Способ измерения влажности газа

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2421713:

Каплан Борис Юхимович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах технологического контроля влажности газов, особенно в производствах, в которых затруднен или невозможен доступ к датчикам влажности, например, в мощных турбогенераторах или ядерно-энергетических установках. Способ измерения влажности газа включает операцию преобразования измеряемой величины в параметр электрического сигнала, передаваемого по измерительному каналу и периодической коррекции градуировочной характеристики гигрометра. При этом газ, чья влажность измеряется, охлаждают изобарически до температуры ниже точки росы, определяемой по результатам предшествующих измерений. Затем полученный газ с точно известной влажностью используется для корректировки градуировочной характеристики гигрометра. Причем после охлаждения газа до температуры ниже точки росы и перед его подачей на датчик гигрометра температуру газа повышают до первоначального значения. Также после изобарического охлаждения газа, выполнения измерений влажности газ продолжают охлаждать до получения второго значения влажности при точно известной температуре газа, и коррекцию градуировочной характеристики гигрометра проводят по двум полученным значениям измерений влажности.

Технический результат изобретения является автоматизация корректировки градуировочной характеристики гигрометра в процессе измерений и обеспечение долговременной стабильности погрешности измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах технологического контроля влажности газов, особенно в производствах, в которых затруднен или невозможен доступ к датчикам влажности, например, в мощных турбогенераторах или ядерно-энергетических установках.

Основным требованием к гигрометрам, используемым в системах диагностики влажности газа в объеме мощных турбогенераторов или диагностики течей теплоносителя в контурах реакторных установок атомных электростанций, является долговременная стабильность их метрологических характеристик.

Известно несколько способов достижения долговременной стабильности характеристик гигрометров. Согласно одному из них по патентам РФ №№2184369 [1], 2369863 [2] периодически вместо емкостного сенсора влажности подключается образцовый конденсатор, а вместо терморезистора - образцовое сопротивление. По результатам измерений параметров образцовых элементов вводятся поправки в градуировочную характеристику гигрометра. Подобный способ решает задачу повышения долговременной стабильности погрешности гигрометров в незначительной степени, поскольку калибровке подвергается только часть измерительного канала, связанная с преобразованием электрического измерительного сигнала. А подобные преобразователи (измерительные трансформаторы, усилители, АЦП) весьма стабильны. Главный источник нестабильности - датчик влажности - не подвергается калибровке, и погрешность измерений нарастает во времени.

По патенту РФ №2268509 [3] предложено, в дополнение к измерениям влажности в воздуховодах вытяжной вентиляции помещений атомной реакторной установки, измерять влажность воздуха дополнительным эталонным каналом. Согласно изобретению «датчики измерительных каналов контролируемых помещений соединены с компьютерным средством сигнализации, срабатывающим при соответствующей разнице показаний любого из измерительных каналов с эталонным» [3, стр.4]. Допустить, что погрешность результатов измерений по рассматриваемому способу содержит погрешность, равную или меньше погрешности одного канала измерений, можно только в том случае, если:

- систематические составляющие основной погрешности всех каналов равны по величине и одинаковы по знаку;

- случайные составляющие основной погрешности коррелированы с коэффициентом корреляции, близким к 1;

- погрешности от функций влияния одинаковы;

- временной дрейф погрешностей всех каналов одинаков.

Поскольку нет никаких предпосылок для выполнения приведенных требований, то нет оснований предполагать, что погрешность разности показаний двух каналов гигрометра будет меньше суммарной композиции их индивидуальных погрешностей. Таким образом, сформулированная цель повышения долговременной стабильности показаний не достигается.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения влажности газов, изложенный в описании сорбционно-частотного гигрометра «Волна-5» [4]. Согласно описанию [4, раздел 14] гигрометр должен не реже одного раза в 1,5 месяца подвергаться юстировке. Если температура газа в процессе эксплуатации прибора отлична от (20±5)°С, то «периодичность юстировки должна определяться потребителем». Процедура юстировки, согласно описанию, заключается в следующем.

- Датчик гигрометра отключают от точки отбора газа и подключают к образцовому генератору влажного газа «Родник-2».

- На образцовом генераторе устанавливают при температуре газа (20±2)°С последовательно относительную влажность 35% и 85%; полученные значения измерений при указанных влажностях служат исходными данными для коррекции градуировочной характеристики гигрометра.

