Сорбционно-частотный влагомер Советский патент 1980 года по МПК G01N5/02 G01N25/56 

(54) СОРБЦИОННО-ЧАСТОТНЫЙ ВЛАГОМЕР

Изобретение относится к области анапктйческого приборостроения и может быть использовано в газовом анализе, в частности, для измерения влажности газовых смесей.- , Известен влагомер, содержащий два чувствительных элемента - измерительный и эталонный, в качестве которых используются кварцевые резонаторы, причем измерительный чувствительный элемент нокрыт впагочувствительной пленкой а эталонный или не имеет покрытая или покрыт пленкой, не чувствительной к вла ге; Ьхему электрического питания и измерения, которая содержит два электронных генератора, возбуждакяоих и поддерживающих колебания чувствительных элементов, схеклу смешения частот колебани названных генераторов, благодаря которой выделяется сигнал разностной частоты, пропорциональный влажности газа М Однако этот влагомер не обладает достаточной точностью и требует для периодической проверки и юстировки наличия эталонных парогазовых смесей. Наиболее ближим по технической сущности к данному изобретению является сорбционно- астотный влагомер, содержащий две термостатированные камвг ры С идентасчными сорбшюнными чувствительньыи элетлентами, включенными в измерительную схему, магистрали подвода и отвода анализируемой среды и га зовый переключатель 2. Известный влагомер также обладает недостатками - требует наличия источника осушенного газа, обладает пониженной точностью из-за влияния атмосферного давления, для поверки необходимо наличие эталонных смесей или образно-. вых средств измерения. Целью изобретения является повышение точности анализа и поверки. Это достигается за счет того, что влагомер содержит дроссель, установленный между соединенными последовательно камерами с чувствительными элементили, регулятор перепада давлений, полость высокого давления которого соединена с входом первой по ходу газа камеры, полость низкого давления - с магистралью отвода анализируемой среды, а газовый переключатель вьшолнен двухходовым и его нормально закрытый канал соединен с первой камерой, общий канал со второй камерой, а нормально-открытый канал с магистралью отвода, соед1гаенный через дроссель подпора с дополнительным выходом второй камеры.

На чертеже представлена схема описываемого влагомера, который содержит магистраль подвода 1 анализируемой

среды, регулятор 2 перепада давления с полостью 3 высокого давления и полостью 4 низкого давления, камеры 5 и 6, в которых расположены идентичйые кварцевые сорбционные чувствительные элементы 7 и 8, вход 9 и выход 1О камеры 5, основной 11 и дополнительный 12 выходы камеры 6, дроссель 13 и, дроссель 14 подпора, двухходовой Газовый переключатель 15 с электромагнит ным приводом,, нормально-закрытый кана 16, нормально-открытый канал 17 и общий канал 18 газового переключателя, магистраль отвода 19 анализируемой среды, канал 20 соединения камеры 4 низксмто .давления регулятора перепада давления с м)агистралью отвода, термостат 21, электронные генераторы 22 и 23, смеситель сигналов 24, преобрааэватель 25 разностной частоты.

Газовые элементы схемы за исключение регулятора перепада давления расположены в т мостате 21, Электрические элементы схемы могут быть расположены вне термостата или в термостате.

В режиме измерения анализируемый газ под давлением через вход поступает в регулятор 2 перепада давяшйя, при , этом в его полостях 3 и 4 станавливеется определенный перепад давления. Из полости 3 высокого давления через вход 9 газ поступает в камеру 5 с чувствитет.ным элементом 7.

Таким образом, давление в камере 5 имеет то же.значение,что и в полости 3. После камеры 5 анализируемый газ проходит через дроссель 13, где давление его понижается, и поступает в камеру 6 с чувствительным элементом 8. Из камеры 6 основной выход 11, общий 18 и нормально открытый 17 каналы газового переключателя 15 газ поступает к выходу влагомера. Так как выход влагомера напрямую с помощью канала 2О соединен с полостью 4 низкого давлениярегулятора 2 перепада давления, то давление в камере 6 то же значение что и в полости 4 низкого давления. Таким образом, в режиме измерения в камрах Бив поддерживается строго определенный перепад давления. Причем этот

перепад будет сохраняться при изменении дренажного давления на выходе влагомера.

