ГИГРОМЕТР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК G01N25/66 

Изобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано для измерений низких значений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях.

Известен гигрометр, содержащий газовые магистрали, конденсационное зеркало с циклоидообразной внутренней поверхностью, детектор точки росы, дроссельное устройство, расположенное по оси конденсационного зеркала, и нагреватель (см., например, /1/).

Его недостаток заключается в перепаде температур на рабочей поверхности конденсационного зеркала, возникающий при его охлаждении. Этот факт обусловлен тем, что газ, истекающий из дроссельного устройства с большой скоростью, тормозится в вершине циклоидообразной поверхности, изменяя направление движения на обратное. Вследствие этого температура рабочей поверхности конденсационного зеркала в центральной части отличается от периферийной, что приводит к увеличению погрешности измерений точки росы газа. Кроме того, корпус нагревателя, выполненный сплошным, имеет сравнительно большую массу и, соответственно, большую тепловую инерцию. В результате этого технические характеристики гигрометра, связанные с измерением и регулированием температуры конденсационного зеркала существенно ухудшаются.

Известен гигрометр, содержащий измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель с нагревателем, расположенные по оси холодопровода, спиралеобразные канавки, выполненные на корпусе нагревателя, органы управления и контроля (см., например, /2/), принятый за прототип.

Недостаток этого гигрометра заключается в следующем. Трубопровод, отводящий охлажденный газ, расположен в верхней части холодопровода вблизи конденсационного зеркала, поэтому его температура создает существенный перепад температур на поверхности конденсационного зеркала при его охлаждении и нагреве. Корпус нагревателя, как и в /1/, выполнен сплошным, имеет сравнительно большую массу и, соответственно, большую тепловую инерцию. Ось дроссельного отверстия дросселя, расположенного по оси холодопровода, направлена по нормали к внутренней поверхности холодопровода, что приводит к торможению охлаждающего газа после его дросселирования и местному нагреву холодопровода. Вследствие этого ухудшаются технические характеристики и снижается точность измерений точки росы газа данным гигрометром.

Результатом настоящего изобретения является улучшение технических характеристик и повышение точности измерений точки росы сжатых газов.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре, содержащем измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, распложенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в нижней части холодопровода, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.

По варианту 2 в гигрометре, содержащем измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, расположенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в основании, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально во внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.

Гигрометр по варианту 1 (см. фиг.1) включает измерительную камеру 1 с защитным стеклом 2, смотровым стеклом 3, линзой 4 и защитным стеклом 5, магистраль анализируемого газа, состоящую из трубопровода 6, клапана 7, трубопровода 8, манометра 9, клапана 10 и ротаметра 11, магистраль охлаждающего газа, состоящую из трубопровода 12, клапана 13, трубопровода 14, отводящего охлажденный газ, змеевика 15, выполненного в виде «труба в трубе», и манометра 16, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18, датчик температуры 19, основание 20, дроссель 21 с дроссельным отверстием 22, нагреватель 23, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки 24 для размещения нагревательного элемента 25, источник света 26, фотоприемник 27 и теплоизоляцию 28.

Холодопровод 17 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, в виде ступенчатого цилиндра с цилиндрической полостью. На наружной поверхности малого цилиндра выполнено конденсационное зеркало 18 в виде полированной поверхности, покрытой, например, хромом, или в виде припаянной полированной пластины, например, из нержавеющей стали. Нагреватель 23 выполнен полым из электроизоляционного материала, например из керамики, и установлен на трубопроводе 14, отводящем охлажденный газ. Вследствие этого снижается масса нагревателя 23 и существенно уменьшается его тепловая инерция, так как охлажденный газ обтекает как наружную, так и внутреннюю поверхность нагревателя 23 через трубопровод 14, отводящий охлажденный газ. Дроссель 21 установлен в нижней части холодопровода 17 вблизи основания 20, а ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода 17 и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок 24. При этом практически исключается влияние температуры трубопровода 12 на температурное поле холодопровода 17 и достигается оптимальный контакт дросселируемого газа с внутренней поверхностью холодопровода 17 и наружной поверхностью нагревателя 23, на которой в спиралеобразных канавках 24 размещен нагревательный элемент 25. Источник света 26, рабочая поверхность конденсационного зеркала 18, фотоприемник 27 и электронная схема (на фиг.1 не показана) представляют собой детектор точки росы.

