Устройство для определения влажности газа Советский патент 1991 года по МПК G01N22/00 

1

(21)4624285/09

(22)23.12.88

(46) 23.04.91. Бюл. № 15

(71)Научно-производственное объединение «Эталон

(72)С. Н. Распутин, И. В. Лебедев, А. А. Сенчукова и Е. П. Мецнер (53) 621.317.39(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 636520, кл. G 01 N 22/00, 1976.

ISA. Trans, 1986. V. 25, № 3, p. 15-24.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗА

(57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности. Устройство для определения влажности газа содержит термостат 1, увлажнитель 6, измерительный 9 и опорный 11 резонаторы, газовый тракт ввода сухого газа и газовый тракт ввода исследуемого газа, теплообменники 4 и 7. Поставленная цель достигается введением насы- тителя 8, блока 5 коммутации газовых потоков, каплеотделительного фильтра и дифма- нометра 10. 3 ил.

18

Вход исслеёуеного

гсиа

газа

Вход сухого 2

SS

(Л

с:

о

4 О О 3

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ, для определения влажности газа с помощью резонаторов СВЧ и может быть использовано при создании эталонов и образцовых средств измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена пневмогидравли- ческая схема устройства; на фиг. 2 - конструкция СВЧ-резонатора, совмещенного с насытителем; на фиг. 3 - электрическая схема измерителя влажности.

Устройство содержит термостат 1, регулятор 2 давления, дроссель 3 и размещенные в термостате теплообменники 4, блок 5 коммутации газовых потоков, увлажнитель 6, теплообменник 7, насытитель 8, измерительный резонатор 9, дифманометр 10, опорный резонатор 11, регулируемый дроссель 12, первый ротаметр 13, индикаторы 14 и 15, второй ротаметр 16, дроссель 17, клапан 18.

Объединенный блок измерительный резонатор-насытитель (фиг. 2) состоит из измерительного резонатора 9, насытителя 8, каплеотделительного фильтра 19, расположенного между резонатором и насытителем, и детекторной секции 20 (детекторные секции 20 входят в состав блоков АПЧ 21 и 22).

Электрическая схема (фиг. 3) состоит из двух генераторов СВЧ 23 и 24, двух блоков 21 и 22 автоматической подстройки частоты (АПЧ) 21 и 22, резонаторов 9 и 11, смесителя 25, счетчика 26 частоты и микропроцессора 27. Устройство содержит также тракты 28 и 29 ввода сухого и исследуемого газа соответственно.

Устройство для определения влажности газа работает следующим образом.

Подают сухой газ в опорный резонатор и измеряют его диэлектрическую проницаемость ех. Подают сухой газ в измерительный резонатор 9 и измеряют его диэлектрическую проницаемость е„., предварительно выравнивая давление газа в опорном 11 и измерительном 9 резонаторах. Увлажняют сухой газ перед подачей в измерительный резонатор с помощью увлажнителя 6. Подогревают этот увлажненный газ с помощью теплообменника 7 с целью выравнивания его температуры с температурой измерительного резонатора 9. Доводят этот газ до 100%-го насыщения с помощью насытителя 8.

Подают увлажненный до 100% газ противотоком сухому (т. е. снизу вверх) в измерительный резонатор и измеряют его диэлектрическую проницаемость Подают исследуемый газ противотоком увлажненному в измерительный резонатор 9 и измеряют его диэлектрическую проницаемость

ев«Вычисляют относительную влажность газа по формуле

.100%.

Работа устройства для определения влажности газа основана на трех режимах.

Первый режим - калибровка измерительного резонатора 9 по сухому газу (или по газу с минимальной влажностью). Второй режим - калибровка измерительного резонатора 9 по газу с максимальной

влажностью, близкой к 100%-ному насыщению. Третий режим - измерение влажности исследуемого газа.

Во всех трех режимах сухой газ через регулятор 2 давления и теплообменник 4,

5 расположенный в термостате 1, поступает в блок 5 коммутации газовых потоков, затем на вход опорного резонатора 11 проходного типа, в котором с помощью СВЧ- генератора 24 возбуждаются СВЧ-колебания типа Hoi2- Генератор 24 удерживается на

® резонансной частоте резонатора 11 блоком АПЧ 22, вход которого подключен к детекторной секции 20. Часть СВЧ-сигнала ответвляется из канала и поступает на смеситель СВЧ 25. Этот сигнал является опор5 ным (базовым) для сигнала измерительного канала гигрометра. Далее из опорного резонатора 11 газ через регулируемый дроссель 12 и ротаметр 13 поступает в атмосферу. Регулируемые дроссели 12, а также ротаметр 13 служат для настройки давле0 ния и определения расхода газа через опорный резонатор 11.

В первом режиме сухой газ по трубопроводу поступает на второй вход измерительного резонатора 9. В измерительном резонаторе проходного типа 9 сухой газ

5 (движется сверху вниз) проходит через штуцер 29 в верхней крышке 30, отверстия в средней крышке 31 и попадает в полость резонатора, где с помощью генератора 23 возбуждаются СВЧ-колебания типа H0i2„ Генератор 23 удерживается на резонансной частоте резонатора 9 блоком АПЧ 21, вход которого подключен к детекторной секции 20. Далее газ через отверстия в нижней крышке 32 попадает в ту часть насытителя 8, где расположен каплеотделительный

5 фильтр 19, пройдя через который газ через штуцер 33 выходит из измерительного резонатора 9.

