Гигрометр

 

Предлагаемый гигрометр относится к технике измерения влажности газов и может быть использован для измерений низких значений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях. Гигрометр содержит корпус, входную и выходную газовые магистрали, дроссельное устройство, детектор точки росы и конденсационное зеркало. В канале подвода дросселируемого газа к дроссельному устройству расположен нагревательный элемент. Дроссельное устройство снабжено датчиком температуры, с помощью которого возможно поддержание заданного перепада температур между дроссельным газом и конденсационным зеркалом. В результате повышается точность определения температуры, при которой начинается конденсация паров. Основание конденсационного зеркала выполнено циклоидообразной формы. Это позволяет избежать эффект торможения дросселируемого газа и повысить скорость охлаждения зеркала. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - измерение низких значений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях.

Известен гигрометр, содержащий входную и выходную газовые магистрали, конденсационное зеркало, детектор точки росы и охладитель с нагревателем (см., например, [1], c. 138).

Его недостаток заключается в том, что используемый в гигрометре охладитель с нагревателем, представляющий собой термобатарею, не позволяет охлаждать конденсационное зеркало до низких температур, например до минус 90^oC, предусмотренных в [2]. При этом в случае измерений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях охлаждающая способность термобатареи существенно снижается.

Известен гигрометр, содержащий входную и выходную газовые магистрали, конденсационное зеркало, детектор точки росы, охлаждающее устройство и нагреватель (см., например, [1], с. 165).

Недостаток этого гигрометра заключается в том, что в качестве охладителя конденсационного зеркала используется охлаждающая смесь, не позволяющая получать достаточно низкие отрицательные температуры. Кроме того, данный гигрометр не позволяет измерять точку росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях.

Известен гигрометр, содержащий входную и выходную газовые магистрали, конденсационное зеркало, детектор точки росы, дроссельное устройство и нагреватель (см., например, [3]), принятый за прототип. В этом гигрометре конденсационное зеркало охлаждается с помощью дроссельного устройства, а его нагрев производится путем нагревания газа электрической спиралью, установленной на выходе из дроссельного устройства. Данный гигрометр позволяет производить измерения точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях. При этом с помощью дроссельного устройства возможно охлаждение конденсационного зеркала до необходимых отрицательных температур.

Его недостаток заключается в том, что электрическая спираль нагревателя размещена в канавках корпуса нагревателя, установленного в полости основания конденсационного зеркала, и поэтому контактирует с газом в сравнительно узком слое. Кроме того, нагреватель расположен за дроссельным устройством, то есть в зоне пониженного давления, а дросселируемый газ обтекает не всю поверхность основания конденсационного зеркала. Вследствие этого существенно ухудшается точность регулирования (поддержания) температуры конденсационного зеркала и соответственно увеличивается погрешность измерений точки росы сжатых газов.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений точки росы газов.

Указанный результат достигается тем, что в гигрометре, содержащем корпус, входную и выходную газовые магистрали, конденсационное зеркало, детектор точки росы, дроссельное устройство и нагреватель, нагревательный элемент расположен в канале подвода дросселируемого газа к дроссельному устройству, при этом конденсационное зеркало выполнено циклоидообразной формы, а дроссельное устройство снабжено датчиком температуры.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре нагревательный элемент расположен перед дроссельным устройством и установлен в канале, например, в виде трубопровода, по которому подводится дросселируемый газ. В результате этого существенно улучшается теплообмен между дросселируемым газом и нагревательным элементом, что обеспечивает повышение эффективности работы нагревательного элемента и соответственно точности регулирования и поддержания требуемой температуры конденсационного зеркала. При этом конденсационное зеркало выполнено циклоидообразной формы, что позволяет уменьшить его габариты и избежать эффект торможения дросселируемого газа, снижающий скорость охлаждения конденсационного зеркала. Кроме того, дроссельное устройство снабжено датчиком температуры, с помощью которого возможно поддержание заданного перепада температур между дросселируемым газом и конденсационным зеркалом, в результате чего достигается повышение точности в определении температуры, при которой начинается конденсация водяных паров.

Вариант практической реализации изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показан гигрометр в разрезе.

Гигрометр включает измерительную камеру 1, источник света 2, конденсор 3, защитное стекло 4, смотровое стекло 5, линзу 6, защитное стекло 7, фотоприемник 8, основание конденсационного зеркала 9, конденсационное зеркало 10, датчик температуры 11, втулку 12, теплоизоляцию 13, корпус дроссельного устройства 14, дроссель 15, каналы 16, коллектор 17, нагреватель 18, нагревательный элемент 19, крышку 20, входную магистраль анализируемого газа 21, клапан 22, выходную магистраль анализируемого газа 23, манометр 24, клапан 25, ротаметр 26, магистраль дросселируемого газа 27, клапан 28, манометр 29, отводящую магистраль 30 и датчик температуры 31.

