ГИГРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01N25/66 

Изобретение относится к области гигрометрии. Преимущественная область использования прецизионное измерение влажности газов по точке росы путем охлаждения конденсационного зеркала с помощью эффекта дросселирования сжатого газа.

Известен гигрометр, содержащий корпус, внутри которого размещена измерительная камера с конденсационным зеркалом, связанная с детектором точки росы, дроссельное устройство для подвода хладагента и трубопроводы для анализируемого газа и отвода хладагента (см. например, М.А. Берлинер. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности. - М. Энергия, 1965 ).

Недостаток этого гигрометра неравномерность охлаждения конденсационного зеркала, возникающая в результате торможения газа после его дросселирования (газ после соприкосновения с конденсационным зеркалом изменяет направление на 180^oC).

Известен гигрометр, содержащий корпус, внутри которого размещена измерительная камера с конденсационным зеркалом, связанная с детектором точки росы, дроссельное устройство для подвода хладагента и трубопроводы для анализируемого газа и отвода хладагента [1]
Данный гигрометр позволяет повысить эффективность охлаждения конденсационного зеркала за счет улучшения теплообмена. Однако при этом, как и у гигрометра, рассмотренного выше, конденсационное зеркало охлаждается неравномерно, что является его недостатком.

Известен гигрометр, содержащий корпус, внутри которого размещена измерительная камера с конденсационным зеркалом, связанная с детектором точки росы, дроссельное устройство для подвода хладагента и трубопроводы для анализируемого газа и отвода хладагента [2]
В этом гигрометре предусмотрена неравномерность охлаждения конденсационного зеркала, изменяемая по известному закону. При этом точка росы газа определяется по температуре границы образования конденсированной фазы водяных паров на конденсационном зеркале, выполненном в виде полого стержня, концы которого термостатированы заданными температурами.

Недостаток прототипа заключается в том, что при низких значениях точки росы газа, например ниже минус 70v^oC, граница образования конденсированной фазы водяных паров на поверхности конденсационного зеркала оказывается как бы размытой, что не позволяет измерять влажность газов с достаточной точностью.

Результатом настоящего изобретения является исключение погрешности измерений точки росы газов, вызываемой неравномерностью охлаждения конденсационного зеркала, и, тем самым, обеспечение измерения влажности газов с достаточно высокой степенью точности.

Указанный результат достигается тем, что в гигрометре, содержащем корпус, внутри которого размещена измерительная камера с конденсационным зеркалом, связанная с детектором точки росы, дроссельное устройство для подвода хладагента и трубопроводы для анализируемого газа и отвода хладагента, внутренняя стенка корпуса выполнена сферической формы и внутри корпуса с зазором относительно его внутренней сферической поверхности установлен охлаждаемый шар, при этом измерительная камера представляет собой канал цилиндрической формы, выполненный в охлаждаемом шаре и с двух сторон сообщающийся с трубопроводами для анализируемого газа, а дроссельное устройство и вход трубопровода для отвода хладагента расположены соосно с охлаждаемым шаром с его противоположных сторон, кроме того, внутренняя сферическая поверхность корпуса покрыта теплоизоляционным материалом.

Сущность изобретения и его отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре внутренняя стенка корпуса выполнена сферической формы, а внутри корпуса с зазором относительно его внутренней сферической поверхности установлен охлаждаемый шар, при этом измерительная камера представляет собой канал цилиндрической формы, выполненный в охлаждаемом шаре и с двух сторон сообщающийся с трубопроводами для анализируемого газа, а дроссельное устройство и вход трубопровода для отвода хладагента расположены соосно с охлаждаемым шаром с его противоположных сторон.

Вариант практической реализации предлагаемого гигрометра иллюстрируется фиг. 1,2, на которых соответственно показаны сечения гигрометра по осям конденсационного зеркала и трубопроводов для анализируемого газа и хладагента и перпендикулярной плоскостью.

Гигрометр включает корпус, состоящий из кольца 1 и фланцев 2,3, охлаждаемый шар 4, в котором выполнена измерительная камера 5 в виде канала с полированной поверхностью, детектор точки росы, состоящий из источника световых лучей 6, фотоприемника 7 и датчика температуры 8, трубопроводы для анализируемого газа 9,10, дроссельное устройство 11 и трубопроводы для хладагента 12,13, установленные во вставках 14,15. Охлаждаемый шар 4 установлен с зазором во внутреннюю полость корпуса, выполненную сферической формы и покрытую теплоизоляционным слоем 16. Измерительная камера 5 герметично соединена с трубопроводами анализируемого газа 9, 10 с помощью прокладок 17, 18 и резьбовых соединений, выполненных в кольце 1 (на фиг. 1 не показано). В кольце 1 выполнены каналы 19, 20 для прохождения световых лучей, совмещенные с прорезями в трубопроводах для анализируемого газа 9, 10, которые закрыты защитными стеклами 21, 22. Фланцы 2,3 герметично соединены с кольцом 1 с помощью резьбовых соединений и прокладок 23,24. Дроссельное устройство 11 и трубопроводы для хладагента 12, 13 расположены соосно с охлаждаемым шаром 4 с его противоположных сторон.

Гигрометр работает следующим образом. Анализирующий газ с определенным расходом подают через трубопровод 9 в измерительную камеру 5 и затем через трубопровод 10 сбрасывают в атмосферу. Одновременно с этим включают детектор точки росы и подают в дроссельное устройство 11 по трубопроводу 12 газ - хладагент. Охлажденный вследствие дросселирования газ хладагент равномерно обтекает охлаждаемый шар 4 и поступает в выходной трубопровод 13. При достижении охлаждаемым шаром 4 температуры, при которой образуется конденсированная фаза водяных паров, происходит скачкообразное ослабление сигнала, снимаемого с фотоприемника 7, вследствие рассеяния световых лучей в измерительной камере 5. Эту температуру, измеряемую с помощью датчика температуры 8, принимают за точку росы анализируемого газа.

Ввиду того что конденсированная фаза водяных паров образуется практически одновременно на всей полированной поверхности измерительной камеры 5, достигается возможность существенного повышения точности измерений точки росы анализируемого газа.

Использование: в измерительной технике, в частности в гигрометрии. Сущность изобретения: гигрометр содержит корпус 1 и охлаждаемый шар 4, который размещен с зазором относительно сферической внутренней поверхности корпуса 1. Измерительная камера 5 образована цилиндрическим каналом внутри охлаждаемого шара 4. Измерительная камера 5 сообщается с трубопроводами 9, 10 для анализируемого газа. Дроссельное устройство 11 и вход трубопровода 13 для отвода хладагента расположены соосно с охлаждаемым шаром 4 с его противоположных сторон. Конденсационное зеркало образовано стенками измерительной камеры 5 и связано с детектором точки росы 6, 7, 8. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гигрометр, содержащий корпус, внутри которого размещена измерительная камера с конденсационным зеркалом, связанная с детектором точки росы, дроссельное устройство для подвода хладагента и трубопроводы для анализируемого газа и отвода хладагента, отличающийся тем, что внутренняя стенка корпуса выполнена сферической формы и внутри корпуса с зазором относительно его внутренней сферической поверхности установлен охлаждаемый шар, при этом измерительная камера представляет собой канал цилиндрической формы, выполненный в охлаждаемом шаре и с двух сторон сообщающийся с трубопроводами для анализируемого газа, а дроссельное устройство и вход трубопровода для отвода хладагента расположены соосно с охлаждаемым шаром с его противоположных сторон. 2. Гигрометр по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя сферическая поверхность корпуса покрыта теплоизоляционным материалом.