ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК G01N25/66 G01N21/81 

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - прецизионное измерение точки росы сжатых газов.

Известны гигрометры точки росы, содержащие измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода (см., например, [1]).

Основной недостаток этих гигрометров точки росы заключается в том, что в процессе охлаждения измерительного зеркала в системе анализируемый газ - поверхность измерительного зеркала - датчик температуры неизбежно возникают переменные перепады температуры. Анализируемый газ, омывая только поверхность охлаждаемого измерительного зеркала, являющуюся рабочей (контролируемой), имеет температуру выше температуры основания измерительного зеркала. В результате этого измерительное зеркало оказывается одновременно под воздействием потока тепла со стороны контролируемой поверхности измерительного зеркала и потока холода со стороны основания, исходящего от охладителя. Поэтому фактическая температура поверхности измерительного зеркала в момент образования на ней конденсированной фазы водяных паров (росы) и температура, измеренная датчиком температуры, расположенным под поверхностью измерительного зеркала, могут отличаться на несколько градусов (см., например, [2], с.93).

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода /3/.

В данном гигрометре точки росы измерительное зеркало выполнено в виде полой тупиковой трубки, концы которой термостатированы различными температурами для обеспечения необходимого перепада температур. При этом анализируемый газ подается в полость между измерительным зеркалом и корпусом (измерительной головкой). Точка росы анализируемого газа определяется по границе образования конденсированной фазы водяных паров, которой соответствует известная температура. Однако и в этом случае воздействие потока тепла, вызываемое анализируемым газом, существенно увеличивает погрешность измерений точки росы данным гигрометром.

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода /4/, который принят за прототип.

В этом гигрометре точки росы предусмотрено устройство цикличного подогрева измерительного зеркала, позволяющее в момент измерений поддерживать на поверхности измерительного зеркала образовавшуюся конденсированную фазу водяных паров постоянной толщины, то есть в состоянии квазиравновесия с анализируемым газом. Однако и этот гигрометр точки росы позволяет лишь незначительно уменьшить перепад температур между поверхностью измерительного зеркала и датчиком температуры и фактически не устраняет недостатка, указанного выше.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений точки росы сжатых газов.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре точки росы, содержащем измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, при этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами, а по варианту 2 в гигрометре точки росы, содержащем измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании, или измерительное зеркало выполнено в виде пластины с поверхностью Мебиуса.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре точки росы по варианту 1 в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, а датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами, а по варианту 2 измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании или в виде пластины с поверхностью Мебиуса.

Вследствие того, что измерительное зеркало выполнено не сплошным, а с каналами для прохода анализируемого газа (вариант 1) или в виде пластины, установленной с зазором на его основании, а также в виде пластины с поверхностью Мебиуса (вариант 2), достигается существенное повышение точности измерений точки росы анализируемых газов. Это обусловлено тем, что анализируемый газ одновременно омывает контролируемую поверхность измерительного зеркала и его поверхность (поверхность каналов), расположенную под датчиком температуры. В результате этого перепад температур между датчиком температуры и контролируемой поверхностью измерительного зеркала существенно уменьшается, а температура контролируемой поверхности измерительного зеркала измеряется с более высокой точностью.

Варианты практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показан гигрометр точки росы в разрезе (фиг.1) и сечение измерительного зеркала (фиг.2) по варианту 1 и сечения измерительного зеркала (фиг.3, 4) по варианту 2.

Гигрометр точки росы включает измерительную камеру 1 с защитными стеклами 2, 3 и смотровым стеклом 4, измерительное зеркало 5 со сквозными каналами 6 и датчиком температуры 7, расположенным между поверхностью измерительного зеркала 5 и сквозными каналами 6, охладитель 8, входной трубопровод 9 с клапаном 10, выходной трубопровод 11 с манометром 12, клапаном 13 и ротаметром 14, источник световых лучей 15, конденсор 16, фотоприемник 17 и смотровой тубус 18.

Источник световых лучей 15, конденсор 16, измерительное зеркало 5, фотоприемник 17 и датчик температуры 7 представляют собой детектор точки росы. Поверхность измерительного зеркала 5, расположенная над датчиком температуры 7, является рабочей.

Измерительное зеркало 5 может быть выполнено со сквозными каналами 6, например, в виде цилиндров (фиг.2, вариант 1), а также в виде пластины, установленной с зазором на его основании, который образует сквозной канал 6 или в виде пластины с поверхностью Мебиуса (фиг.3, 4, вариант 2). При этом измерительное зеркало 5 установлено таким образом, что поток анализируемого газа равномерно обтекает рабочую поверхность измерительного зеркала 5 и поверхности сквозных каналов 6, находящихся под датчиком температуры 7.

Гигрометр точки росы работает следующим образом. Вначале включают детектор точки росы. При этом световой поток от источника световых лучей 15 через конденсор 16 и защитное стекло 2 направляется на поверхность измерительного зеркала 5.

При отсутствии на поверхности измерительного зеркала 5 росы световые лучи отражаются и параллельным пучком через защитное стекло 3 поступают в фотоприемник 17, вызывая в цепи детектора точки росы (на чертеже не показано) максимальный сигнал. Затем открывают клапаны 10, 13 и пропускают анализируемый газ через измерительную камеру 1 по входному трубопроводу 9 и выходному трубопроводу 11 с необходимым расходом при требуемом давлении. Контроль осуществляют по ротаметру 14 и манометру 12. Одновременно с этим включают охладитель 8, в результате чего измерительное зеркало 5 начинает охлаждаться. При этом к поверхности измерительного зеркала 5. на которую направлены световые лучи, и к поверхностям сквозных каналов 6, находящихся под датчиком температуры 7, подводится практически равное количество теплоты в результате омывания их анализируемым газом. Вследствие этого перепад температур между контролируемой поверхностью измерительного зеркала 5 и датчиком температуры 7 уменьшается в несколько раз.

При образовании на измерительном зеркале 5 росы световые лучи отражаются от его поверхности диффузно и световой поток, поступающий в фотоприемник 17, резко уменьшается, вызывая, соответственно, резкое уменьшение сигнала в цепи детектора точки росы. Измеренная в этот момент температура измерительного зеркала 5 с достаточно высокой точностью соответствует точке росы анализируемого газа.

После измерения точки росы анализируемого газа гигрометр точки росы приводится в исходное состояние.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого гигрометра точки росы, определить на данной стадии разработки не представляется возможным.

Источники информации
1. М. А. Берлинер. Измерение влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, с.230.

2. В.А. Зайцев, А.А. Ледохович. Г.Т. Никандрова. Влажность воздуха и ее измерение. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974, с.93.

3. Устройство для определения точки росы газов. Авт. св. СССР 773483, G 01 N 25/66.

4. Конденсационный гигрометр. Авт. св. СССР 1317347, G 01 N 25/66.

Использование: изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - прецизионное измерение точки росы сжатых газов. Сущность: гигрометр содержит измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода. По первому варианту исполнения в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа. При этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами. По второму варианту исполнения измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании. При этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и его основанием. Измерительное зеркало может быть выполнено в виде пластины с поверхностью Мебиуса. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерений точки росы сжатых газов. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, отличающийся тем, что в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, при этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами. 2. Гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, отличающийся тем, что измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании, при этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и его основанием. 3. Гигрометр точки росы по п. 2, отличающийся тем, что измерительное зеркало выполнено в виде пластины с поверхностью Мебиуса.