- В случае отсутствия образцового генератора «Родник-2» к датчику гигрометра последовательно подсоединяют входящие в комплект поставки гигрометра юстировочные стаканы с относительными влажностями соответственно 33% и 85% при температуре (20±2)°С; процесс коррекции градуировочной характеристики выполняется аналогично предыдущему случаю.

Недостатками рассмотренного способа измерения и коррекции градуировочной характеристики является необходимость периодического демонтажа датчика гигрометра с объекта, в котором измеряется влажность газа; отсутствие учета свойств реальной измеряемой среды (давления газа, величины его расхода, реальной его температуры и т.д.); необходимость создания нормированного температурного режима выполнения процедур юстировки, а именно (20±2)°С.

Технической задачей, решаемой изобретением, является автоматизация корректировки градуировочной характеристики гигрометра в процессе измерений и обеспечение долговременной стабильности погрешности измерений.

Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения влажности газа, включающем операции преобразования измеряемой величины в параметр электрического сигнала, передаваемого по измерительному каналу и периодической коррекции градуировочной характеристики гигрометра, дополнительно газ, чья влажность измеряется, охлаждается изобарически до температуры ниже точки росы, определяемой по результатам предшествующих измерений, и полученный газ с точно известной влажностью используется для корректировки градуировочной характеристики гигрометра.

На чертеже приведен пример реализации способа.

Подлежащий измерению газ подается на холодильник, содержащий теплообменник 1, охлаждающий элемент (например, элемент Пельтье) 2 и термометр (например, термометр сопротивления) 3. Выход холодильника присоединен через трубку к измерительной камере 4, в которой расположены датчики влажности и температуры. Датчики соединены с платой 5, содержащей промежуточные измерительные преобразователи (резистивные и емкостные мосты, усилители, фильтры, детекторы, АЦП). Выходы платы преобразователей 5 соединены с вычислителем 6, сигналы которого подаются на терморегулятор 7 и представляются потребителю измерительной информации в виде чисел на дисплее или электрических сигналов (цифровых, токовых и т.д.); устройства представления информации на чертеже условно не показаны. К терморегулятору 7 подключены также термометр 3 и охлаждающий элемент 2.

В режиме измерений влажный газ поступает через теплообменник 1 в камеру 4, в которой влажность и температура газа преобразуется датчиками в соответствующие параметры электрического сигнала. Холодильник не оказывает на проходящий газ никакого влияния - сохраняются его температура, давление, значение расхода. Поэтому датчики, преобразователи и вычислитель работают в режиме гигрометра и отображают на выходе вычислителя результаты измерений влажности и (при необходимости) температуры газа.

Периодически через запрограммированные в вычислителе интервалы времени включается режим коррекции градуировочной характеристики. В этом режиме вычислитель по последним измеренным результатам относительной влажности вычисляет температуру точки росы пара в газе.

Для пояснения выполняемых операций рассмотрим работу прибора в режиме коррекции на примере. Последние измерения параметров газа дали значения: температура газа t=20°С, относительная влажность φ=30%. Вычислитель по формуле Магнуса, уравнению Всемирной метеорологической организации или гигрометрическим таблицам [5, стр.10-19] переводит относительную влажность пара в температуру точки росы. Для рассматриваемого примера точка росы τ=2°С. Полученный результат отличается от действительного значения влажности на величину погрешности измерений. Если гигрометр имеет характеристики прототипа (гигрометра «Волна-5»), то предел основной погрешности равен 2,5% и предел вариации показаний также 2,5%. В предельном случае максимальной погрешности можно утверждать, что действительное значение относительной влажности лежит в интервале от 25% до 35%.

Вычислитель 5 подает на терморегулятор управляющий сигнал: установить влажность, соответствующую нижней границе результата измерений, т.е. установить температуру холодильника, соответствующую температуре точке росы при 25% относительной влажности или, с некоторым запасом, при 24%. Точка росы при 24% относительной влажности согласно гигрометрическим таблицам равна минус 1°С.

Терморегулятор 7 подает ток на охлаждающий элемент 2 до тех пор, пока термометр 3 не установит, что температура газа понизилась с 20°С до минус 1°С. Избыток пара в теплообменнике по мере понижения температуры газа конденсируется в жидкую воду и номинальная влажность газа на выходе из холодильника (погрешность работы терморегулятора обычно не более 0,2%) будет равна минус 1°С по точке росы.

Терморегулятор 7 выдает сигнал в вычислитель 5 о достижении заданной температуры газа и начале измерений в режиме коррекции. Производится измерение точно известного значения влажности газа (в данном примере - относительная влажность равна 24%). Полученный результат измерений служит для выработки корректирующей поправки градуировочной характеристики гигрометра. Например, в результате измерения получено значение влажности 25,5%. Поправка, суммируемая с последующими результатами измерений, равна, следовательно, Δφ=-1,5%.

