КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01N25/66 

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - измерение низких значений точки росы непосредственно при высоких давлениях.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде плоской поверхности, охладитель, источник света и фотоприемник (см., например, [1]).

Недостаток этого гигрометра заключается в том, что относительно большой объем измерительной камеры и сравнительно небольшая площадь конденсационного зеркала приводят к тому, что большая масса анализируемого газа не участвует в процессе конденсации, протекающем практически в пограничном слое, что приводит к увеличению его расхода при измерениях точки росы. Кроме того, перепад температур между анализируемым газом и конденсационным зеркалом увеличивается по мере понижения температуры конденсационного зеркала, что приводит к увеличению погрешностей измерений.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрического канала, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры (см., например, [2]).

В этом гигрометре увеличена площадь конденсационного зеркала. Однако, как и в гигрометре, рассмотренном выше, большая масса анализируемого газа не участвует в процессе конденсации водяных паров, а также имеет место существенный перепад температур между анализируемым газом и конденсационным зеркалом, что является его недостатком.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру, внутренняя поверхность которой является измерительным зеркалом, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры (см., например, [3]), принятый за прототип.

В прототипе уменьшено количество анализируемого газа, не участвующего в процессе конденсации паров, но не решен вопрос уменьшения перепада температур между анализируемым газом и конденсационным зеркалом, приводящий к большим погрешностям измерений.

Кроме того, во всех рассмотренных гигрометрах исключена возможность визуального наблюдения за поверхностью конденсационного зеркала.

Результатом изобретения является повышение точности измерений точки росы и уменьшение количества анализируемого газа, необходимого для измерений.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом конденсационном гигрометре, содержащем измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрического канала, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры, измерительная камера выполнена в виде нескольких продольных, симметрично расположенных каналов, один из которых снабжен вставкой в виде полого цилиндра из материала с меньшей теплопроводностью, чем материал измерительной камеры, полость которого соединена с входным трубопроводом анализируемого газа и коллектором, при этом между источником света и измерительной камерой установлен отражатель, а соосно с измерительной камерой - смотровое стекло.

Сущность изобретения и его отличительные признаки заключаются в том, что в предполагаемом конденсационном гигрометре измерительная камера выполнена в виде нескольких продольных, симметрично расположенных каналов, один из которых снабжен вставкой в виде полого цилиндра из материала с меньшей теплопроводностью, чем материал измерительной камеры. При этом между источником света и измерительной камерой установлен отражатель, а соосно с измерительной камерой - смотровое стекло.

В результате этого достигается положительный эффект, заключающийся в следующем. Лучи от источника света, многократно отражаясь, попадают на все участки измерительных зеркал, при этом прямое попадание световых лучей на фотоприемник исключено. Наличие вставки из материала с меньшей теплопроводностью, соединяющей входной трубопровод и коллектор, позволяет предварительно охладить газ, уменьшив тем самым перепад температур между анализируемым газом и поверхностями каналов измерительной камеры.

По сравнению с прототипом эти каналы (измерительные зеркала) могут быть выполнены с существенно меньшими диаметрами, вследствие чего практически вся масса анализируемого газа будет участвовать в процессе конденсации водяных паров, что позволяет существенно уменьшить его расход. Кроме того, в конструкции предусмотрено визуальное наблюдение за степенью чистоты каналов конденсационных зеркал, позволяющее своевременно выявлять необходимость их очистки. По сравнению с прототипом предлагаемый конденсационный гигрометр сравнительно прост по конструкции.

Вариант практической реализации предлагаемого конденсационного гигрометра приведен на фиг. 1 и 2, на которых соответственно изображены гигрометр в разрезе и его сечение по А - А.

Конденсационный гигрометр включает измерительную камеру 1, корпуса 2 и 3, источник света 4, отражатель 5, защитные стекла 6 и 7, смотровое стекло 8, входной 9 и выходной 10 трубопроводы, вставку 11, собирательный экран 12, фотоприемник 13, коллектор 14, теплоизоляционные прокладки 15 и 16, датчик температуры 17, охладитель 18.