Источник света 2, конденсор 3 и фотоприемник 8 представляют собой детектор точки росы. Конденсационное зеркало 10 выполнено в виде круглой пластины и соединено, например, путем пайки с основанием конденсационного зеркала 9 циклоидообразной формы, теплоизолированным от втулки 12 и корпуса дроссельного устройства 14. Дроссельное устройство 15, представляющее собой шайбу с дроссельным отверстием, закреплено в полом корпусе дроссельного устройства 14, в котором выполнены каналы 16 и коллектор 17 для выхода дросселируемого газа. В корпусе дроссельного устройства 14 установлен нагреватель 18 цилиндрической формы, например керамический, с винтообразными каналами, в которых размещен нагревательный элемент 19, например, в виде электрической спирали. Винтообразные каналы нагревателя 18 одновременно являются каналами дросселируемого газа. Нагреватель 18 электрически изолирован от корпуса дроссельного устройства 14. Магистраль дросселируемого газа 27 подведена к винтообразным каналам нагревателя 18 через отверстие и полость в крышке 20. Коллектор 17 соединен с отводящей магистралью 30. На выходе дросселя 15 установлен датчик температуры 31, выходы которого заведены в электронный блок управления (не показан) для задания требуемого перепада температур между дросселируемым газом и конденсационным зеркалом 10.

Гигрометр работает следующим образом. Вначале открывают клапаны 22, 25 и пропускают анализируемый газ через измерительную камеру 1 над поверхностью конденсационного зеркала 10. Анализируемый газ через клапан 22 и входную магистраль анализируемого газа 21 поступает в измерительную камеру 1, обтекает конденсационное зеркало 10 и через выходную магистраль анализируемого газа 23, клапан 25 и ротаметр 26 сбрасывается в атмосферу. Необходимое давление анализируемого газа в измерительной камере 1 и его расход устанавливают с помощью клапанов 22, 25. Контроль осуществляют соответственно по манометру 24 и ротаметру 26. Затем включают детектор точки росы. Световые лучи от источника света 2 через конденсор 3, защитное стекло 4 направляются на конденсационное зеркало 10 и, отражаясь, через защитное стекло 7 попадают на фотоприемник 8 с максимальным значением сигнала. Одновременно с этим открывают клапан 28 и подают дросселируемый газ к дросселю 15. Дросселируемый газ через клапан 28, магистраль дросселируемого газа 27, отверстие и полость в крышке 20 подводится к винтообразным каналам нагревателя 18, в которых размещен нагревательный элемент 19. Обтекая нагревательный элемент 19, дросселируемый газ поступает в дроссель 15 и, дросселируясь, понижает свою температуру и соответственно температуру основания конденсационного зеркала 9 и конденсационного зеркала 10. При этом охлажденный газ омывает циклоидообразное основание конденсационного зеркала 9 практически без торможения. Далее охлажденный газ по каналам 16 поступает в коллектор 17 и по отводящей магистрали 30 направляется для подохлаждения дросселируемого газа. Контроль давления в магистрали дросселируемого газа 27 производится по манометру 29. С помощью датчиков температуры 11, 31 на электронном блоке управления (не показан) устанавливают необходимый перепад температур между конденсационным зеркалом 10 и дросселируемым газом для уменьшения погрешности в измерении температуры конденсационного зеркала 10. Повышение точности регулирования и поддержания температуры конденсационного зеркала 10 на требуемом температурном уровне обеспечивается за счет расположения нагревательного элемента 19 в зоне высокого давления перед дросселем 15 и улучшения теплообмена между ним и дросселируемым газом.

Визуальное наблюдение за состоянием конденсационного зеркала 10 производится через линзу 6 и смотровое стекло 5.

При образовании росы на конденсационном зеркале 10 световой сигнал, поступающий на фотоприемник 8, резко уменьшается. Температура конденсационного зеркала 10, измеренная в этот момент, принимается за точку росы анализируемого газа при давлении, установленном в измерительной камере 1. Для нагревания конденсационного зеркала (для испарения росы) снижают давление в магистрали дросселируемого газа 27 и включают нагревательный элемент 19.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого гигрометра, определить на данной стадии разработки не представляется возможным.

Использованные источники 1. Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике. Т. 1. Принципы и методы измерения влажности в газах. Материалы международного симпозиума по влагометрии. Вашингтон, 1963. Л.: Гидрометеоиздат, 1967, 568 с.

2. ГОСТ Р 5055-93. Классы чистоты газов.

3. Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1987, 52 с.

Формула изобретения

Гигрометр, содержащий корпус, входную и выходную газовые магистрали, конденсационное зеркало, детектор точки росы, дроссельное устройство и нагреватель, отличающийся тем, что нагревательный элемент расположен в канале подвода дросселирующего газа к дроссельному устройству, при этом основание конденсационного зеркала выполнено циклоидообразной формы, а дроссельное устройство снабжено датчиком температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1