После определения величины поправки вычислитель подает команду на выключение холодильника (или его ускоренный прогрев для испарения капельной влаги, образовавшейся в теплообменнике), и после переходного процесса восстановления первоначальной температуры газа гигрометр переходит в режим измерений до следующего цикла корректировки.

Для ускорения переходного процесса возврата в режим измерения можно подавать газ на гигрометр через две магистрали: основную и байпасную, в которой устанавливают холодильник. В этом случае в режиме измерений газ будет поступать непосредственно на гигрометр по основной магистрали. Подача газа через байпас предотвращается запирающим клапаном. В режиме корректировки подача газа по основной магистрали прекращается (запирается клапан основной магистрали), и охлажденный газ поступает по байпасной линии. После корректировки клапан байпасной магистрали запирается, основной открывается, и сразу же восстанавливается штатный режим измерений.

Погрешность измерений можно дополнительно снизить, если газ с образцовым значением влажности во время корректирующих измерений прогреть после холодильника до равновесной температуры газа в измерительной камере 4 гигрометра. В этом случае корректирующий сигнал получается не только на рабочем газе при рабочих давлениях, но и при его рабочей температуре. Каких-либо доработок прибора указанное условие не требует, достаточно сделать трубку между выходом холодильника и входом измерительной камеры достаточной длины для прогрева газа при протекании по ней.

Корректировка градуировочной характеристики гигрометра может быть выполнена с еще большей точностью, если скорость изменения влажности газа низка, как это имеет место в мощных турбогенераторах или реакторных зонах атомных электростанций - десятки минут или часы. В этом случае после получения корректирующего значения влажности φ1 его заносят в память вычислителя и подают вторую команду на терморегулятор о понижении температуры до более низкого значения (еще на 2-3 градуса). При этом получают газ со вторым точно известным значением температуры точки росы, измерение влажности которого дает второе точное значение относительной влажности φ2. По двум полученным значениям относительной влажности вычисляется не просто поправка к градуировочной характеристике, но и ее реальный тангенс угла наклона; по сути - в области нахождения текущей влажности газа строится точная локальная градуировочная характеристика.

Введение в способ измерения влажности газа, включающий операции преобразования измеряемой величины в параметр электрического сигнала, передаваемого по измерительному каналу и периодической коррекции градуировочной характеристики гигрометра, дополнительных операций изобарического охлаждения газа до температуры ниже точки росы, определяемой по результатам предшествующих измерений, и использования полученного газа с точно известной влажностью для корректировки градуировочной характеристики гигрометра, позволяет корректировать градуировочную характеристику гигрометра без демонтажа прибора, используя рабочий газ с его реальными характеристиками (давлением, расходом, температурой). Указанные обстоятельства резко повышают долговременную стабильность метрологических характеристик гигрометров и точность измерений влажности газов, а кроме того, упрощают эксплуатацию гигрометров.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту РФ №2184369, кл. G01N 25/56, Устройство для измерения влажности воздуха.

2. Описание изобретения к патенту РФ №2369863, кл. G01N 25/56, Устройство для измерения влажности воздуха.

3. Описание изобретения к патенту РФ №2268509, кл. G21C 17/07, Система регистрации течей теплоносителя 1-го контура реакторных установок атомных электростанций (СРТ).

4. Гигрометр Волна-5. Паспорт 5К1.550.102 ПС.

5. Бегунов А.А. Теоретические основы и технические средства пирометрии. - М.: Стандарты, 1988, с.176.

1. Способ измерения влажности газа, включающий операции преобразования измеряемой величины в параметр электрического сигнала, передаваемого по измерительному каналу и периодической коррекции градуировочной характеристики гигрометра, отличающийся тем, что газ, чья влажность измеряется, охлаждается изобарически до температуры ниже точки росы, определяемой по результатам предшествующих измерений, и полученный газ с точно известной влажностью используется для корректировки градуировочной характеристики гигрометра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения газа до температуры ниже точки росы и перед его подачей на датчик гигрометра температуру газа повышают до первоначального значения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после изобарического охлаждения газа по п.1 и выполнения измерений влажности газ продолжают охлаждать до получения второго значения влажности при точно известной температуре газа и коррекцию градуировочной характеристики гигрометра проводят по двум полученным значениям измерений влажности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля качества подготовки природного и попутного газов к транспорту в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано на топливно-энергетических, химических и др.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологическому контролю мощных генераторов, и может быть использовано на электростанциях для защиты от увлажнения изоляции электрических цепей генераторов.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к устройствам для испытания строительных материалов и может быть использовано при определении влагостойкости теплоизоляционных материалов волокнистой структуры, в частности изделий из минеральной ваты.

