Способ дозирования паров жидкости и дозатор паров жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться для при- готовления газовых смесей различного состава,

В качестве прототипа выбираем способ дозирования паров жидкости путем ее испарения из предварительно пропитанного ею пористого вещества с контролем отмериваемых доз пара путем периодического взвешивания пористого вещества с парообразующей жидкостью (а.с. СССР № 662808, G 01 F 13/00, 1977).

Устройство для реализации этого способа (там же) содержит термостат с размещен- ными в нем смесительной камерой, емкостью, содержащей пористую вставку с испаряемой жидкостью, и капилляром, соединяющим емкость со смесительной камерой.

Недостатками этого способа и устройства являются относительно невысокая точность и надежность дозирования, а также его низкая производительность, что связано

с необходимостью периодически вынимать и взвешивать емкость с испаряемой жидкостью.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве пористого вещества используют оптичзски прозрачный материал, а массу парообразующей жидкости до и после испарения определяют посредством измерения значений показателя преломления оптически прозрачного материала.

Эта цель достигается тем, что в дозатор паров жидкости введены источник и при- мник оптического излучения, схема считывания сигнала и индикатор, испаритель выполнен в виде оптического элемента, пористое вещество выполнено оптически прозрачным, а испаритель оптически сопряжен с одной стороны с источником оптического излучения, а с другой стороны - с приемником оптического излучения, который подXI

g

00

ключей через схему считывания к индикатоРУ

В отличие от известных способа и устройства дозирования паров, принятых в качестве прототипа, в заявляемом техническом решении контроль отмериваемых доз пара осуществляется непрерывно и бесконтактно, не требует разборки дозатора с нарушением термостатического режима для взвешивания емкости с жидкостью, что обуславливает повышение производительности процесса дозирования и обеспечивает точную и надежную фиксацию моментов отмеривания заданных доз пара.

Известно использование свойства пористого оптически прозрачного элемента менять свой показатель преломления в зависимости от концентрации паров жидкости в газовой среде, в которую помещают этот элемент, с целью обеспечения обратимости изменения фокусного расстояния управляемой оптической системы (а.с. СССР № 1111124, кл. G 02 В 3/14, 1982). Неизвестно использование свойства оптически прозрачного пористого элемента изменять свой коэффициент преломления в зависимости от изменения количества сконденсировавшейся в его порах жидкости для контроля массового расхода парообразующей жидкости при дозировании ее паров с целью повышения точности, надежности и производительности этого процесса.

На фиг.1 показан вариант конструкции дозатора пароо жидкости, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - схема прохождения светового луча через пористое вещество с испаряемой жидкостью, изготовленное в форме призмы.

Дозатор состоит (фиг. 1) из термостата 1, в котором размещена смесительная камера 2, соединенная капилляром 3 с емкостью 4 с испаряемой жидкостью, заполненной пористым оптическим прозрачным веществом 5, Капилляр 3 соединен со смесительной камерой 2 через управляемый клапан 6. С пористым веществом 5 оптически сопряжены источник 7 и приемник 8 излучения, который через схему 9 считывания сигнала соединен с индикатором 10.

Дозатор работает следующим образом.

Перед началом работы пористое вещество 5 в емкости 4 насыщают парообразующей жидкостью, закрывают клапан 6 и включают термостат 1. После выхода на заданный режим термостатировзния открывают клапан 6 и пары жидкости по капилляру 3 начинают поступать в смесительную камеру 2. Газ-носитель, проходя через смесительную камеру 2, захватывает пары жидкости. В процессе дозирования масса

парообразующей жидкости, содержащейся в пористом веществе 5, уменьшается, что приводит к изменению показателя преломления системы пористое вещество 5 - жидкость. В результате этого изменяется угол отклонения светового луча, проходящего через пористое вещество 5 от источника 7. Это приводит к изменению выходного сигнала приемника 8 излучения, который пресбразуется схемой 9 считывания сигнала и отображается на индикаторе 10. Смещение светового луча на приемнике 8 излучения на определенную, заранее известную величину свидетельствует о том, что заданная

доза паров отмерена. В этот момент закрывают клапан 6 и дозирование прекращается, Для отмеривания следующей дозы паров снова открывают клапан 6 и процесс идет до тех пор, пока сигнал с приемника 8 излучения не засвидетельствует того, что следующая доза отмерена, в этот момент снова закрывают клапан 6.

