Плотномер газа Советский патент 1980 года по МПК G01N9/36 

Изобретение относится к устройствам для анализа газовых смесей посредством измерения плотности. Известен плотномер газа, содержащий сравнительный, выходной и рас положенный между ними измерительный вертикальные каналы, которые соединены между собой вверху и внизу горизонтальньаш каналами с установлен ными в них термоанемометрами 11 . Ряд усовершенствований этого плотномера был направлен на повыщение их чувствительности и точности за счет, главным образом, применения более чувствительных термоанемометров и усложнения газовой схемы. Однако существенный недостаток плотномера, заключающийся в ограниченности диапазона измеряемых плотнос тей, не был устранен. Известен плотномер газа, являющийся прототипом изобретения и содержащий сравнительный, выходной и рас положенный между ними измерительный вертикальные каналы, причем газовые вводы и выводы присоединены к средним точкам соответствующих вертикаль ных каналов, а термоанемометры установлены на участках горизонтальных каналов, соединяющих между собой сравнительный и измерительный вертикальные кангшы. Чувствительные элементы термоанемометров включены в схему электрического измерительного моста с подключенным к нему регистратором 2 . Недостатком этих плотномеров газа является orpaHH4eHHOQTb диапазона измеряемых плотностей газа вследствие з.апирания отдельных каналов газовой схемл при достаточно больших разностях плотностей анализируемого и сравнительного газов. Попытка устранения этого недостатка за счет изменения геометрических размеров каналов газовой схемы приводит к снижению чувствительности. Подбор же подходящего по свойствам сравнительного газа весьма ограничен и также не позволяет эффективно устранить отмеченный недостаток. Вследствие этого плотномеры газа в настоящее время, несмотря на ряд их важных достоинств, применяются главным образом в качестве детектора в хроматографии, где в большинстве случаев диапазон измеряемых плотностей, может быть сделан достаточно узким. В то же время во многих случаях, в частностг в ряде процессов нефтехимической промышленнос ти и промышленности СК, необходимо измерять плотность газовых смесей уг леводородов, изменяющуюся в широком диапазоне, что не может быть осущест влено указанными газовытчи весами. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых плотностей. Указанная цель достигается тем, что вертикальный канал для газа с ; большей плотностью, вместе с часть присоединенного к немУ газового ввода, имеющей внутреннюю поверхност (2-г5)-10 м, снабжен нагревателем, вертикальный канал для газа с меньшей плотностью снабжен устройством .. для отвода, тепла, а части горизонтал ных каналов, соединяющие между собой указанные вертикальные каналы, выполнены со следующим соотношением размеров,- характеризующим их тепло- вое сопротивление: 200 L/CAF)20 , где L - длины указанных чатей горизонтальньах каналов, м-; F - площади поперечных сечений стенок каналов, м, X - коэффициент теплопроводности материала каналов, При этом нагрев канала для газа большей плотностью и охлаждение кангша для газа с меньшей плотность приводит к уменьшению разности пло ностей анализируемого и сравнитель ного газов и, следовательно, к предотвращению явления запирания отдельных каналов газовой схемы пло номера, приводящего к ограничению диапазона измеряемых плотностей газов. . Части горизонтальных каналов, заключенные между нагреваемым и охлаждаемым вертикгшьными каналами, должны обладать достаточным тепловым сопротивлением, чтобы предотвратить значительный разогрев кана ла для с меньшей плотностью. Этой же цели служит и применение охлгикдающего устройства. При этом .уменьшение величины L/(XF) ниже 20°С/Вт приводит к заметному возрастанию теплового потока между ука занными каналами, а увеличение TOJJ же величины свыше 200°С/Вт является неоправданным и требует применения специальных материалов с |1изкой теплопроводностью. Необходимость нагрева части ввода для тяжелого газа вызвана тем, что поверхности вертикального к-анала для тяжелого газа обычно недостаточно для нагрева проходящего газа до не обходимой температуры. При этом, в случае поверхности нагрева газов го ввода, меньшей м, газ не будет нагреваться до необходимой температуры, а увеличение поверхнос ти нагрева свыше 5-10 м приводит к неоправданному усложнению конструкции . С целью увеличения точности и чувствительности газовый плотномер может быть снабжен устройством для автоматического уравновешивания электрического измерительного моста, подключенным к выходу этого моста и к источнику питания нагревателя, причем о величине плотности анализируемого газа судят по величине тока нагревателя. В этом случае измерение производится в момент . равенства плотностей газов в сравнительном и измерительном каналах и, следовательно, при равенстве расходов сравнительного газа в горизонтальных каналах. Вследствие этого воздействия помех (колебания расхода сравнительного газа на входе, напряжения питания измерительного моста, температуры окружающей среды) на расходы сравнительного газа в горизонтальных каналах и токи в противоположных плечах измерительного моста взаимно компенсируются, что приводит к увеличению точности. Применение же высокочувствительного усилителя в устройстве автоматического уравновешивания позволяет увеличить также и чувствительность газовых весов. Для уменьшения динамической погрешности нагреватель в этом случае должен быть достаточно малоинерционным. На чертеже изображен общий вид плотномера газа в разрезе, а также вид на плотномер сверху. Плотномер состоит «з двух металлических блоков, измерительного 1 и сравнительного 2, в которых высверлены вертикальные каналы 3 (срав нительный), 4 (измерительный) и 5 (выходной), а также соединяющие их горизонтальные каналы, которые на участках между блоками выполнен в виде металлических трубок б и 7. Вертикальные каналы снабжены в сред-. них точках вводами 8 и 9, соответственно для сравнительного и ангшизируемого газов, а,также выводом 10 для отходящих газов, причем ввод для анализируемого газа имеет змеевик 11, находящийся в измерительном блоке 1 и служащий для предварительного нагрева анализируемого газа. Измерительный блок 1 снабжен электронагревателем 12 из электроизоляционного нихромового провода, расположенным на боковой поверхности блока и подключенным .