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. .

Изобретение относится к аналитической химии пищевых продуктов и может быть использовано для определения влажности бульонных кубиков, сухих бульонов и суповых основ с применением статического «электронного носа».

Изобретение относится к методам исследования процесса сушки в пищевой и других отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к области определения содержания влаги во влагосодержащем органическом материале, в частности в древесине. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и используется на реакторных установках с водо-водяными и водографитовыми реакторами, в особенности при разгерметизации 1-го контура.

Изобретение относится к способу определения количества наносимой жидкости при выполнении процессов кожевенного и мехового производства намазными способами Способ характеризуется тем, что количество жидкости, которое может поглотить кожевая ткань, определяют по влагосодержанию в момент усадки образцов при сваривании в процентах

Изобретение относится к устройствам для измерения содержания капельной жидкости в потоке природного и попутного газа диапазона применения устройства по давлению в газопроводе

Изобретение относится к средствам измерения обводненности жидких нефтепродуктов и может быть использовано для определения доли воды в нефтепродуктах при их переработке и/или сжигании и/или приготовлении водно-топливных эмульсий (ВТЭ)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной влажности воздуха от 0 до 100% в интервале температур (- 20÷50)°С

Изобретение относится к области измерения влагосодержания воздуха (газов), в частности может быть использовано для поверки гигрометров без демонтажа с места установки. Способ определения влагосодержания заключается в том, что измерительный сосуд известного объема заполняют сухим воздухом и взвешивают. Затем измерительный сосуд заполняют исследуемым воздухом и взвешивают, фиксируют значение температуры и давления исследуемого воздуха и, используя измеренные значения. Далее определяют влагосодержание d исследуемого воздуха по формуле: , г/кг сух., где m1 - масса измерительного сосуда с сухим воздухом, г; m2 - масса измерительного сосуда с исследуемым воздухом, г; V - внутренний объем измерительного сосуда, литр; Рив - атмосферное давление исследуемого воздуха, мм рт.ст.; Тив - температура исследуемого воздуха, °С; gn - удельный вес пара, г/литр (gn=0,803 г/литр); gc - удельный вес сухого воздуха, г/литр (gc=1,2928 г/литр); Р0 - нормальное давление, мм рт.ст.(Р0=760 мм рт.ст.); Т0 - нормальная температура °С(T0=273°С). Техническим результатом является снижение эксплуатационных и временных затрат, повышение точности и надежности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения влагосодержания газов. Способ заключается в том, что газ подвергают сжатию в замкнутой измерительной камере, в которой установлено равноплечевое коромысло, снабженное измерительным поплавком и противовесом, до давления, при котором плотность газа становится равной плотности измерительного поплавка, что определяют по всплытию поплавка и горизонтальному положению коромысла, фиксируют значения температуры и давления в замкнутой измерительной камере в момент всплытия поплавка и используя измеренные значения, определяют значение влагосодержания исследуемого газа по следующим соотношениям: где ρпара - плотность водяного пара, ρпара=0,803 г/литр ρсух - плотность сухого воздуха, ρсух=1,293 г/литр где Vпопл - объем поплавка (в литрах), mпопл - вес поплавка с учетом противовеса (в граммах), T0=273°C, tлаб - температура исследуемого воздуха, °C, P0 - нормальное атмосферное давление, P0=760 мм рт.ст., Pлаб - давление в лаборатории, мм рт.ст., ΔPизб - величина избыточного давления ΔPизб=(Pкамера-Pлаб), мм рт.ст. Pкамера - давление в измерительной камере в момент всплытия поплавка, мм рт.ст. Техническим результатом является снижение эксплуатационных затрат и повышение безопасности измерений.

