Устройство для определения влажности газа

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1644007 А1 (51)5 G 01 N 22 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ охо

Bxod газ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (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.

1$А. Trans, 1986. V. 25, № 3, р. 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 насытителя 8, блока 5 коммутации газовых потоков, каплеотделительного фильтра и дифманометра 10. 3 ил.

1644007

Ф вЂ” " " ° 10000 о

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 пневмогидравлическая 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 вд. 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 100Я-ro насыщения с помощью насытителя 8.

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

<8h.

Вычисляют относительную влажность газа по формуле

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 100Я-ному насыщению. Третий режим — измерение влажности исследуемого газа.

Во всех трех режимах сухой газ через регулятор 2 давления и теплообменник 4, расположенный в термостате 1, поступает в блок 5 коммутации газовых потоков, затем на вход опорного резонатора 11 проходного типа, в котором с помощью СВЧгенератора 24 возбуждаются СВЧ-колебания типа Haik. 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 опорным (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 давления 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 (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 Но .

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 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

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 Л/к, которая соответствует диэлектрической проницаемости (сухого газа) .

С выходного штуцера 33 сухой газ из резонатора 9 через блок 5 и ротаметр 16 выходит в атмосферу. Выравнивание давле1644007 ний 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, теплообменни к 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 испарений 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 100О -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 (Af оо,) соответ-. ствует диэлектрической проницаемости доведенного до 100О -ной влажности газа. Микропроцессор 27 работает в режиме памяти. 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 н 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 b f „соответствует диэлектрической проницаемости исследуемого газа В .

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

= —" .1ооу= —. ооу.

Ввв — E 0 ЦfB — ЦК 100 (— ек f |оо/ Мц

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 !6.

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 удерживаются на резонансных частотах с помощью блоков 21 и 22 автоматической подстройки частоты. Часть СВЧ-мощности из каждого канала ответвляется с помощью направленных ответвителей и подается на микроволновой смеситель 25, на его нагрузке вы20 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 выходе смесителя СВЧ 25 во всех трех режимах работы.

Формула изобретения

Устройство для определения влажности

3д газа, содержащее термостат, в котором размешены теплообменники, увлажнитель, опорный и измерительный резонаторы, газовый тракт ввода сухого газа и газовый тракт ввода исследуемого газа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, 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 тепло4О 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 опорно45 го резонатора ВТОрОн 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 с выходом опорного резонатора.

1644007

1644007

Составитель А. Михайлова

Редактор А. Козориз Техред А. Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 1235 Тираж 389 Поди исное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101