Поскольку анализируемый газ представляет собой парогазовую смесь то, благодаря наличию разности давления между камерами 5 и 6, имеется раз- ность парциальных давлений паров воды в камерах 5 и 6, причем парциальное давление паров воды р камере 5 превышает парциальное давление паров воды в камере 6.Разность парциальных давлений зависит от объемного влагосодержания газа и при изменении последнего соответственно изменяется. Каждый сорбционный кварцевый чувствительный элемент при постоянной температуре реагирует на изменение парциального давления паров воды соответствующим изменением частоты колебания, которая фиксируется электронным генератором. В схеме влагомера генератор 22 связан электршхески с чувствительным элементом 7, а генератор 23 - с чувствительным элементом 8, поэтому электромеханические колебания каждого чувствительного элемента возбуждаются и поддерживаются, соответственно, этими генераторами. Сигналы высокой частоты с генераторов 22 а. 23 поступают в смеситель 24, где выделяется сигнал разностей частот, который поступает в преобразователь 25 частоты, где преобразуется в постоянный ток, напряжение или код.

Б данной схеме частота колебания каждого чувствительного элемента зависит от парциального давления паров воды, а разностная частота, соответственно, зависит от разности парциальных давлений паров воды между камерами 5 и 6 и следовательно от объемного влагocoдepжaни i газа. Таким образом, в режиме измерения разностная частота служит мерой влагосодержания газа.

Схема влагомера, представленная на чертеже позволяет оперативно производить проверку исправности влагомера, и при необходимости его юстирЬвку без применения этате)1тых газовых смесей.

Проверка исправности и юстировка влагомера производится путем выравгшвания давлений аналикфуемого газа {ёЖд камерами 5 и О. В режиме юстировки на электромагнитный привод газового переключателя 15 подается электрическое напряжение, при атом нормальнозакрытый канал 16 открывается, а Нормально-открытый канал 17 - закрывает В этом случае анализируемый газ с выхода Ю камеры 5 в камеру 6 проходит, минуя дроссель 13, через нормально-закрытый канал 16 и общий канал 18, а из камеры 6 через дроссель дополнительный выход 12 к выходу влаг мера. Так как в этом случае между камерами 5 и 6 сопротивления движению газа нет, то давление в обеих камерах будет одинаковым и равным давлению в полости 3 регулятора перепада давления. Дроссель 14 служит для создания подпора газа. Се 5:ение его проходного сечения одинаково с дросселем При выравнивании давлений анализируемого газа в камерах 5 и 6 разность парциальных давлений паров воды становится равной нулю, а так как чувствительные элементы идентичны и имеют при одинаковом давлении и температуре идентичные частотно-влажностные харак теристики, то разностная частота становится равной нулю или значению, заданному при градуировке влагомера на сухом газе. Если этого не произойдет, то производится юстировка влагомера, например, при помощи перестройки частоты одного из генераторов. Одним из примеров вьшолнения влаго мера является разработашгый измеритель влажности газов. В качестве чувствительных элементов в этом влагомере ис пользованы тсварцевые резонаторы с час тотой колебаний порядка 9 мГи с сорбционной биополимерной пленкой на основе натуральной шерсти. Влагомер имеет диапазон измерения от О до 2 5000 млн пepeкpывa«v ый шкалами О... 250 , О... 25ОО млн ,и О.., 25ООО млн . Влагомер состоит из первичного пре образователяи блоков измерения. Первичный преобразователь влахчэмера выполнен по схеме, приведенной на чертеже. В режиме, измерения между камерами 5 и 6 поддерживается перепад давлений, равный 98,1 кПа (1 кгс/см). Температура в камерах .5 и 6 поддерживается равной +50+0, с помощью двухконтурной системы термостатирования. Влагомер предназначен для измерения влажности сжатых газов. Испытания влагомера показали его работоспособность, простоту и надежность, малоинерционность, отсутствие дополнительной погрешности от изменения атмосферного давления, а т,акже возможность проверки его исправности и юстировки на анализируемом газе. Формула изобретения Сорбдионно-частотный влагомер, содержащий две термостат1фованные камеры с идентичными сорбционными чувствительными элементами, включенными в измерительную схему, магистрали подвода, и отвода анализируемой среды и газовый переключатель о тличающийся тем, что, с целью повышения точнос1я анализа и поверки, он содержит дроссель, установленный между соед1зденными последовательно камерами с чувствительными элементами, регулятор перепада давлений, полость высокого давления которого соединена с входом первой по ходу газа камеры, полость низкого давления с магистралью отвода анализируемой среды, а газовый переключатель выполнен двухходовым, и его нормально-закрытый канал соединен с первой каме-. рой, общий канал с второй камерой, а нормально открытый канал с магистралью отвода, соединенной через дроссель подпора с дополнительным выходом второй камеры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 4639О1, кл. 6 01 N 25/58, 31Л0.73. 2.Берлинер М. А. Измерения влажости.,-М., 1973, с. 281-284 (проотип) .

(