Устройство автоматизированного управления многоопорной дождевальной машиной фронтального действия для точного полива включает установленные на тележках с электроприводом трубопроводы правого и левого крыльев машины, блок синхронизации движения по курсу с направляющим тросом и блок управления скоростью движения машины. Вдоль оросительного канала установлена на стойках контактная сеть, взаимодействующая с токосъемником, который через телескопический механизм закреплен на тележке, движущейся по противоположной стороне оросительного канала. Выход токосъемника соединен с входом щита управления, выход которого соединен с входом счетчика электрической энергии, выходы которого соединены с входами микропроцессорного блока управления и частотного преобразователя. Входы микропроцессорного блока управления соединены с таймером, системой стабилизации курса, системой синхронизации тележек в линию, датчиками пути, задатчиком нормы полива, задатчиком длины участка полива, расходомером и манометром, установленным на трубопроводе, а выходы микропроцессорного блока управления соединены с электрогидрозадвижкой, частотным преобразователем, контактором, приборами синхронизации тележек в линию и приборами стабилизации курса левого и правого крыла, через вакуум-насос с входом насоса, выход которого через электрогидрозадвижку и расходомер соединен с трубопроводом. Микропроцессорный блок управления соединен с входом-выходом интерфейсного устройства. Сигнал с выхода частотного преобразователя подается на электропривод левого и правого крыла машины, а выход контактора соединен через электродвигатель с входом насоса. Сигнал, полученный с измерителей влажности, установленных на орошаемом участке поля, поступает на систему управления поливом через GLONASS-спутник, сигнал с системы управления поливом через GLONASS-спутник передается на вход-выход GLONASS-приемника, выход которого через блок анализа сигналов соединен с микропроцессорным блоком управления, выход которого соединен с GLONASS-приемником. Вход-выход микропроцессорного блока управления электрически соединен с сенсорным экраном, а выход частотного преобразователя соединен с входом контактора. Выход блока анализа сигналов соединен с входами блока управления поливом, выходы которых на крайних ведущих опорных тележках соединены с входом прибора стабилизации курса, а на промежуточных опорных тележках соединены с входом прибора синхронизации тележек в линию, как правого, так и левого крыльев машины. Техническим результатом изобретения является снижение затрат оросительной воды, удобрений, электроэнергии, устранение недополива и переполива. 3 ил.

Изобретение относится к области методов проведения оперативного контроля и регулирования влажности в герметичных контейнерах с электронными приборами для обеспечения надежности их функционирования. Способ определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов включает помещение анализируемых объектов в герметичный контейнер и осушку до полного обезвоживания объектов. Также способ включает измерение температуры и влажности внутренней среды в контейнере и окончательное определение математических и графических зависимостей влагосодержания объектов от равновесной влажности внутренней среды. При этом в процессе хранения объектов в герметичном контейнере осушку до полного обезвоживания объектов производят путем последовательного введения в герметичный контейнер навесок адсорбентов и взвешивания их до установки в герметичный контейнер и после изъятия из него до момента установления стабильной массы очередной навески адсорбента. Затем в испаритель, вмонтированный внутри герметичного контейнера, последовательно вводят порции дистиллированной воды и выдерживают герметичный контейнер в стационарных температурных условиях до установления равновесной влажности в герметичном контейнере с вмонтированным в него датчиком температуры и влажности. После чего по измеренным параметрам влажности и массы порций введенной дистиллированной воды строят график зависимости суммарного влагосодержания в анализируемых объектах от равновесной влажности внутренней среды герметичного контейнера и определяют математически по известным зависимостям величину суммарной влагоемкости анализируемых объектов и ее зависимость от равновесной влажности в герметичном контейнере. Техническим результатом является разработка способа определения влагоемкости твердых гигроскопичных объектов, позволяющего определять суммарную влагоемкость группы гигроскопичных объектов (например, электронных приборов, содержащих гигроскопичные материалы). 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к качественному и количественному определению воды во внутренней сфере координационных соединений (КС) и может найти применение в координационной химии и фармации. Представлен способ определения воды в КС в твердом состоянии, при котором молекулы воды во внутренней сфере КС, находящихся в твердом состоянии, идентифицируют по температуре дегидратации образцов в области 150-165°С на термических кривых - дериватограммах, полученных в интервале температур 20-1000 °С при скорости нагревания образцов 10 град/мин, а также - по образованию гидроксокомплекса в результате алкалиметрического титрования водных растворов КС, предварительно дегидратированных при температуре 120°С в течение 8 час, путем выявления на дифференциальной кривой титрования точки эквивалентности, соответствующей значению рН в области 4,87-4,95, далее для дегидратированных высушиванием при температуре 120°С в течение 8 час твердых образцов КС по характерным площадкам на термогравиграмме в графической системе «Количество удаленной воды, ммоль - Температура дегидратации, °С» находят количественное содержание воды во внутренней сфере КС твердого образца. Достигается повышение информативности и надежности, а также - упрощение анализа. 5 табл., 11 ил.
Наверх