Часть СВЧ-сигнала ответвляется из измерительного канала и поступает на смеситель СВЧ 25. На нагрузке смесителя СВЧ

0 25 выделяется сигнал, частота которого равна разности резонансных частот резонаторов 9 и 11, и поступает на счетчик 26 частоты. Микропроцессорный блок 27 в этом режиме запоминает разностную частоту Д/ч, которая соответствует диэлектри5 ческой проницаемости (сухого газа).

С выходного штуцера 33 сухой газ из резонатора 9 через блок 5 и ротаметр 16 выходит в атмосферу. Выравнивание давлений газа в резонаторах 9 и 11 производят с помощью регулируемого дросселя 12, дифманометра 10 и индикаторов 14 и 15 давления.

Во втором режиме работы устройства сухой газ через регулятор 2 давления, регулируемый дроссель 3, теплообменник 4, второй выход блока 5 поступает на вход увлажнителя 6, в котором газ пройдя два столба жидкости, увлажняется. При этом газ подохлаждается, теряя энергию, так как температура воды в увлажнителе 6 несколько ниже температуры рабочей жидкости термостата 1 за счет испарения воды.

После увлажнителя 6 газ поступает в теплообменник 7, в котором его температура выравнивается с температурой термостата 1. Из теплообменника 7 газ поступает в насытитель 8, конструктивно объединенный в один узел с измерительным резонатором 9.

В насытителе 8 увлажненный газ, пройдя через отверстия распылителя проходит через столб жидкости, насыщаясь до теоретически заданной 100%-ной влажности. Далее газ проходит через каплеотделительный фильтр 19, отверстия в нижней крышке 32 резонатора и поступает в полость резонатора 9. Электрическая схема измерительного канала работает так же, как и в первом режиме. Но частота сигнала, выделенного смесителем СВЧ 25 (Afioo/;) соответ-. ствует диэлектрической проницаемости доведенного до 100%-ной влажности газа. Микропроцессор 27 работает в режиме памя- .ти. Далее влажный газ через отверстия в средней крышке 31 резонатора и штуцер верхней крышки 30 по трубопроводу поступает в блок 5 и через ротаметр 16 выходит в атмосферу.

В третьем режиме работы устройства исследуемый газ поступает в теплообменник 4, в котором приобретает температуру термостата 1 и через четвертый выход блока 5 поступает на первый вход измерительного резонатора 9 через штуцер в верхней крышке. Блоки электрической схемы работают так же, как и в предыдущих режимах. Частота выделенного на смесителе СВЧ 25 сигнала Afe/5 соответствует диэлектрической проницаемости исследуемого газа еВк

Микропроцессор 27 в этом режиме производит расчет и индикацию значения относительной влажности исследуемого газа:

- SH 1nno/ Afc -Afe щи о/

1UU /о--r-jГТ IUU /о .

еюо -екА/iooV Af

Далее газ, пройдя как в первом режиме работы через фильтр 19, выходит

из измерительного резонатора 9, а затем

в атмосферу через блок 5 и ротаметр 16.

Электрическая схема устройства работает

следующим образом.

Генераторы СВЧ 23 и 24 волноводной

конструкции на диоде Ганна с механической перестройкой поршнем и электрической перестройкой варактором настраиваются на резонансные частоты измерительного 9 и опорного 11 СВЧ-резонаторов и удержис ваются на резонансных частотах с помощью блоков 21 и 22 автоматической подстройки частоты. Часть СВЧ-мощноети из каждого канала ответвляется с помощью направленных ответвителей и подается на микроволновой смеситель 25, на его нагрузке вы0 деляется сигнал, частота которого равна разности резонансных частот СВЧ-резонаторов 9 и 11. Сигнал с выхода смесителя 25 поступает на счетчик 26 частоты, который производит измерение частоты сигнала на ходе смесителя СВЧ 25 во всех трех режимах работы.

Формула изобретения

Устройство для определения влажности

0 газа, содержащее термостат, в котором размещены теплообменники, увлажнитель, опорный и измерительный резонаторы, газовый тракт ввода сухого газа и газовый тракт ввода исследуемого газа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности,

5 введены насытитель, вход которого подключен к выходу увлажнителя, а выход - через введенный каплеотделительный фильтр к полости измерительного резонатора, и блок коммутации газовых потоков, первый и второй входы которого соединены через тепло0 обменники с газовым трактом ввода сухого газа, третий вход через теплообменник - с газовым трактом ввода исследуемого газа, первый выход блока коммутации газовых потоков подключен к входу/ опорног го резонатора, второй выход - к входу увлажнителя, третий выход - к второму выходу измерительного резонатора, четвертый выход - к первому входу измерительного резонатора, второй выход которого соединен через введенный дифманометр

0 с выходом опорного резонатора.

ZOOH9I

25

24

26

27

77

ФыгЗ