КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01N25/56 G01N25/68 

Изобретение относится к гигрометрии и предназначено для измерения влажности газов по методу точки росы. Преимущественная область использования - измерения низких значений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях.

Известен конденсационный гигрометр [1], содержащий измерительную камеру, являющуюся холодопроводом и выполненную в виде цилиндра с каналами впуска и выпуска газа, внутренняя поверхность которого представляет собой конденсационное зеркало, охладитель, термочувствительный элемент, схему фиксации точки росы, состоящую из излучателя, диафрагмы, объектива, защитного стекла и фотоприемного устройства.

Недостатком известного устройства является то, что формирующая световой поток и предохраняющая фотоприемное устройство от прямой засветки диафрагма поглощает много световой энергии, что снижает эффективность работы гигрометра.

Известен также конденсационный гигрометр [2], содержащий цилиндрическую измерительную камеру, внутренняя поверхность которой является конденсационным зеркалом, охладитель, термочувствительный элемент, излучатель, защитное стекло, фотоприемник и снабженный отражательным экраном, выполненным в виде цилиндра с конической частью, направленной к излучателю.

Недостатком этого гигрометра является недостаточная точность измерения, вызываемая градиентом температур между поверхностью зеркала и анализируемым газом, возникающим вследствие того, что газ, помимо охлаждаемого зеркала, контактирует с цилиндрическим отражательным экраном, который прикреплен к неохлаждаемой ("теплой") обойме. При этом требуется большая мощность охладителя зеркала и большее время на его охлаждение.

Кроме того, увеличивается потребное время продувки камеры, так как наличие цилиндрического отражательного экрана увеличивает площадь внутренней поверхности камеры, сорбирующей влагу.

Это устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту и выбрано в качестве прототипа.

Целью данного изобретения является повышение эффективности работы гигрометра - повышение точности измерения точки росы при одновременном снижении необходимого времени продувки измерительной камеры, времени на охлаждение зеркала и мощности охладителя.

Требуемый технический результат достигается тем, что конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру - холодопровод в виде полого цилиндра, являющегося конденсационным зеркалом, с каналами для впуска и выпуска газа, охладитель, схему фиксации точки росы, состоящую из излучателя, защитных стекол, конического отражателя, фотоприемника и термочувствительного элемента, снабжен обтекателем, установленным на основании конического отражателя.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что в цилиндрической измерительной камере конденсационного гигрометра отсутствует отражательный экран в виде цилиндра, а именно лишь конический отражатель с обтекателем, размещенным на его основании.

Авторам неизвестны технические решения с существенными признаками, приведенными в отличительной части формулы изобретения.

На фиг. 1 показана измерительная камера конденсационного гигрометра; на фиг. 2 - коаксиальное крепление конического отражателя с обтекателем в измерительной камере.

Конденсационный гигрометр (фиг. 1) состоит из измерительной камеры 1 цилиндрической формы. Внутренняя поверхность цилиндрической камеры представляет собой конденсационное зеркало 2, которое охлаждается через стенки камеры 1, являющейся холодопроводом. К измерительной камере 1 присоединены обойма 3, в которой размещен канал для прохода газа 4, излучатель 5, объектив 6, выполняющий также функции защитного стекла, теплоизолирующая и уплотнительная манжета 7, а также через манжету 8 обойма 9 с каналом для прохода газа 10, защитным стеклом 11 и фотоприемным устройством 12. Внутри измерительной камеры 1 со стороны излучателя 5 размещен коаксиально с помощью пилонов 13 конический отражатель 14 с установленным на его основании сферическим обтекателем 15 (фиг. 2).

Конденсационный гигрометр работает следующим образом.

Анализируемый газ под давлением поступает в измерительную камеру 1 через канал впуска 10, обтекает охлаждаемую поверхность конденсационного зеркала 2, обтекатель 15, конический отражатель 14 и выходит из камеры через канал выпуска 4. Световой поток, формируемый излучателем 5 и объективом 6, попадает на зеркальную коническую поверхность отражателя 14, а затем, отражаясь от него, на конденсационное зеркало 2, защитное стекло 11 и фотоприемник 12.

При охлаждении зеркала до момента насыщения водяных паров и конденсации на поверхности зеркала 2 изменяются условия отражения светового потока и соответственно освещенность чувствительного слоя фотоприемника 12. При этом пороговое изменение фототока на выходе фотоприемного устройства 12 характеризует момент выпадения росы на зеркале, а термочувствительный элемент фиксирует точку росы.

Благодаря тому, что в измерительной камере используется конический отражатель, обеспечивается более эффективное использование энергии светового потока при исключении прямой засветки фотоприемника, что повышает чувствительность и точность измерения. Наличие обтекателя, установленного на основании конического отражателя, по сравнению с прототипом: 1) исключает подвод тепла и возникновение градиента температур между поверхностью конденсационного зеркала и анализируемым газом, что увеличивает точность измерения, при этом требуется меньшая мощность охладителя зеркала и меньшее время на его охлаждение; 2) уменьшает необходимое время продувки измерительной камеры из-за отсутствия застойных зон влажного газа и малой площади внутренней поверхности камеры, сорбирующей влагу.

Улучшение условий термогазодинамического процесса продувки, охлаждения и измерения позволяет обеспечить требуемый технический результат и повысить эффективность работы гигрометра.

Изобретение содержит измерительную камеру 1 в виде полого цилиндра, являющегося конденсационным зеркалом 2, с каналами для впуска 10 и выпуска 4 газа, охладитель, схему фиксации точки росы, состоящую из излучателя 5, защитных стекол 6, 7, конического отражателя 14, фотоприемника 12 и термочувствительного элемента. Гигрометр снабжен обтекателем 15, установленным на основании конического отражателя 14. Гигрометр позволяет повысить точность измерений точки росы при сниженном времени охлаждения зеркала. 2 ил.

Конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру-холодопровод в виде полого цилиндра, являющегося конденсационным зеркалом, с каналами для впуска и выпуска газа, охладитель, схему фиксации точки росы, состоящую из излучателя, защитных стекол, конического отражателя, фотоприемника и термочувствительного элемента, отличающийся тем, что он снабжен обтекателем, установленным на основании конического отражателя.