Гигрометр по варианту 2 (см. фиг.2) включает измерительную камеру 1 с защитным стеклом 2, смотровым стеклом 3, линзой 4 и защитным стеклом 5, магистраль анализируемого газа, состоящую из трубопровода 6, клапана 7, трубопровода 8, манометра 9, клапана 10 и ротаметра 11, магистраль охлаждающего газа, состоящую из трубопровода 12, клапана 13, трубопровода 14, отводящего охлажденный газ, змеевика 15, выполненного в виде «труба в трубе», и манометра 16, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18, датчик температуры 19, основание 20, дроссель 21 с дроссельньм отверстием 22, нагреватель 23, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки 24 для размещения нагревательного элемента 25, источник света 26, фотоприемник 27 и теплоизоляцию 28.

Конструктивно гигрометр по варианту 2 отличается от гигрометра по варианту 1 тем, что дроссель 21 установлен в основании 20 и изолирован от холодопровода 17. В результате этого исключается влияние температуры трубопровода 12 на температурное поле холодопровода 17 с конденсационным зеркалом 18.

Гигрометр по вариантам 1, 2 работает следующим образом. Вначале включают детектор точки росы. Световые лучи от источника света 26 через защитное стекло 2 направляются на конденсационное зеркало 18 и, отражаясь, через защитное стекло 5 попадают в фотоприемник 27, вызывая в цепи детектора точки росы максимальный сигнал. Одновременно с этим, открывая клапаны 7, 10, пропускают анализируемый газ через измерительную камеру с необходимым расходом при заданном давлении. Контроль осуществляется по ротаметру 11 и манометру 9. Анализируемый газ, протекая по трубопроводу 6, над поверхностью конденсационного зеркала 18 и по трубопроводу 8, сбрасывается в атмосферу. Затем открывают клапан 13. Дросселируемый газ по трубопроводу 12 поступает к дросселю 21 с дроссельным отверстием 22 и, дросселируясь, обтекает внутреннюю поверхность холодопровода 17 и наружную поверхность нагревателя 23 по спирали с углом, равным углу спиралеобразных канавок 24, в которых размещен нагревательный элемент 25. При этом обеспечивается оптимальный и регулярный теплообмен охлажденного газа с поверхностями холодопровода 17 и нагревателя 23. Далее охлажденный газ по трубопроводу 14, отводящему охлажденный газ, установленному в основании 20, и по межтрубному пространству змеевика 15 сбрасывается в атмосферу. При этом охлаждающий газ, протекающий по трубопроводу 12, охлаждается. Вследствие оптимального контакта охлаждающего газа с внутренней поверхностью холодопровода 17, покрытого теплоизоляцией 28, и практически отсутствием на холодопроводе 17 участков с местным перепадом температур достигается равномерное изменение температуры рабочей поверхности конденсационного зеркала 18. В момент образования росы на рабочей поверхности конденсационного зеркала 18 поток световых лучей, попадающий в фотоприемник 27, резко уменьшается, вызывая резкое уменьшение сигнала в цепи детектора точки росы. Температура конденсационного зеркала 18, измеренная в этот момент с помощью датчика температуры 19, принимается за точку росы анализируемого газа при давлении, установленном в измерительной камере 1. Для нагрева или поддержания температуры конденсационного зеркала 18 постоянной включают нагреватель 23, в результате чего охлажденный газ и, соответственно, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18 нагревается до необходимой температуры. Визуальное наблюдение за состоянием конденсационного зеркала 18 производится с помощью линзы 4 через смотровое стекло 3.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый гигрометр по вариантам 1, 2 позволяет улучшить технические характеристики и повысить точность измерений точки росы сжатых газов.

Источники информации

1. Гигрометр. Патент Российской Федерации №2117278, G 01 N 25/66, 1998 г.

2. Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1987, 52 с.

Изобретение относится к технике измерений. Гигрометр по варианту 1 и варианту 2 содержит измерительную камеру со смотровым и защитными стеклами, магистрали анализируемого и охлаждающего газа, холодопровод с конденсационным зеркалом и датчиком температуры, основание, дроссель, органы управления и контроля. Особенность выполнения гигрометра по варианту 1 заключается в том, что дроссель установлен в нижней части холодопровода с конденсационным зеркалом. В гигрометре по варианту 2 дроссель установлен в основании. Технический результат - повышение точности измерения точки росы сжатых газов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гигрометр, содержащий измерительную камеру, магистраль охлаждающего газа с турбопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, расположенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, отличающийся тем, что в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в нижней части холодопровода, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.2. Гигрометр, содержащий измерительную камеру, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, расположенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, отличающийся тем, что в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в основании, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.