Пористое вещество 5 может быть изготовлено из монодисперсного пористого стекла с размером пор порядка 0,04 мкм, что

в 10-20 раз меньше длины волны видимого излучения. Пористое стекло получают по известной технологии выщелачивания натрий- бор-силикатной основы с образованием матрицы с суммарным объемом пор около

25-30% (а.с. СССР № 1111124, кл. G 02 В 3/14, 1982). Коэффициент преломления пустой матрицы (без жидкости) ,35, а полностью заполненной, например бензолом, ,48, Емкость 4 должна быть прозрачна по крайней мере в точках входа и выхода из нее светового луча. Она может быть изготовлена из стекла. На фиг.2 представлен ход луча в пористом веществе 5, имеющем форму призмы и помещенном в призматический

прозрачный корпус 4. Если внешние стенки емкости 4 параллельны боковым поверхностям призмы из пористого вещества 5 и толщина их одинакова с обеих сторон призмы, то ни коэффициент преломления материала

емкости 4, ни толщина стрелок не влияют на угол р отклонения луча, который определяется простым выражением

(р - + ГА - а ; где i - угол падения луча на призму;

г/5 - угол преломления выходящего из

призмы луча;

о;-угол при вершине призмы.

Угол Г4 можнорпределить из выражения

sin г/5 sin «v n - sin ц- cos a sin M,

где п - текущее значение показателя преломления пористого вещества 5.

При малых изменениях показателя преломления An n-По можно упростить это

соотношение, ограничившись линейным членом разложения в ряд Тейлора

Sin Г4 Sin И К An

где

I/ - К --F

п0 sin a

/п1 - Таким образом можно записать р - - a + arc sin (sin И + К An ) Смещение луча по поверхности приемника 8 излучения, находящегося на расстоянии а от емкости 4 определяется по формуле ДI L tg , где А г/ arc sin ( sin И + К An ) - И .

Таким образом, величина смещения луча по поверхности луча приемника 8 излучения однозначно связана с изменением показателя преломления пористого вещества 5. Зная общий объем пор вещества 5, нетрудно найти зависимости между массой жидкости в нем и величиной показателя преломления.

В качестве источника 7 излучения можно использовать лампу или сеетодиод с фо- кусирующейсистемойлибо

полупроводниковый лазер, а в качестве приемника 8 излучения - ПЗС линейку, например типа ФПЗС 1 Л.

Схема 9 считывания сигнала с приемни- ка 8 излучения выбирается в зависимости от типа приемника 8. В качестве индикатора 10 может использоваться какой-либо стрелочный или цифровой электроизмерительный прибор, согласованный со схемой 9.

Объем пористого вещества 5 может быть сформирован не только в виде призмы, но и в другой форме, например линзы.

В этом случае будет меняться фокусное расстояние оптической системы и в качест- ве приемника 8 излучения нужно будет использовать датчик фокусировки.

0

5

п

,-

5

Таким образом, применение бесконтактного оптического метода контроля за массовым расходом парообразующей жидкости при дозировании паров позволяет упростить процесс работы с реализующими этот способ дозаторами, повысить их производительность, обеспечив при этом точное и надежное отмеривание заданных доз а также позволяет осуществить полную автоматизацию процесса дозирования.

Формула изобретения

1.Способ дозирования паров жидкости, при котором осуществляют насыщение по- ристогЗ вещества измеренной массой парообразующей жидкости, испарение ее в измеренный объем рабочей среды, измерение остатка парообразующей жидкости и обработку результатов измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, Б качестве пористого вещества используют оптически прозрачный материал, а массу парообразующей жидкости до и после испарения определяют посредством измерения значений показателя преломления оптически прозрачного материала.

2.Дозатор паров жидкости, содержащий термостат, размещенные в нем смесительную камеру, соединенную через капилляр с испарителем, заполненным пористым веществом, причем капилляр со стороны смесительной камеры выполнен с запорным устройством, отличающийся тем, что, с целью повишения точности, в него введены источник и приемник оптического излучения, схема считывания сигнала и индикатор, испаритель выполнен в виде оптического элемента, пористое вещество выполнено оптически прозрачным, а испаритель оптически сопряжен с одной стороны с источником оптического излучения,а с другой стороны -с приемником оптического излучения, который подключен через схему считывания к индикатору.

/

/

Использование: в измерительной технике для приготовления газовых смесей различного состава. Сущность изобретения: осуществляют бесконтактный оптический контроль за массовым расходом парообразующей жидкости в измеренном объеме. Газ-носитель, проходя через смесительную камеру, захватывает пары жидкости. В процессе дозирования масса парообразующей жидкости, содержащейся в пористом веществе, изменяется, что приводит к изменению показателя преломления испарителя, выполненного в виде оптического элемента, с пористым веществом, выполненным оптически прозрачным. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Л

fO

Фиг./