一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜，该电气柜的柜体外部安装有ZnO基湿敏传感器模块；该ZnO基湿敏传感器模块的湿敏敏感元件部分为采用硅纳米孔柱材料为基底，氧化锌纳米线结合石墨烯材料为敏感材料制成，器件结构为叉指电极型，该结构具有极大的比表面积与良好的气体扩散通道，另外在电气柜的表层设置脱湿的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜组件，大大提高了电气柜的湿度感应，吸湿和防腐蚀功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力领域，具体涉及一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜。
技术介绍
电气柜用于电力系统发电、输电、配电和电能转换中起通断、控制等作用，是输变电设备制造业的重要组成部分，在电力系统中占有非常重要的地位。然而，相关技术中的电气柜存在以下技术问题：在使用过程中，电气柜的周边环境中有时会出现湿度较大的情况，严重者会导致设备腐蚀、故障等，由于各个电气柜的布设地点分散，且目前仅采用人工定期巡查的方法对电气柜的湿度情况进行逐一的排查，因此，浪费了大量的人力和物力且不便于监控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜，其特征在于：所述电气柜的柜体(1)的外部安装有ZnO基湿敏传感器模块(2)；所述ZnO基湿敏传感器模块(2)主要由湿敏敏感元件和数据读取元件组成，所述湿敏敏感元件为叉指电极型，包括硅片衬底(10)、Si-NPA(20)、氧化锌纳米线(30)和石墨烯层(40)；所述电气柜的柜体(1)上还设置有微处理器、LED显示灯条和无线通信模块；所述微处理器的输入端与所述ZnO湿敏传感器模块(2)的输出端连接，所述ZnO湿敏传感器模块(2)检测值达到预设值，所述微处理器控制LED显示灯条发出闪光，所述LED显示灯条连接有一个蜂鸣器，LED显示灯条闪烁的同时触动蜂鸣器发出警报；所述无线通信模块为CC2420无线通信模块，所述ZnO湿敏传感器模块(2)可通过所述CC2420无线通信模块发送检测数据至数据基站，移动用户终端可通过互联网查看检测结果或将检测数据上传至云存储中心，形成检测和监测网络；所述柜体(1)的输出电线侧壁上设置有一个用于脱湿的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜组件，该膜组件将聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜固定在玻璃电极上，玻璃电极与湿敏传感器连接；所述氧化锌纳米线(30)长度约5μm。优选地，所述湿敏敏感元件的制备方法如下：步骤一，制备Si-NPA衬底：对3cm×3cm的硅片衬底(10)进行包括清洗去污、水热法腐蚀制备Si-NPA衬底；①取3cm×3cm的硅片，将硅片置于硫酸和双氧水体积比4：1的混合溶液中，超声处理20min，取出用去离子水清洗，以去除硅片表面的有机杂质；将硅片放置于体积比为H2O：H2O2：NH4OH＝5：2：1的混合溶液中，超声清洗20min，随后取出用去离子水清洗，以去除硅片表面的有机物和金属络合物；②利用水热法腐蚀制备Si-NPA：称取1.0g的Fe(NO3)·9H2O倒入聚四氟乙烯中，随后向其中加入20ml去离子水和30ml40％的HF溶液；将上步清洗的硅片放入溶液中，加盖放入水热釜中，随后将水热釜放入干燥箱中，180℃恒温保持30min，自然冷却后，取出硅片清洗即得Si-NPA衬底；步骤二，生长氧化锌纳米线：采用磁控溅射结合热氧化法制备氧化锌纳米线；将硅纳米孔柱衬底放入磁控溅射仪中，在溅射电压220V、溅射电流0.8A条件下，磁控溅射Zn膜，厚度为50nm，随后将其放入箱式炉中，在400℃下热氧化法处理4h，得到长度约5μm，直径约30nm的氧化锌纳米线；步骤三，生长石墨烯层：采用化学气相沉积法制备石墨烯；首先在上步得到的衬底上磁控溅射一层金属Ni膜，厚度约为5nm；其次，将该衬底放入管式炉中，升温至900℃，按一定速率通入氢气作为保护还原气体，稳定30min，然后，按照一定比例同时通入甲烷2h，停止通入甲烷后开始自然降温；在Ni催化剂作用下，甲烷分子在高温下会裂解成碳原子和氢原子，在降温过程并且在氢气的保护下，碳原子会沉积形成一层石墨烯薄膜；步骤四，蒸镀叉指电极：得到生长有氧化锌纳米线和石墨烯的硅纳米孔柱衬底后，在衬底表面覆盖叉指电极掩模版，利用磁控溅射法在其表面蒸镀一层500nm厚的Au薄膜作为电极；步骤五，组装敏感元件与读取数据元件：读取数据元件的正负极导线连接到叉指电极上，两部分组成氧化锌基湿敏传感器器件；所述的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纤维复合膜组件的制备方法如下：步骤一，聚砜中空纤维基膜预处理：聚砜中空纤维基膜在涂覆之前要进行预处理，用去离子水浸泡12h后，用1.0mol/l的盐酸浸泡60min，去除膜表面的甘油层和其他有机溶剂；然后用1.0mol/l的氢氧化钠溶液中和过量的盐酸，最后用去离子水反复冲洗，使膜表面呈中性，阴干备用；步骤二，制备聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纤维复合膜：将一定质量的平均聚合度为1750±50的聚乙烯醇加入去离子水中，在50℃水浴中搅拌约3h至聚乙烯醇完全溶解，得到5wt％聚乙烯醇均相水溶液；将溶液冷却至室温后加入一定量的乙二胺四甲叉磷酸，并在室温下搅拌1.5h，静置脱泡即得铸膜液；将经过预处理的聚砜基膜(截留分子量30000)在铸膜液浸泡20min后取出，垂直固定在晾丝架上阴干；将经过一次涂覆的膜在铸膜液中再浸泡20min后，反向固定在晾丝架上，室温下干燥过夜，制得所需的PVA-EDTMPA/PS中空纤维复合膜。