Способ дозирования паров жидкости и дозатор паров жидкости

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я): G 01 F 13/00

ГОСУДАР СТ В Е ННЫ 11 КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881607/10 (22) 11.11,91 (46) 07.11,92. Бюл. ¹ 41 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) А,Б.Бушуев, А,В,Смирнов и М.С.Чежин (56) Авторское свидетельство СССР № 662808, кл. G 01 F 13/00, 1977. (54) СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ ПАРОВ

ЖИДКОСТИ И ДОЗАТОР ПАРОВ ЖИДКОСТИ (57) Использование: в измерительной технике для приготовления газовых смесей разИзобретение относится к измерительной технике, может использоваться для приготовления газовых смесей различного состава, В качестве прототипа выбираем способ дозиравания 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 ¹ 662808, G 01 F 13/00, 1977).

Устройство для реализации этого способа (там же) содержит термастат с размещенными 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, чтосвязано

„„SU„„1774181 А1 личного состава. Сущность изобретения: осуществля ют бесконтактный оптический контроль за массовым расходом парообразующей жидкости в измеренном обьеме.

Гаэ-носитель, проходя через смесительную камеру, захватывает пары жидкости. В процессе дозиравания масса парообраэующей 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, 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 апти .эски 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 примник 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 под1774181 ключен 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 дпя взвешивания емкости с жидкостью, что обуславливает повышение производительности процесса дозирования и обеспечивает точную и надежную фиксацию моментов отмеривания заданных доз пара, 1Лзвестно использование свойства пористого оптически прозрачного элемента менять свой показатель преломления в зависимости пТ 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, 6 02 В 3/14, 1982), Не известно использование свойства оптически прозрачного пористого элемента изменять свой коэффициент преломления в зависимости от изменения количества сконденсировавшейся в его порах жидкости для контроля массового расхода парообразу ощей жидкости при дозировании ее паров с целью повышения точности, надежности и производительности этого процесса.

На фиг.1 показан вариант конструкции дозатора паров жидкости, рсалиэующего предлагаемый способ; на фиг,2 — схема праха>кдения 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 жидкость о, 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 началам работы пористое вещество 5 в емкости 4 насыщают парообразующей жидкостью, закрывают клапан 6 и включают термастат 1. После выхода на заданный ре>ким термостатирования открывают клапан 6 и пары жидкости по капилляру

3 начинают поступать в смеситепьную камеру 2. Газ-носитель, проходя через смесительную камеру 2, захватывает пары жидкости, В процессе дозирования масса

50 пароабразующей жидкости, содержащейся в пористом веществе 5, уменьшается, что приводит к изменению показателя преломления системы пористое вещество 5 — >кидкость, 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 преобразуется 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 веьцество 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 натрийбор-силикатной основы с образованием матрицы с суммарным объемом пор около

25-30% (а.с. СССР ¹ 1111124, кл, 6 02 В 3/14, 1982). Коэффициент преломления пустой матрицы (без жидкости) n<=1,35, а полностью заполненной, например бензолом, п =1,48, 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 влия.от на угол р ооттккллооннеенниия я ллууччаа, который определяется простым выражением

Р— f1+ r4 а; где i — угол падения луча на призму; г4 — угол преломления выходящего из призмы луча;

О, угол при вершине призмы.

Угол r4можноопределитьиз выражения

sin г4 = sin а. n — sin i,- cos а sin i>,, 2 где n — текущее значение показателя преломления пористого вещества 5.

При малых изменениях показателя преломления Лп = n-n можно упростить это

7774781 соотношение, ограничившись линейным членом разложения в ряд Тейлора

sin г7 = sin 17 + К Л и по з л 0;

К у и> — sin 17

Таким образом можно записать

p = i; — а + are sin (sin i 7 + К A и )

Смещение луча по поверхности приемника 8 излучения, находящегося на расстоянии а от емкости 4 определяется по формуле Л! = tg Ap, где

Ь rp = p — po = агс sin (э! и i 7 + К A n ) — Ц, 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 светодиод с фокусирующей системой либо полупроводниковый лазер, а в качестве приемника 8 излучения — ПЗС линейку, например типа ФПЗС 1 Л.

Схема 9 считывания сигнала с приемника 8 излучения выбирается в зависимости от типа приемника 8. В качестве индикатора 10 может использоваться какой-либо стрелочный или цифровой злектроиэмерительный прибор, согласованный со схемой 9, Обьем 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 качестве приемника 8 излучения нужно будет использовать датчик фокусировки.

Таким образом, применение бесконтактного оптического метода контроля эа массовым расходом парообразующей жидкости придозировании паров позволяет упростить процесс работы с реализующими

5 этот способ дозаторами, повысить их производительность, обеспечив при этом точное и надежное отмеривание заданных доз, а также позволяет осуществить полную автоматизацию процесса доэирования.

10 Формула изобретения

1. Способ дозирования паров жидкости, при котором осуществляют насыщение пористого вещества измеренной массой парообразующей жидкости, испарение ее в

15 измеренный объем рабочей среды, измерение остатка парообразующей жидкости и обработку результатов измерений, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве пористого вещества ис20 пользуют оптически прозрачный материал, а массу парообразующей жидкости до и после испарения определяют посредством измерения значений показателя преломления оптически прозрачного материала.

25 2. Дозатор паров жидкости, содержащий термостат, размещенные в нем смесительную камеру, соединенную через капилляр с испарителем, заполненным пористым веществом, причем капилляр со сто30 роны смесительной камеры выполнен с запорным устройством, отличающийся тем, что, с целью пов.лшения точности, в него введены источник и приемник оптического излучения., схема считывания сигнала и ин85 дикатор, испаритель выполнен в виде оптического элемента, пористое вещество выполнено оптически прозрачным, а испаритель оптически сопряжен с одной стороны с источникам оптического излучения, а с

40 другой стороны — с приемником оптического излучения, который подключен через схему считывания к индикатору, 1774181 б\

/ d, б, \, /

Составитель Т. Иванова

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н, Бучок

Заказ 3920 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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