聲法使用波長等于SF6氣體吸收峰的激光照射被測氣體，當(dāng)被測氣體中含有SF6時，會吸收激光能量并發(fā)熱膨脹，產(chǎn)生聲波。測量聲波強(qiáng)度即可獲得被測氣體中SF6的含量。

優(yōu)點(diǎn)：檢測下限較低，可達(dá)1~10ppb

缺點(diǎn)：裝置復(fù)雜，價(jià)格較昂貴，有一定的誤報(bào)概率，檢測取樣多，響應(yīng)速度慢

3、超聲波法

SF6氣體分子量較大，當(dāng)氣體中含有SF6時，平均分子量變大，其中聲速相應(yīng)降低，測量氣體中的聲速，可以獲得其中的SF6含量。

優(yōu)點(diǎn)：工作較穩(wěn)定，裝置簡單，價(jià)格低廉

缺點(diǎn)：分辨率低，檢測下限較高（通常在數(shù)百ppm以上），受溫濕度影響大，受其他氣體干擾大。

4、激光光譜法

激光光譜法利用SF6對10.6微米激光的強(qiáng)吸收，測得吸收池中氣體的SF6濃度

優(yōu)點(diǎn)：精度高

缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，工作不穩(wěn)定

5、紅外光譜法

紅外光譜法采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術(shù)。設(shè)有測量通道和參考通道，分別家裝不同波長的遮光片，使之獲得不同波長的紅外光，測量通道內(nèi)波長位于SF6的吸收峰上，參考通道則不在SF6的吸收范圍內(nèi)。檢測通過兩個通道的紅外光，并做對比，比值即表征了被測氣體中的SF6濃度。

優(yōu)點(diǎn)：可以獲得真實(shí)的SF6濃度值，裝置較簡單，體積小，精度高，工作穩(wěn)定，壽命長，漂移小，不中毒

缺點(diǎn)：檢測下限高于ECD法、高頻電離法和激光光聲法，每年需要對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，價(jià)格適中

6、高壓擊穿法

SF6具有很強(qiáng)的滅弧性能，使用高電壓擊穿氣體，當(dāng)氣體中含有SF6時，電弧電流和持續(xù)時間都有所變化，檢測這種變化，可以探測出SF6氣體濃度。

優(yōu)點(diǎn)：裝置簡單小巧，也較為靈敏

缺點(diǎn)：使用壽命短，不便于做定量檢測

7、電子俘獲法（ECD法）

載氣在輻射源的作用下電離，SF6等電負(fù)性分子俘獲電子成為負(fù)離子，負(fù)離子進(jìn)入電場，因質(zhì)量不同，電場下速度不同，在窄脈沖電場下不同質(zhì)量的電負(fù)性氣體分子產(chǎn)生不同的電流峰。以此可以分辨出多種不同分子量的電負(fù)性氣體。

優(yōu)點(diǎn)：對SF6的檢測下限值極低，可達(dá)ppt級別

缺點(diǎn)：裝置帶有放射源和高壓載氣瓶，價(jià)格昂貴。線性范圍小，SF6濃度稍大即飽和，且有長期拖尾（類似中毒）。

8、負(fù)離子捕獲法

利用帶電的吸嘴（電極）吸氣，氣體中的SF6由于有強(qiáng)烈的電負(fù)性，經(jīng)過吸嘴時會被吸附帶電，產(chǎn)生電流，測量電流可以獲得SF6濃度。

優(yōu)點(diǎn)：裝置較簡單，操作方便

缺點(diǎn)：裝置通常需要配氣泵，測下限在零點(diǎn)幾ppm級別，遠(yuǎn)不如激光光聲、子俘獲等方法，壽命短、反應(yīng)慢。

六氟化硫傳感器的應(yīng)用

六氟化硫傳感器主要檢測環(huán)境空氣中SF6氣體含量，當(dāng)環(huán)境中SF6氣體含量超標(biāo)時，能進(jìn)行實(shí)時報(bào)警，可以廣泛應(yīng)用于電廠、變電站的高壓開關(guān)配電室以及高壓開關(guān)生產(chǎn)車間環(huán)境中監(jiān)測六氟化硫氣體濃度，因此，國家也出臺了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如《高壓組合電器配電室六氟化硫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)》機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。