Устройство для определения теплофизических свойств веществ Советский патент 1989 года по МПК G01N25/66 

1

Изобретение относится к технике измерения теплофизических свойств веществ, конкретно к способам определения концентрации паров, использующим конденсацию газов при температуре точки росы.

Целью изобретения является осуществление возможности измерения концентрации конденсирующегося газа по точке росы.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства для определения теплофизических свойств веществ; на фиг. 2 - график зависимости выходного сигнала термометра от времени при импульсном нагреве чувствительного элемента.

Устройство состоит из последовательно соединенных трубопроводом пробоотборника 1, устанавливаемого в исследуемой среде, фильтра 2 очистки газа от взвешенных частиц, регулятора 3 расхода газа и адиабатического охладителя 4, соединенного выходом с побудителем тяги (не показан) , если давления в исследуемой среде недостаточно для создания необходимого расхода. Адиабатический охладитель 4 может быть выполнен в виде вихревой трубы, турбодетандера и т.д. На фиг. 1 представлен адиабатический охладитель 4 в виде вихревой трубы,которая имеет два выходных трубы, которая имеет два выходных патрубка для охлажденного и нагретого потоков с установленными в охлажденной и нагретой зонах двумя идентичными термометрами 5 и 6, С термометром 6, служащим нагреваемым элементом, соединены блок 7 регистрации, генератор 8 электрического тока и один из входов дифференциального

4

sl

СО 00

оэ

блока, выполненного в виде логической схемы ИЛИ 9 (дизъюнкии, логического сложения), второй вход которой соединен с термометром 5. Схема ИЛИ 9 соединена двумя выходами параллельно генератору 8, соединенному с термометрами 5 и 6 по переменному сигналу, т.е. через разделительные конденсаторы 10 и 11, блок 7 соединен гальванически. Выходом схема ИЛИ 9 соединена с1 управляющими входами генератора 8, блока 7 и регулятора 3 расхода.

Процедура измерения концентрации конденсирующейся фракции в исследуемом газе сострит в изотермическом отборе части газа с помощью пробоотборника 1, очищаемой фильтром 2 не только от твердых частиц, но и от капель тумана. Очищаемый газ регулятором 3 расхода подается на вход вихревой трубы, в которой закрученный поток газа благодаря турбулентному энергообмену и перестройке скоростей разделяется на охлажденный и нагретый потоки, воздействующие соответственно на термометры 6 и 5. При малых расходах газа температура охлажденного потока выше температуры точки росы конденсирующейся фракции газ и на поверхности чувствительного элемента термометра 6 отсутствует конденсат. Генератором 8 тока периодически подают на термометры 5 и 6 импульсы электрического тока в виде дельта-функции с амплитудой, обеспечивающей нагрев чувствительных элементов термометров 5 и 6 до температуры в пределах допустимой погрешности измерения точки росы. Форма импул са электрического тока представлена на фиг. 2 кривой 12. Чувствительный элемент, например спай термопары, нагревается дополнительно на +0,35 К при допустимой погрешности измерения 1% и температуре точки росы 310 К. Реакция термометров 5 и 6 на импульсный нагрев (кривая 13 фиг. 2) представляет собой экспоненциальную зависимость выходного сигнала от времени, фиксируемую блоком 7 температуры на фоне постоянной составляющей, соответствующей температуре газового потока. Экспоненциальная реакция инерционного звена на входное воздействие в виде дельта-функции позволяет определить постоянную времени этого звена, так как спад выход0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ного сигнала на 95% происходит за время, равное утроенной постоянной времени. Таким образом, длительность выходного сигнала термометра при импульсном входном воздействии пропорциональна постоянной времени термической инерции. Так как термометры 5 и 6 идентичны , то равны их постоянные времени термической инерции, поэтому на входы схемы ИЛИ 9 поступают одновременно два одинаковых сигнала, что обеспечивает на выходе схемы ИЛИ 9 нулевой сигнал.

Далее регулятором 3 повышают расход газа в вихревой трубе, вызывая постепенное (и достаточно медленное) понижение температуры в зоне термометра 6. Когда температура газового потока достигает температуры точки росы, на поверхности чувствительного элемента термометра 6 появляется слой конденсата - жидкой фазы, который вызывает повышение теплоемкости чувствительного элемента и ухудшение условий теплообмена-между газом и чувствительным элементом. Это приводит к повышению постоянной времени термической инерции термометра, которое идентифицируют с появлением росы. Например, при измерении концентрации водяного пара в воздухе медьконстантановой термопарой с радиусом шарового чувствительного элемента спая 0,1 мм в случае конденсации 3 мкг воды, образующих слой на поверхности спая с эффективной толщиной около 20 мкм, постоянная времени термической инерции термометра удваивается и составляет около 0,15 с0 На входы схемы ИЛИ 9 поступают два импульса различной длительности . Сигнал с выхода схемы ИЛИ 9 поступает на регулятор расхода как команда на уменьшение расхода для повышения температуры охлажденного потока вихревой трубы, на блок 7 - как отметчик температуры точки росы и на генератор 8 тока - как команда для переключения генератора в режим с повышенной амплитудой и/или частотой следования импульсов для быстрого нагрева термометра 6 до испарения конденсата с поверхности чувствительного элемента. Формула изобретений

Устройство для определения тепло- физических свойств веществ, содержащее нагреваемый элемент, соединенный

с управляемым генератором электрического тока, блок регистрации, соединенный с дифференциальным блоком, соединенным двумя входами параллельно генератору, отличающее- с я тем, что, с целью возможности измерения концентрации конденсирующегося газа по точке росы, дифференциальный блок выполнен в виде логической схемы ИЛИ, а нагреваемый элемент выполнен в виде термометра, установи ленного в снабженном регулятором расхода газа адиабатическом охладителе, причем регулятор расхода соединен управляющим входом с выходом схемы ИЛИ.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может применяться при определении концентрации различных фракций природного газа. Целью изобретения является осуществление возможности измерения концентрации конденсирующегося газа по точке росы. Способ позволяет измерить концентрацию конденсирующегося газа по точке росы благодаря наличию импульсно нагреваемого термометра. О достижении точки росы судят по повышению инерционности термометра, измеряющего температуру адиабатически охлаждаемого потока газа. Инерционность определяют по экспоненциальной реакции на импульсный нагрев термометра. 2 ил.

r.f i

ф

фиг.1