через переменное сопротивление установки тока к стабилизатору постоянного напряжения. Измерительный блок 1 с электронагревателем 12 для уменьшения тепловых : потерь имеет снаружи слой тепловой изоляции 13 из асбеста. Б горизонтальных каналах сравнительного блока 2 установлены вольфрамовые нити 14 и 15 термоанемометров, подключенные к измерительному мосту с регистратором на выходе, питаемому оц стабилизатора постоянного напряжения. Для улучшения теплоотвода сравнительный блок 2 снабжен ребрами 16.. Плотномер газа помещен в термостат. . Блоки 1 и 2 с каналами 6 и 7 изготовлены из нержавеющей стали, причем каналы, имеющие толщину стенок 0,5 мм, прикреплены к блокс1м с помощью пайки. Каналы в блоках выполнены путем сквозного сверления с последующей заглушкой концов. Нити 14 и 15 термранемометров с точностью до +2 % подобраны в пару по величине электрического сопротивления В качестве устройства для автоматического уравновешивания измерительного моста может быть использован, например усилитель от электронного автоматического потенциометра с , реверсивным двигателем, соединенным механически с движком сопротив ления установки тока электронагревателя 12. Плотномер газа работает следующим образом. Сравнительный газ, например азот поступает по входу 8 в среднюю точку сравнительного канала 3 и разделяется на два потока, поступаиицие в верхний 6 и нижний 7 горизонтальные каналы. Более тяжелый анализируемый газ поступает из ввода 9 через змеевик 11 в среднюю точку измерительного канала 4, где разделяется на два потока, идущие вверх и вниз. Из точек соединения измерительного кана ла 4с горизонтальными каналами 6 и 7 смешанные потоки анализируемого и сравнительного газов поступают в выходной канал 5 и по выводу 10 сбра сываются в атмосферу. При отключен ном электронагревателе 12 и равенст :ве плотностей анализируемого и сравнительного газов величины газовых по токов в оризонтальных каналах 6 и 7 будут равны. При этом нагретые проходящим электрическим током нити 1.4 и 15 термоанемометров будут имет равные сопротивления и измерительный мост будет уравновешен.При возрастании плотности анёшизируемого газа ве газового столба в канале 4 также возрастает, что приводит к увеличени давления в его нижней точке. Вследствие этого величина потока сравнительного газа в канале 7 уменьшается, а в канапе б возрастает. Это пе рераспределение газовых потоков приводит к соответствукядим изменениям температур и сопротивлений нитей 14 и 15 термоанемометров и,следовательн к нарушению равновесия измерительного моста, что будет отмечено подклю ченным к нему регистратором. Если теперь включить электронагреватель 12 и подобрать необходимую величину тока его питания, то плотность анализируемого газа в измерительном канале 4, вследствие возрастания его температуры, уменьшится и станет равной плотности сравнительного газа в канале 3. Таким образом, начало шкалы плотномера будет смещено в новую точку, отличную от плотности сравнительного газа. При дальнейшем возрастании плотности анализируемого газа и неизменной температуре измерительньго блока 1 в газовой схеме будут иметь место процессы, аналогичные вышеописанным.. Подбор температуры нагреваемого газа позволяет сместить начало шкалы прибора в любую заданную точку шкалы плотностей, не ухудшая при этом его чувствительность и используя тот же самый сравнительный газ. При этом диапазон измеряемых плотностей расширяется в 2-5 раз. С другой стороны, использованиё нагревателя позволяет выбирать для ксикдого конкретного применения плотномера газа сравнительный газ с наиболее подходящими свойствами без снижения чувствительности прибора, поскольку в этом случае, путем подбора необходимбй температуры нагревателя, можно избежать попадания в нелинейную область его характеристики. Формула изобретения Плотномер газа, содержащий сравнительный( выходной и расположенный между ними измерительный вертикальные кангиты, соединенные сверху и снизу горизонтальными, каналами .с расположенными в них термоанемометрами, включенными в электрический измерительный мост, а также газовые вводы и вывод, присоединенные к серединам вертикальных каналов, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых плотностей, измерительный канал снабжен нагревателем, сравнительный канал снабжен устройством для отвода тепла, при этом площадь внутренней поверхности газового ввода измерительного канала лежит в пределах (27-5) 10 м, а размеры горизонтальных каналов, соединяющих сравнительный и измерительный каналы, выбраны в соответствии с формулой )ao, где L - длина горизонтальных (aнa налов (в отдельности),м, F - площадь поперечного сечения стенок канала, м, X - коэффициент теплопроводности материала каналов, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 4509.91, 1974. 2.Патент США № 3082619, кл. G 01 N 9/36, 1963 (прототип). ПоВсрнуто на 90 Анали руемьш вых( газ Сро ните/1г ныи газ