Измерительную камеру 1 изготавливают из металла с высокой теплопроводностью (например, из меди) с полированными поверхностями каналов, вставку 11 и входной трубопровод 9 изготавливают из металла с относительно низкой теплопроводностью (например, из нержавеющей стали), отражатель 5 изготавливают из металла (например, из нержавеющей стали) с полированной поверхностью, для изготовления теплоизоляционных прокладок 15 и 16 может быть применен материал с низкой теплопроводностью (например, стеклоткань). В качестве источника света 4 может быть выбран источник инфракрасного излучения, собирательный экран 12 представляет собой металлический конус с полированной внутренней поверхностью, в отверстии которого установлен фотоприемник 13 (например, фотодиод), охладитель 18 представляет собой, например, термобатарею, а датчик температуры 17 - термистор.

Конденсационный гигрометр работает следующим образом.

Анализируемый газ высокого давления через входной трубопровод 9, соединенный тангенциально (не показано) с полостью вставки 11, поступает в коллектор 14, откуда равномерно проходит по продольным каналам измерительной камеры 1, затем поступает в полость между защитным стеклом 6 и через выходной трубопровод 10 сбрасывается в атмосферу. Одновременно включаются охладитель 18, источник света 4, фотодиод 13 и датчик температуры 17. Ввиду существенного различия коэффициентов теплопроводности материалов, из которых изготовлены измерительная камера 1 и вставка 11, будет иметь место определенный перепад температур, автоматически поддерживаемый в процессе работы. При этом температура вставки 11 не снижается до температур точки росы газа. Световые лучи от источника света 4 попадает на отражатель 5 и направляются в продольные каналы измерительной камеры 1 через защитное стекло 6 под некоторым углом к их продольной оси. При этом происходит их многократное отражение, вследствие чего обеспечивается освещение всех поверхностей каналов, что позволяет существенно снизить погрешность измерений. На фиг. 1 показан ход лучей от источника света 4 до фотоприемника 13 в одном из каналов.

Кроме того, применение инфракрасного источника света, лучи которого интенсивно поглощаются конденсированной фазой водяных паров, также снижает погрешность измерений. При отсутствии конденсированной фазы на внутренних поверхностях каналов измерительной камеры 1 сигнал на фотоприемнике 13 будет максимальным. При образовании конденсированной фазы интенсивность световых лучей, попадающих на фотоприемник 13, резко уменьшается за счет поглощения света конденсированной фазой. Определенная в этот момент температура измерительной камеры 1 датчиком температуры 17 принимается за точку росы газа.

Визуальный контроль за состоянием поверхностей каналов осуществляется через смотровое стекло 8, позволяющее своевременно выявлять необходимость их очистки.

Таким образом, предлагаемый конденсационный гигрометр по сравнению с прототипом позволяет уменьшить количество анализируемого газа, автоматически поддерживать перепад температур между анализируемым газом и измерительными каналами, а также существенно снизить погрешность измерений точки росы газа и упростить конструкцию.

Источники
1. Авт.св. СССР N 397830, кл. G 01 N 25/66, 1973.

2. Авт.св. СССР N 488126, кл. G 01 N 25/66, 1975.

3. Авт.св. СССР N 1681218, кл. G 01 N 25/66, 1991.

Предлагаемый конденсационный гигрометр относится к технике измерения влажности газов и может быть использован для измерений низких значений точки росы непосредственно при высоких давлениях. Измерительная камера гигрометра выполнена в виде нескольких продольных, симметрично расположенных цилиндрических каналов, являющихся конденсационными зеркалами. Один из каналов снабжен вставкой в виде полого цилиндра из материала с меньшей теплопроводностью, чем материал измерительной камеры. Полость вставки соединена с выходным трубопроводом анализируемого газа и коллектором. Гигрометр снабжен охладителем, датчиком температуры, источником света и фотоприемником. Между источником света и измерительной камерой установлен отражатель. Смотровое стекло расположено соосно с измерительной камерой. Техническим результатом изобретения являются повышение точности измерений точки росы и уменьшение количества анализируемого газа. 2 ил.

Конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры, отличающийся тем, что измерительная камера выполнена в виде нескольких продольных, симметрично расположенных цилиндрических каналов, один из которых снабжен вставкой в виде полого цилиндра из материала с меньшей теплопроводностью, чем материал измерительной камеры, полость которого соединена с входным трубопроводом анализируемого газа и коллектором, а остальные являются каналами конденсационных зеркал, при этом между источником света и измерительной камерой установлен отражатель, а соосно с измерительной камерой - смотровое стекло.