СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНДЕНСАЦИОННОГО ГИГРОМЕТРА Российский патент 2002 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности природных газов и упругости паров высших углеводородов по методу определения точки росы.

При определении влажности природного газа конденсационным гигрометром измеряется температура охлаждаемого металлического зеркала в момент, когда на нем начинают конденсироваться мельчайшие капельки жидкости (температура точки росы - ТТР). Если при этом зеркало охлаждается термоэлектрическим охлаждающим устройством (ТЭОУ), то противоположная сторона ТЭОУ нагревается, и это тепло необходимо отводить, иначе температура "холодной" стороны, на которой размещено зеркало, также повышается. Это происходит потому, что ТЭОУ обеспечивает именно разность температур между "холодной" и "горячей" сторонами, и с повышением температуры "горячей" стороны повышается и температура "холодной", т.е. зеркала, что нарушает алгоритм проведения измерений. Поэтому тепло с "горячей" стороны ТЭОУ снимается либо солидным радиатором с воздушным охлаждением (приборы "Bovar" и "Конг-Прима 2"), либо - если рассеиваемая мощность превышает 20-30 Вт - используют водяное охлаждение (приборы типа "Anaconda", АГК-214.1 [1] АГК-210 [2]).

Примем за прототип прибор АГК-214.1 ТНПО "Аналитприбор", применяющийся в газовой промышленности для определения температуры точки росы. Анализируемый газ контактирует с зеркалом, охлаждаемым ТЭОУ. При достижении температуры точки росы происходит выпадение конденсата, что приводит к изменению отраженного от зеркала светового потока, воспринимаемого фотодиодом, и к появлению на выходе фотоэлектрического детектора сигнала управления. Сигнал управления воздействует на схему регулирования, управляющую режимом нагрева и охлаждения посредством нескольких элементов ТЭОУ, охлаждаемых водой. Все перечисленные элементы представляют замкнутую систему автоматического регулирования, обеспечивающую поддержание на поверхности зеркала режима гигрометрического равновесия. Температура точки росы измеряется термочувствительным элементом и отображается блоком цифровой индикации.

Необходимость использовать для охлаждения воду усложняет прибор, так как требует, чтобы в помещении была бы подведена вода и слив. Кроме того, для очистки воды надо устанавливать фильтры.

Все это сужает область применения прибора и отсюда является его недостатком.

Таким образом, существует задача охлаждения "горячей" стороны ТЭОУ в конденсационных гигрометрах, если мощность используемых ТЭОУ составляет более нескольких десятков ватт.

Указанная задача решается следующим образом.

Предлагается способ охлаждения конденсационного гигрометра с помощью установки его на массивной теплоотводящей металлической подставке, отличающейся тем, что в качестве такой теплоотводящей подставки используется сама металлическая труба газопровода, для чего корпус гигрометра размещают в непосредственной близости от газопровода, а тепловой контакт горячей стенки корпуса гигрометра с поверхностью трубопровода осуществляют с помощью переходного башмака, выполненного из хорошо проводящего тепло металла, при этом одна сторона башмака плотно соприкасается с трубопроводом, а другая - с горячей стороной корпуса гигрометра.

"Горячая" сторона корпуса гигрометра помещается на массивной металлической подставке больших размеров, так что выделяемое тепло отводится этой подставкой, которая играет, в конечном счете, роль радиатора. В качестве такой теплоотводящей подставки предлагается использовать саму металлическую трубу газопровода, для чего корпус гигрометра размещают в непосредственной близости от газопровода, а тепловой контакт "горячей" стенки корпуса гигрометра с поверхностью трубопровода осуществляют с помощью специального переходного башмака, выполненного из хорошо проводящего тепло металла, при этом одна сторона башмака плотно соприкасается с трубопроводом, а другая - с горячей стороной корпуса гигрометра.

Новым здесь является то, что роль радиатора, отводящего тепло, играет массивная труба газопровода, имеющая температуру близкую к температуре газа, что позволяет держать температуру корпуса гигрометра практически постоянной и практически равной температуре стенок трубопровода, независимо от мощности, выделяемой ТЭОУ.

Сущность способа раскрывается на фиг.1. На ней обозначены: 1 - корпус конденсационного гигрометра, содержащий охлаждаемое зеркало и элементы ТЭОУ; 2 - стенка трубопровода; 3 - переходной башмак; 4 - хомут; 5 - крепежные болты; 6 - прокладка.

Способ реализуется следующим образом.

Конденсационный гигрометр 1, содержащий элементы ТЭОУ для охлаждения зеркала, крепится с помощью болтов 5 к переходной детали - массивному башмаку 2, выполненному из хорошо проводящего тепло металла (сплавы алюминия, сплавы меди). В свою очередь башмак 2 с помощью хомута 3 через свинцовую или медную прокладку 6 плотно прижимается к трубе 3 посредством шпилек 4. Тепло, выделяющееся в гигрометре при работе ТЭОУ через теплопроводящие башмак 2 и прокладку 6, уходит в стенку трубопровода и затем растекается по нему. Перепад температур между корпусом гигрометра и трубопроводом можно оценить из соотношения

где Q - мощность, выделяемая в гигрометре при работе всех элементов ТЭОУ, λ - коэффициент теплопроводности материала башмака, S - площадь поверхности гигрометра, контактирующей с трубой, ΔX - толщина башмака, ΔT - перепад температуры на границах башмака. Полагая максимальную мощность Q~10² Вт и принимая типичные размеры контактного перехода S~3•10² м², материал башмака - сплав алюминия толщину dX~2•10^-2 м из вышеприведенного соотношения получим, что перепад температур между корпусом и трубой составит
ΔT~0,3 К.

Таким образом, та часть корпуса, которая контактирует с трубопроводом, практически будет иметь температуру трубопровода, и температура охлаждаемого зеркала (при постоянном токе через ТЭОУ) не будет изменяться.

Источники информации
1. Халиф А.Л., Туревский Е.И., Сайкин В.В., Сахаров В.Е., Бахметьев П.И. Приборы для определения влажности газа.

2. Байрамова М. Г. , Гиоргобиани Ю.В., Иванян И.Ю. Автоматический конденсационный гигрометр АГК-210 // Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа газовых и жидких сред. Всесоюзное научно-техническое совещание. Тбилиси, 1975, т. 2, с. 90-96.

Изобретение относится к измерению влажности природного газа по методу определения температуры точки росы (ТТР). При определении ТТР конденсационным гигрометром с помощью охлаждения металлического зеркальца термоэлектрическими охлаждающими устройствами (ТЭОУ) необходимо отводить выделяющееся тепло от "горячей" стороны ТЭОУ. Предлагается способ отвода тепла от корпуса гигрометра с помощью приведения его в контакт с холодным массивным телом, в качестве которого используется труба газопровода. Гигрометр размещают в непосредственной близости от трубопровода, а хороший тепловой контакт осуществляют через особой формы теплопроводящий башмак, который плотно соприкасается как с гигрометром, так и с трубопроводом. Технический результат - расширение области применения. 1 ил.

Способ охлаждения конденсационного гигрометра с помощью установки его на массивной теплоотводящей металлической подставке, отличающийся тем, что в качестве такой теплоотводящей подставки используется сама металлическая труба газопровода, для чего корпус гигрометра размещают в непосредственной близости от газопровода, а тепловой контакт горячей стенки корпуса гигрометра с поверхностью трубопровода осуществляют с помощью переходного башмака, выполненного из хорошо проводящего тепло металла, при этом одна сторона башмака плотно соприкасается с трубопроводом, а другая с горячей стороной корпуса гигрометра.