УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ Российский патент 2005 года по МПК G01W1/18 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к гигрометрии, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для калибровки и поверки гигрометров.

Известны устройства для калибровки и поверки гигрометров, представляющие собой генераторы влажного газа, содержащие измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещен насытитель, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник, терморегулятор и исполнительный механизм [Генератор влажного газа образцовый РОДНИК-4. ТУ 6 - 91 5К2. 844. 100 ТУ, Авторское свидетельство СССР №534724, кл.3 G 01 W 1/11, 1973].

Наиболее близким к изобретению является генератор [Авторское свидетельство СССР №890350, кл.3 G 01 W 1/11, 1979, Генератор влажного газа образцовый РОДНИК-3. ТУ 6 - 86 5К1. 550. 109 ТУ] для калибровки и поверки гигрометров (выбран в качестве прототипа), который содержит те же конструктивные признаки, что и вышеописанные устройства, но в качестве исполнительного механизма он содержит два устройства подачи хладагента и предназначен для получения газовых смесей с влажностью в широком диапазоне. Причем насытитель генератора термостатируется как при отрицательных, так и при положительных температурах. В этом генераторе реализовано устройство для термостатирования [Авторское свидетельство СССР №1018111 А, кл. G 05 D 23/30, 1981].

Общими признаками является то, что известные устройства включают систему термостатирования.

Недостатком является невысокая точность расчета воспроизводимой влажности газовой смеси на выходе генератора, обусловленная недостаточно точным регулированием и, соответственно, измерением температуры насытителя, которое определяется дискретностью подачи жидкого азота (порциями) в теплообменник термостата, из-за того, что его температура регулируется терморегулятором по двухпозиционному (открыто-закрыто) закону.

На фиг.1 схематично показана система термостатирования насытителя генератора. Она содержит терморегулятор 1, блок сопряжения и резервирования 2, чувствительный элемент регулирующего термометра 3, миксер 4, привод миксера 5, теплообменник 6, термованну 7, два устройства подачи хладагента электрические (УПХ-Э) 8, азотный сосуд Дьюара 9, чувствительный элемент измерительного термометра 10, измерительный преобразователь температуры 11.

Система термостатирования генератора работает следующим образом.

На задатчике температуры терморегулятора 1 устанавливают требуемое значение. Текущее значение температуры, пропорциональный сигнал которого поступает от чувствительного элемента 3 регулирующего термометра, сравнивается на компараторе терморегулятора 1 с заданным. И если оно выше заданного, то от терморегулятора поступает сигнал на открытие клапана УПХ-Э, установленного на сосуде Дьюара, и на нагреватель, расположенный на заборной трубке УПХ-Э. Нагреватель УПХ-Э погружен в хладагент (жидкий азот), который при нагреве интенсивно испаряется, повышая избыточное давление газа в сосуде Дьюара. Под давлением газа хладагент через открытый клапан УПХ-Э поступает по теплоизолированному шлангу в теплообменник 6. В медном теплообменнике хладагент испаряется, "отбирая" тепло от рабочей жидкости, понижая ее температуру.

Клапан УПХ-Э закрывается при равенстве текущего значения температуры рабочей жидкости и заданного. После этого наступает режим стабилизации, заключающийся в периодической управляемой подаче хладагента в теплообменник термованны.

Сигнал на открытие клапана от терморегулятора 1 к УПХ-Э 8 поступает через блок сопряжения и резервирования 2, выполняющий функцию обеспечения форсированного режима охлаждения и функцию резервирования. Форсированный режим используется при запуске системы в работу. При этом хладагент поступает сразу в два змеевика теплообменника 6, значительно увеличивая скорость охлаждения рабочей жидкости.

В режиме стабилизации и регулирования температуры участвует только один УПХ-Э, второй, подключенный ко второму сосуду Дьюара, находится в резерве, в режиме ожидания.

Периодичность включения УПХ-Э составляет от 15 до 70 с, в зависимости от заданной температуры.

