Гигрометр точки росы

 

(72) Авторы изобретения

А. А. Болотов н Л. Л. Синий (7l) Заявитель (54) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и измерения влажности смеси газов, в частности воздуха, и может быть использовано в технологических аппаратах химического, нефтеперерабатывающего, металлургического . и других производств.

Известен гигрометр, работающий на оптическом принципе и содержащий камеру с отражающей охлаждаемой поверхностью, источником света и фотоприемником, включенным в мосто30 вую измерительную . схему 11).

Недостатком этого гигрометра является черезвычайная сложность технологии изготовления внутренней отражающей поверхности каме-, ры, имеющей форму эллипсоида вржцения.

Кроме того, чувствительность устройства недостаточна иэ — за того, что в объеме с охлаждаемым газом должно образовываться достаточное количество конденсата, чтобы появился выходной

20 сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гигрометр, состоящий кз камеры любой удобной для технологи2 ческого изготовления формы с входным и выходным отверстиями, с поверхностью, диффузно отражающей свет. В камере размещены, фотов приемники, по периметру чувствительной повер-xHocTH одного из которых расположен повертель и два термочувствительных элемента, один нз которых расположен в области действия охладителя, а другой — у одного из отверстий камеры, например, входного. Фотоприемники и термочувствительные элементы включены в измерительные схемы мостового типа.

Для увеличения эффекта поглощения и, следовательно, получения максим зльно возможной чувствительности, гигрометр работает в инфракрасной области излучения (2) .

Однако при высокой чувствительности гигрометра его точность недостаточна иэ-за того, что при охлаждении фотоприемника меняется его характеристика н возникает погрешность в показаниях индикатора (в измерительной диагонали термостата измерительной схемы, которая сбалансирована для неохлажденного фотоприемника), определяемая флуктуацией термохарак геристикн фото97997 приемника. Кроме того, из--за нелинейной зависимости поглощения ннфракрастпях лучей от концентрации паров исследуемого газа точность разлигна при работе с газом различной концентрации.

Целью изобретения является увеличение точности определения влажности исследуемой среды.

Для достижения указанной цели в гигрометре точки росы, содержащем камеру с входным 10 и выходным отверстиями, размещенные внутри камеры источник света, два фотоприемника, охладитель, два термочувствительных элемента, один из которых расположен в зоне действия охлацителя, а также измерительную схему, в которую включены фотоприемники и термочувствительные элементы, охладитель размещен в контакте с истопником света, на оптической оси которого расположен один из фотоприемников, при этом другой фотоприемник ориенти-20 рован к этой оптической оси под углом, вели-. чина которого лежит в диапазоне n> <- а C а2 где а, и n> — соответствешго грани шые углы диаграммы направленности излучения источника света в отсутствие и при наличии конденсата на его поверхности.

Кроме то1о, исто шик света снабжен световодом, по периметру которого расположен охладитель.

На чертеже схематично представлена конструк-.30 ция камеры, В стенках камеры 1 размещен источник света 2, укрепленный на световоде 3, по торцу которого размещен охладитель 4; соосно с источником света 2 на противоположной стороне камеры 1 расположен первый фотоприемник 5

35 в обойме диафрагмы:б; под углом а, относительно оптической оси, на которой расположены источник света 2 и первый фотоприемник 5, расположен второй фотоприемник 7. Первый

40 термочувствительный элемент 8 расположен в непосредственной близости к световоду 3 и охладителю 4, второй термочувствительный элемент 9 расположен в любой точке камеры 1 вне области действия охладителя предпочтительно у входного отверстия 10, Камера 1 имеет два технологических отверстия 10 и 11 для прокачки газа.

Фотоприемник 5, 7 и термочувствительные элементы 8, 9 включены в мостовые измерительные схемы — фотомост 12 и термостат 13.

Гигрометр работает следующим образом, Анализируемый газ протекает по камере 1, поступая в отверстие 10 и выходя из отверстия

11. Поток излучения, формируемый источником света 2, поступает на расположенный прямо напротив него фотоприемник 5 и в его выходной цепи начинает протекать ток, который

8 1 уравновешивается током в других плечах фотомоста 12.

В исходном состоянии в отсутствие конденсата на поверхности световода 3 источник света 2 имеет узкую диаграмму направленности, которая характерна для таких источников света как светодиоды. Угол раствора диаграммы, отсчитанный от оптической оси не превышает

10, и практически весь световой поток попадает на фотоприемник 5. Необходимую величину выходного тока фотоприемника 5, которая соответствует рабочей точке в cepедине его характеристики, устанавливают, регулируя освещенность входного окна фотоприемника с попощью диафрагмы б.

