Способ измерения влажности газа Советский патент 1980 года по МПК G01N25/68 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗА

Изобретение относится к области физических измерений и может найти применение в гидрометеорологии, приборостроении, нефтяной, химической промышленности и других областях науки и техники, где необходимо измерение влажности газов. Известны психрометрические, сорбционные, кулонометрические, абсолютные и другие методы измерения влажности газа, а также метод точки росы fl. Метод точки росы, к которому отно сится изобретение, состоит в том, что характеристика влажности газа определяется по температуре,при кото рой водяной пар, находящийся в газе, становится насыпенным и частично конденсируется на контрольной поверх ности. Метод включает в себя последо вательность общих операций.;, охлаждение контрольной поверхности, определ ние момента начала конденсации водяных паров на контрольной поверхности измерение температуры контрольной поверхности в момент появления конденсата, т.е. определение температуры ТО5КИ попы. Недостатком известных способоь реализующих метод точки росы,является невысок..я точность измерений. Наиболее близким по технической сущности является оптический способ реализации метода точки росы, заключс.ющийся в измерении температуры охлаждаемой поверхности в момент оптической регистрации выпадения на ней конденсата 2 . Недостатками этого способа являются ограниченная точность измерения точки росы в связи с неопределенностью момента начала конденсации, что снижает точность измерений, и узкие функциональные возможности, а именно: ограничение нижнег предела измерения точки росы абсолютным влагосодержанием газа, особенно при низких отрицательных температурах, за счет того, что в этих условиях резко меняется плотность расположения кристаллов на контрольной поверхности конденсат располагается очень редкими но большими звездочками, которые могут и не попасть в поле зрения оптической системы (практически нижний предел оптических гигрометров точки росы при отрицательных температурах ограничен относительной влаж ностью 25-35%), уязвимость к загрязнению, вибрации, помехонезащищенность, склонность к ложным срабатываниям за счет очень жестких требований к стабильности и однозначности светового потока. Целью изобретения является ПОЕШшение точности измерения влажности газа и расширения функциональных возможностей метода точки росы, т.е повышение точности регистрации момен та появления конденсата на контрольной поверхности, расширение диапазона измерений, особенно при малом абсолютном влагосодержании при низких отрицательных температурах, в условиях вибраций, перегрузок, ударов. Цель достигается тем, что непрерывно измеряют тепловой поток, проходящий через равномерно охлаждаемую контрольную поверхность, причем начало выпадения конденсата на поверх ности определяют по скачкообразному изменению потока тепла в момент выделения теплоты конденсации. Схема устройства для реализации предлагаемого способа приведена на чертеже. Исследуемый газ проходит под кон рольной поверхностью 1, которая рав номерно охлаждается с помощью термо электрического охлаждающего устройства 2. Тепловой поток через контро ную поверхность измеряется с помощь датчика теплового потока (тепломера 3 и регистрируется измерительным устройством 4. Температура контроль ной поверхности и температура точки росы измеряется при помощи измерите ля поверхностной температуры 5. При равномерном понижении температуры контрольной поверхности 1, на выходе тепломера 3 генерируется постоянный сигнал (динамический нуль способа, который легко компенсируется в контрольных устройствах) При выпадении конденсата на контрол ной поверхности тепловой поток чере нее резко изменяется по величине и на выходном сигнале тепломера отмечается резкий всплеск (2-50 мВ). В этот момент фиксируют температуру контрольной поверхности - температу ру точки росы. Достоинства предлагаемого способ измерения влажности по точке росы: однозначность эффекта выделения теплоты,как следствие единственного процесса - конденсации и, следовательно, высокая помехозащищенност надежность, нечувствительность к за грязнениям. форма выделения конденсата, разм ры, распределение его не играют рол поэтому эффект конденсации может быть зарегистрирован раньше, чем конденсат был бы отмечен оптическими способами. Отсюда - большая точность измерения температуры точки росы вплоть до +0, в практических устройствах. интегральность эффекта. Регистрируется эффект всех точек, конденсации, в отличие от оптического способа, обуславливаемого только конденсацией в узком угле зрения светового пучка. Отсюда повышение чувствительности, расширение диапазона измерений в с: орону малых абсолютных влагосодержании.; простота и конструктивная прочность измерительной системы, отсутствие сложного оптического оборудования. Отсюда - работоспособность в условиях вибраций, -перегрузок, ударов . высокая чувствительность. ЕСЛИ общее количество конденсата, необходимое для начала регистрации оптическим способом, составляет около 10 мг/мм при условии, что конденсат будет равномерно распределен по площади частицами не менее 14 мк, то используя тепломер с чувствительностью к импульсному источнику тепла 2,5-10 Дж, регистрируют начальное количество конденсата, равное Ю- мг/мм , т.е. по крайней мере, на порядок меньшее количество, причем без всяких условий по его распределе ВИЮ. Это обстоятельство доказано экспериментально. При измерении влажности , собственная температура которого была + 20с, была зафиксирована точка росы -42 С, причем сигнал в момент появления конденсата равнялся 2-4 мВ,и был четким. Это соответствует относительной влажное- . ти 1,2%. Такая чувствительность в пересчете на атмосферный воздух недостижима с помощью других известных методов (за исключением кулонометрического, обладающего узким диапазоном работоспособности - сверхмалого абсолютного влагосодержания). Формула изобретения Способ измерения влажности газа по точке росы путем измерения температуры охлаждаемой поверхности в момент выпадения на ней конденсата, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, непрерывно измеряют тепловой поток, проходящий через равномерно охлаждаемую поверхность, причем начало выпадения конденсата определяют по скачкообразному изменению потока теп лоты в момент выделения теплоты конденсации.

Источники информации/ принятые во внимание при экспертизе

Л., Гидрометеоиздат, т, 1, 1967, с. 117-126.

2. Зайцев В.А, и др. Влажность воздуха и ее измерение. Л., Гидрометеоиздат, 1974, с. 38 (прототип).