Известно, что при двухпозиционном законе регулирования происходит так называемое "перерегулирование". В данном случае оно обусловлено некоторой тепловой инерцией системы термостатирования (теплообменника, шланга, УПХ-Э и др.) и предельной чувствительностью терморегулятора.

Клапан УПХ-Э открывается по сигналу терморегулятора, когда температура жидкости в термованне превысит заданную. Хладагент поступает сначала в шланг, температура которого повысилась за время между включениями за счет прогрева от окружающего воздуха и стала выше, чем температура жидкого азота. Хладагент испаряется в шланге, понижая его температуру. По мере охлаждения шланга "фронт" жидкого азота продвигается к теплообменнику и попадает в него через некоторое время. В течение этого времени температура рабочей жидкости в ванне термостата продолжает повышаться до тех пор, пока хладагент не попадет в теплообменник. Только после этого начинает охлаждаться теплообменник и рабочая жидкость термостата. Клапан УПХ-Э закрывается, когда температура понизится до заданной. Но и после закрытия клапана температура жидкости продолжает понижаться за счет хладагента, оставшегося в шланге и выталкиваемого в теплообменник при очередном прогреве шланга между циклами включения УПХ-Э. Некоторое понижение температуры жидкости происходит также за счет теплоемкости самого теплообменника, который имеет температуру хладагента и, после прекращения его подачи, продолжает охлаждать жидкость до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой жидкости.

В режиме стабилизации колебания температуры рабочей жидкости в термостате составляют от ±0,094°С (при заданной минус 5°С) до ±0,05°С (при заданной минус 53°С, для примера). При этом периодичность включения клапана УПХ-Э равна соответственно 55 и 23 с. За 55 с шланг нагревается больше, поэтому и колебания температуры больше.

Задачей изобретения является повышение точности генератора влажного газа, работающего при положительных и отрицательных температурах термостатирования насытителя.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков, в устройстве для калибровки и поверки гигрометров, содержащем измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещен насытитель, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник, терморегулятор и два электрических устройства подачи хладагента, достигается тем, что система термостатирования дополнительно включает пневматическое устройство подачи хладагента, выход которого соединен с выходом электрического устройства подачи хладагента.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное устройство для калибровки и поверки гигрометров отличается тем, что оно дополнительно содержит пневматическое устройство подачи хладагента, выход которого соединен с выходом электрического устройства подачи хладагента.

На фиг.2 схематически показана система термостатирования устройства для калибровки и поверки гигрометров.

Устройство содержит измерители температуры (10, 11) и давления, жидкостный термостат (7), в который помещен насытитель, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник (6), терморегулятор (1), два электрических устройства подачи хладагента (8) и дополнительное пневматическое устройство подачи хладагента (УПХ-П) 12, выход которого соединен с выходом электрического устройства подачи хладагента.

Система термостатирования устройства работает следующим образом. С помощью стабилизатора давления 14 сжатый газ из баллона подают через входной штуцер УПХ-П в азотный сосуд Дьюара. Давление подаваемого газа контролируют манометром 13 и устанавливают равным от 0,3 до 0,4 кгс/см², в зависимости от необходимой скорости понижения температуры в форсированном режиме. После достижения заданной температуры термостатирования при переходе в режим стабилизации давление газа стабилизатором 14 понижают до значения, при котором периодичность срабатывания электрического УПХ-Э, работающего в паре с УПХ-П, максимальна (т.е. УПХ-Э включается в 4-7 раз реже, чем обычно). Причем необходимое давление подбирается практическим путем, по длительности периода времени между двумя включениями УПХ-Э.

УПХ-П не имеет запирающего клапана и нагревателя. Поэтому хладагент в змеевик термостата подается непрерывно, а его расход зависит только от установленного давления газа в сосуде. В режиме стабилизации необходимо обеспечить подачу в змеевик такого количества хладагента в единицу времени (расход), чтобы при испарении его компенсировалась большая часть тепла, поступающего в термованну через теплоизоляцию термостата из окружающей среды.