步骤三，固定：将聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纤维复合膜固定在玻璃电极上。本专利技术具有如下有益效果：1.结构方面，本专利技术采用Si-NPA(硅纳米孔柱)材料为基底，ZnONWs(氧化锌纳米线)结合石墨烯为敏感材料，该结构具有极大的比表面积与良好的气体扩散通道，大大提高了敏感材料的灵敏度；2.采用石墨烯材料可以极大的增加材料的导电率，同时水分子主要吸附在纳米线与石墨烯的表面，容易脱附，器件的重复性良好；3.制备过程材料消耗少，工艺的可控程度高，器件小巧轻便，易于批量生产。附图说明利用附图对专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1为本专利技术电气柜的示意图。图2为传感器敏感元件部分示意图。具体实施方式传感器技术是能够获取自然、生产领域中各类信息的主要途径和手段。其是一种现代科技的前沿技术，它是现代信息技术的三大支柱之一，是衡量一个国家科技发展水平的重要基准。根据定义，传感器为：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和测量电路组成。”敏感元件是能够直接感受被测量并将其转换为与被测量有确定关系的电量或易变成电量的物理量的元件。转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜，其特征在于：所述电气柜的柜体(1)的外部安装有ZnO基湿敏传感器模块(2)；所述ZnO基湿敏传感器模块(2)主要由湿敏敏感元件和数据读取元件组成，所述湿敏敏感元件为叉指电极型，包括硅片衬底(10)、Si‐NPA(20)、氧化锌纳米线(30)和石墨烯层(40)；所述电气柜的柜体(1)上还设置有微处理器、LED显示灯条和无线通信模块；所述微处理器的输入端与所述ZnO湿敏传感器模块(2)的输出端连接，所述ZnO湿敏传感器模块(2)检测值达到预设值，所述微处理器控制LED显示灯条发出闪光，所述LED显示灯条连接有一个蜂鸣器，LED显示灯条闪烁的同时触动蜂鸣器发出警报；所述无线通信模块为CC2420无线通信模块，所述ZnO湿敏传感器模块(2)可通过所述CC2420无线通信模块发送检测数据至数据基站，移动用户终端可通过互联网查看检测结果或将检测数据上传至云存储中心，形成检测和监测网络；所述柜体(1)的输出电线侧壁上设置有一个用于脱湿的聚乙烯醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纤维复合膜组件，该膜组件将聚乙烯醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纤维复合膜固定在玻璃电极上，玻璃电极与湿敏传感器连接；所述氧化锌纳米线(30)长度约5μm。...

【技术特征摘要】
1.一种基于高灵敏湿度检测功能的电气柜，其特征在于：所述电气柜的柜体(1)的外
部安装有ZnO基湿敏传感器模块(2)；所述ZnO基湿敏传感器模块(2)主要由湿敏敏感元
件和数据读取元件组成，所述湿敏敏感元件为叉指电极型，包括硅片衬底(10)、Si‐NPA(20)、
氧化锌纳米线(30)和石墨烯层(40)；所述电气柜的柜体(1)上还设置有微处理器、LED
显示灯条和无线通信模块；所述微处理器的输入端与所述ZnO湿敏传感器模块(2)的输出
端连接，所述ZnO湿敏传感器模块(2)检测值达到预设值，所述微处理器控制LED显示灯
条发出闪光，所述LED显示灯条连接有一个蜂鸣器，LED显示灯条闪烁的同时触动蜂鸣器发
出警报；所述无线通信模块为CC2420无线通信模块，所述ZnO湿敏传感器模块(2)可通过
所述CC2420无线通信模块发送检测数据至数据基站，移动用户终端可通过互联网查看检测结
果或将检测数据上传至云存储中心，形成检测和监测网络；所述柜体(1)的输出电线侧壁上
设置有一个用于脱湿的聚乙烯醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纤维复合膜组件，该膜组件
将聚乙烯醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纤维复合膜固定在玻璃电极上，玻璃电极与湿敏
传感器连接；所述氧化锌纳米线(30)长度约5μm。
2.根据权利要求1所述的电气柜，其特征在于，所述湿敏敏感元件的制备方法如下：
步骤一，制备Si‐NPA衬底：对3cm×3cm的硅片衬底(10)进行包括清洗去污、水热法
腐蚀制备Si‐NPA衬底；①取3cm×3cm的硅片，将硅片置于硫酸和双氧水体积比4：1的混
合溶液中，超声处理20min，取出用去离子水清洗，以去除硅片表面的有机杂质；将硅片放
置于体积比为H2O：H2O2：NH4OH＝5：2：1的混合溶液中，超声清洗20min，随后取出用去
离子水清洗，以去除硅片表面的有机物和金属络合物；②利用水热法腐蚀制备Si‐NPA：称取
1.0g的Fe(NO3)·9H2O倒入聚四氟乙烯中，随后向其中加入20ml去离子水和30ml40％的
HF溶液；将上步清洗的硅片放入溶液中，加盖放入水热釜中，随后将水热釜放入干燥箱中，
180℃恒温保持30min，自然冷却后，取出硅片清洗即得Si‐NPA衬底；
步骤二，生长氧化锌纳米线：采用磁控溅射结合热氧化法制备氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杨珑，
申请(专利权)人：陈杨珑，
类型：发明
国别省市：浙江;33