Термостат 13 в исходном состоянии также уравновешен.

После включения охладителя 4 температура световода 3 понижается и на нем выпадает конденсат. Появление капелек конденсата на поверхности световода 3 приводит к резкому изменению диаграммы направленности излучения вследствие диффузного рассеяния света, и угол а увеличивается, Увеличение угла диаграммы направленности происходит практически мгновенно с выпадением первых капелек конденсата.

В результате световой поток поступает на входное окно второго фотоприемника 7, расположенного под углом, меньшим предельного угла диаграммы излучения, и на выходе его

l появляется ток, а освещенность входного окна первого фотоприемника 5 уменьшается и выходной его ток также уменьшается. Таким образом при выпадении конденсата появляется ток в измерительной диагонали фотомоста 12.

Одновременно в измерительной диагонали термостата 13 тоже появляется ток, пропорциональный разности температур термочувствитедьных элементов 8 и 9, из которых элемент 8 охлаждается от непосредственного контакта с охладителем 4.

Процесс конденсации пара состоит из двух этапов — сначала происходит капельная, затем наступает пленочная конденсация. Уже на первом этапе при появлении микрокапель на излучающей поверхности возникают условия диффузного рассеяния света и диаграмма направленности изменяется практически скачком, причем угол раствора п, достигает 90 . Величина угла nq не зависит от вида конденсата, так как конденсат любого газа имеет коэффициент преломления значительно превышающий коэффициент преломления самого газа и, таким образом, всегда будут соблюдены условия диффузного рассеяния света, в том числе и на конденсате водяного пара, присутствующего в смеси исследуемых газом, Толщина пленки кснденсата также не влияет на величину угла а,, так как

979978

5 сигнал в измерительной схеме появляется еще на первом этапе конденсации.

Фотоприемник 7 может бьггь установлен под любым углом в пределах 10 g а < 90 .

Гигрометр предлагаемой конструкции позволяет производить отсчет непосредственно в единицах влажности, в которых проградуирована шкала индикатора в измерительной диагонали термостата 13.

При использовании в качестве источника tO света и фотоприемника пары, работающей в инфракрасном диапазоне, чувствительность гигрометра, работающего на эффекте поглощения излучения в инфракрасной области спектра, будет высока. 15

Точность регистрации точки росы достигается стабилизацией рабочей характеристики фотоприемника 5 эа счет того, что фотоприемник 5 во время измерения находится при постояннои температуре, кроме того, благодаря возможнос- рр ти выбрать рабочую точку на середине рабочего участка характеристики, работа всегда происходит на квазилинейном участке характеристики, что дает возможность работать с высокой точностью в широком диапазоне концентраций 2S паров в исследуемой среде. размещение охладителя 4 по торцу световода 3, соединенного со световодом 2 позволяет увеличить надежность и долговечность работы гигрометра эа счет того, что светодиод также щ работает при постоянной температуре.

В качестве световода может быть использован столбик иэ стекла диаметром, равным диаметру светодиода.

Остальные элементы конструкции гиг рометуа, такие как охладитель и термочувствительные элементы, могут быть выполнены в виде полупроводникового холодильника и микротермистеров, соответственно.

Предлагаемый гигрометр отличается простотой технологии изготовления, так как не требуется специальной обработки внутренней поверхности камеры для диффузионного рассеяния света.

Формула изобретения

1. Гигрометр точки росы, содержащий каме ру с входным и выходным отверстиями, размещенные внутри камеры источник света, два фотоприемника, охладитель, два термочувствительных элемента, один иэ которых расположен в зоне действия охладителя, а также измерительную схему, в которую включены вышеуказанные фотоприемники и термочувствительные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в нем охладитель размещен в контакте с источником света, HR оптической осп которого расположен один из фотоприемников, прп этом другой фотоприемник ориентирован к этой оптической оси под углом, величина которого лежит в диапазоне а C а (Qg, где G) и а — cooTBcTGTBcRHo граничные углы диаграммы направленности излучения источника света в отсутствие и при наличии конденсата на его поверхности.

2, Гигрометр по и. 1, о т л и ч а ю щ. и йс я тем, что в нем источник света снабжен световодом, а охладитель размещен по его периметру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 359994, кл. G 01 N 25/66, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

К 2871334/25, кл, G 01 N 25/66, 1980 (прототип).

979978

Составитель С. Непомнящая

Техред M. Гергель Корректор Л. Ь ок шин

Редактор А. 111аидор

Подписипс

Филиял П11П Ч!агент". г. Ужгород, ул. Проекгиая, 4

Заказ 9349/ЗЗ Тираж 887, ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5