В случае превышения указанного расхода хладагента температура в термованне будет постоянно понижаться. При этом клапан УПХ-Э будет постоянно закрыт. В том случае, когда расход хладагента меньше указанного, недостающее количество хладагента подают через электрический УПХ-Э, который периодически открывается по командам терморегулятора.

Введение в систему термостатирования генератора дополнительного пневматического УПХ-П позволило значительно уменьшить колебания температуры рабочей жидкости термостата (до ±0,01°С и менее) и уменьшить скорость повышения ее температуры во столько раз, во сколько раз увеличилась длительность циклов между включениями УПХ-Э, поскольку поступающее извне тепло почти полностью компенсируется непрерывно поступающим в теплообменник хладагентом. Повышение точности регулирования температуры обусловлено тем, что выход УПХ-П подключен к выходу УПХ-Э. От УПХ-П хладагент постоянно поступает к выходу УПХ-Э, проходит по шлангу, соединяющему УПХ-Э со змеевиком теплообменника, постоянно поддерживая температуру шланга практически равной температуре жидкого азота. Поэтому при включении УПХ-Э хладагент практически сразу поступает в теплообменник, при этом не требуется время на охлаждение шланга.

Обеспечение плавного регулирования количества хладагента, подаваемого от УПХ-П в теплообменник, дает возможность установить такой режим стабилизации, что температура рабочей жидкости настолько медленно изменяется (практически не изменяется), что для измерения температуры возможно применение эталонного термометра по методике [ГОСТ 8.427-81. Термометры сопротивления платиновые образцовые. Методы и средства поверки]. Это, в свою очередь, дает возможность измерять температуру с точностью до 0,01°С и таким образом повысить точность генератора влажного газа.

На фиг.2 приведен вариант системы термостатирования генератора с дополнительным УПХ-П (отдельный блок). Те же характеристики по стабилизации температуры получаются при конструктивном объединении дополнительного УПХ-П и УПХ-Э путем выполнения дополнительного "пневматического" канала в корпусе электрического УПХ-Э параллельно основному каналу, работающему через запорный клапан, управляемый терморегулятором. В этом случае давление азота в сосуде 9 поддерживается постоянным и равным 0,3 кгс/см², так как основной канал рассчитан на работу при этом давлении, а расход хладагента через дополнительный канал регулируется дросселем, встроенным в этот канал.

Реализация предлагаемого технического решения позволяет повысить точность устройства, а именно улучшить характеристики, относящиеся к основным техническим (метрологическим) характеристикам.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к гигрометрии, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для калибровки и поверки гигрометров. Предложено устройство для калибровки и поверки гигрометров, которое содержит измерители температуры и давления, жидкостный термостат с помещенным в него насытителем, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник, терморегулятор и два электрических устройства подачи хладагента, система термостатирования дополнительно включает пневматическое устройство подачи хладагента, выход которого соединен с выходом электрического устройства подачи хладагента. Во втором варианте выполнения в корпусе электрического устройства подачи хладагента параллельно основному каналу выполнен дополнительный канал, в который встроен дроссель для регулирования расхода хладагента. Технический результат: повышение точности. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для калибровки и поверки гигрометров, содержащее измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещен насытитель, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник, терморегулятор и два электрических устройства подачи хладагента, отличающееся тем, что система термостатирования дополнительно включает пневматическое устройство подачи хладагента, выход которого соединен с выходом электрического устройства подачи хладагента.2. Устройство для калибровки и поверки гигрометров, содержащее измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещен насытитель, систему термостатирования, включающую в себя теплообменник, терморегулятор и два электрических устройства подачи хладагента, отличающееся тем, что в корпусе электрического устройства подачи хладагента параллельно основному каналу, работающему через запорный клапан, управляемый терморегулятором, выполнен дополнительный канал, в который встроен дроссель для регулирования расхода хладагента.