基于智能传感器NPX的气体状态监控系统

4 系统数据处理

在得到NPX传来的数据后，系统需要对其进行处理，通过接收到的温度、压强数据，计算、判断出当前SF6气体是否泄露。在实际工程应用中，一般给出标准SF6气体在20℃时的压强作为参考标准，因此主控制模块必须把得到的数据转化成20℃时压强。一般大致有3种方法对数据进行处理：

①采用查表法。有的厂商把SF6气体压强和温度的关系制成表格供用户查阅，使用起来好像更方便一些；但是，对于没有列入表格的温度和压强值要采用插入法求解。显然，利用预定表格来决定不同温度下的压强，也存在一定的误差，但在工程上还是可以满足要求的。这种方法最大的缺点就是，需要大量的存储空间来存储压强和温度的表格数据。

②按理想气体处理，计算压强温度系数。作为参考，按理想气体进行处理和计算，这时可使用状态方程式PV=RT。例如，对20℃下的额定压强为0．7 MPa(绝对压强)的高压SF6断路器，有下列公式：P=O．7T／(273+20)。由于实际工程应用中，SF6为非理想气体，故这种处理得到的结果误差比较大。气体额定压强越大，理想化后得到的压强温度系数的误差也就越大。

③按经验公式对数据进行处理。要较为准确地计算SF6气体的状态参数，有些经验公式可供使用。典型的有如下Beattie-Bridgman经验公式：

P=(R×T×B-A)×C2+R×T×C (1)  
式中：P为绝对压强，bar(1Pa=10-5bar);

C为密度，kg／m3；

T为绝对温度，K；

A=73．882×10-5+5.132 105×lO-7×C；

B=2．506 95×10-3—2．122 38×10-6×C；

R=56．950 2×10-5(bar×m3／K)。

Beattie—Bridgman公式在所有的处理方式中，是最接近实际值、误差最小的。故采用其进行数据处理。构造关于P、T、C的方程如下：  
f(P，R，C)=(R?T?B—A)?C2+R?T?C—P (2)

由式(1)和式(2)可以看出，在确定压强P和温度T后，只须通过解一个三次方程即可得到此时SF6气体的密度C。由于其为一个三次方程，故在进行编程计算时，采用牛顿叠代法进行求解，以保证截断误差尽量小。计算得到SF6气体的密度后，令T=20+273，再通过式(1)计算出当前SF6气体在20℃时的压强P20。(软件实现程序略——编者注)

程序中压强P的单位为kPa。主控制模块根据转换得到的当前气体在20℃时相对应的压强和给定的标准值，判断当前的气体是否发生泄漏，再根据判断结果控制继电器和状态指示灯的状态。  

结语

经实际检测，SF6气体状态监控系统可以高精度实现对压强、温度信号的采样处理。尤其是采用了高性能的数值分析算法--牛顿叠代法，来实现高精度的密度计算，有效、稳定、可靠地保证了监测数据的准确性。   

另外，在本系统中采用的NPX芯片体现了传统压力传感器与微处理数字电路的完美结合。其与Cygnal MCU接口方便，具有广泛的应用价值。