Гигрометр точки росы

 

Гигрометр предназначен для измерения низких значений точки росы при высоких давлениях. Гигрометр включает измерительную камеру, источник света, фотоприемник, охладитель и датчик температуры. В измерительной камере выполнены симметрично расположенные цилиндрические каналы. Поверхности каналов являются конденсационными зеркалами. Оси каналов являются образующими поверхностей двухполостного гиперболоида. Перед фотоприемником установлен собирательный экран. Гигрометр позволяет измерять точку росы при уменьшенном количестве анализируемого газа. 2 ил.

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

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрической поверхности, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры [1]. Недостаток этого гигрометра заключается в том, что при его работе световые лучи попадают только на узкий участок измерительного зеркала. При этом при низких значениях точки росы газа граница между образовавшейся конденсированной фазой водяных паров и "чистой" поверхностью конденсаторного зеркала оказывается как бы "размытой", что приводит к увеличению погрешности в измерениях точки росы. Кроме того, конcтрукция данного гигрометра сравнительно сложна, а большая масса анализируемого газа не участвует в процессе конденсации, протекающем практически в пограничном слое, что приводит к увеличению его расхода.

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрического канала, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры [2]. В данном гигрометре также имеются участки конденсационного зеркала, на которые не попадают световые лучи. При этом, как и в гигрометре, рассмотренном выше, большая масса анализируемого газа не участвует в процессе конденсации.

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрического канала, охладитель, источник света, фотоприменик и датчик температуры, принятый за прототип [3]. В этом гигрометре световые лучи практически попадают на всю поверхности конденсационного зеркала. Однако, как и в гигрометрах, рассмотренных выше, большая масса анализируемого газа не участвует в процессе конденсации. При этом конструкция данного гигрометра сравнительно сложна. Эти факторы являются его существенным недостатком.

Результатом изобретения является упрощение конструкции гигрометра и уменьшение количества анализируемого газа, требуемого для измерения его точки росы.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом гигрометре, содержащем измерительную камеру с конденсационным зеркалом в виде цилиндрического канала, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры, измерительная камера выполнена в виде нескольких симметрично расположенных каналов, являющихся конденсационными зеркалами, с осями в виде образующих поверхностей двухполосного гиперболоида, при этом измерительная камера снабжена собирательным экраном, установленным перед фотоприемником.

Сущность изобретения и его отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре измерительная камера выполнена в виде нескольких симметрично расположенных каналов, каждый из которых является измерительным зеркалом. При этом оси каналов являются образующими двухполосного гиперболоида (скрещивающимися прямыми), а измерительная камера снабжена собирательным экраном, установленным перед фотоприемником, с помощью которого все световые лучи направляются в фотоприемник.

В результате этого достигается положительный эффект, заключающийся в следующем. Лучи от источника света, отражаясь, попадает на все участки измерительных зеркал, при этом прямое попадание световых лучей на фотоприемник исключено. По сравнению с прототипом каналы (измерительное зеркало) могут быть выполнены с существенно меньшим диаметром, вследствие чего большая часть массы анализируемого газа будет участвовать в процессе конденсации водяных паров, что позволяет существенно уменьшить его расход. Кроме того, предлагаемый гигрометр точки росы сравнительно прост по конструкции.

Вариант практической реализации предлагаемого гигрометра точки росы приведен на фиг. 1 и 2, на которых соответственно изображены гигрометр в разрезе и его сечение по А-А.

Гигрометр точки росы включает измерительную камеру 1 с симметрично расположенными каналами 2, корпус 3, источник света 4, защитное стекло 5, корпус 6, фотоприемник 7, собирательный экран 8, защитное стекло 9, охладитель 10, датчик температуры 11 и уплотнения 12 и 13.

Измерительная камера 1 изготавливается из металла с полированными поверхностями каналов 2, в качестве источника света 4 может быть выбран источник инфракрасного излучения, собирательный экран 8 представляет собой металлический конус с полированной внутренней поверхностью, в отверстии которого установлен фотоприемник 7 (например, фотодиод), охладитель 10 представляет собой, например, термобатарею, а датчик температуры 11 - термистор.

Гигрометр точки росы работает следующим образом.

Анализируемый газ высокого давления через отверстие в корпусе 3 поступает в полость между торцевой поверхностью измерительной камеры 1 и защитным стеклом 5 и в каналы 2. Далее анализируемый газ поступает в полость между торцевой поверхностью измерительной камеры 1 и защитным стеклом 9 и через отверстие в корпусе 6 сбрасывается в атмосферу. Одновременно включаются охладитель 10, источник света 4 и датчик температуры 11 (например, термистор). Так как входные и выходные отверстия каналов 2 смещены относительно друг друга на величину не менее их диаметра (см. фиг. 2), световые лучи проходят через каналы 2, многократно отражаясь от их поверхностей, попадая на все поверхности конденсационного зеркала 2. Это позволяет существенно снизить погрешность измерений. Кроме того, применен инфракрасный источник света, лучи которого интенсивно поглощаются конденсированной фазой водяных паров, что также снижает погрешность измерений. При отсутствии конденсированной фазы на внутренних поверхностях каналов 2 сигнал на фотоприемнике 7 будет максимальным. При образовании конденсированной фазы интенсивность световых лучей, попадающих на фотоприемник 7, резко уменьшается за счет поглощения света водяными парами и конденсированной фазой. Определенная в этот момент температура измерительной камеры 1 датчиком температуры 11 принимается за точку росы.

Таким образом, предлагаемый гигрометр точки росы по сравнению с прототипом позволяет упростить конструкцию гигрометра, уменьшить количество анализируемого газа, а также существенно снизить погрешность измерений точки росы газа.

Источники 1. А.с. СССР N 773483, G 01 N 25/66, 1980.

2. А.с. СССР N 488126, G 01 N 25/66, 1975.

3. А.с. СССР N 1784893, G 01 N 25/66 1992.

Формула изобретения

Гигрометр точки росы, содержащий измерительную камеру с конденсационным зеркалом, охладитель, источник света, фотоприемник и датчик температуры, отличающийся тем, что измерительная камера выполнена в виде нескольких симметрично расположенных цилиндрических каналов, являющихся конденсационными зеркалами, причем оси каналов являются образующими поверхностей двухполостного гиперболоида, а измерительная камера снабжена собирательным экраном, установленным перед фотоприемником.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2