CN112304712A - 测量高温炉气中的水分含量的装置、方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种测量高温炉气中的水分含量的装置、方法，涉及气体测量仪器领域。测量高温炉气中的水分含量的装置，其包括取样管、气体容器、测量机构、流量控制机构以及抽气机构。气体容器具有测量腔室，取样管的一端与测量腔室连通，且取样管被构造成长度可调节。测量机构被构造成用于测量测量腔室内的高温炉气的温度和湿度。抽气机构与测量腔室的一端连通，并用于抽取高温炉气。流量控制机构连接于抽气机构与测量腔室之间，用于控制气体流量。测量高温炉气中的水分含量的方法利用测量高温炉气中的水分含量的装置进行。其能够避免炉气冷凝，且取样时不需要加热，并能够保证测量精度。

Description

测量高温炉气中的水分含量的装置、方法

技术领域

本申请涉及气体测量仪器领域，具体而言，涉及一种测量高温炉气中的水分含量的装置、方法。

背景技术

在钢材进炉过程中，钢材本身可能带有一部分的水分，另外湿空气也可能会混入炉内，从而使得高温炉气中含有水分，而高温炉气中的水分含量会对钢材的脱碳具有较为明显的作用。钢材脱碳后，随着其表面碳含量降低，钢的淬火硬度和耐磨性也会随之降低，减少其使用寿命，同时，脱碳还会降低钢的疲劳强度，导致钢材使用过程中发生早期疲劳损坏。因此，测量高温炉气中的水分含量是十分必要的。

发明内容

本申请实施例在于提供一种测量高温炉气中的水分含量的装置、方法，其能够避免炉气冷凝，且取样时不需要加热，并能够保证测量精度。

本申请实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种测量高温炉气中的水分含量的装置，其包括取样管、气体容器、测量机构、流量控制机构以及抽气机构。气体容器具有测量腔室，取样管的一端与测量腔室连通，且取样管被构造成长度可调节。测量机构被构造成用于测量测量腔室内的高温炉气的温度和湿度。抽气机构与测量腔室的一端连通，并用于抽取高温炉气。流量控制机构连接于抽气机构与测量腔室之间，用于控制气体流量。

在上述技术方案中，将取样管伸入到高温炉内，通过抽气机构将高温炉内的高温炉气抽进取样管，经取样管流经测量腔室、流量控制机构由抽气机构排出，由于取样管的长度是可以调节的，则可以通过调节取样管的长度和流量控制机构的气体流量，从而可以调节进入测量腔室的高温炉气的温度，可以避免高温炉气温度太高损坏测量机构，也能避免高温炉气温度太低而冷凝影响测量精度。

在一种可能的实施方案中，取样管包括多段管段，相邻的两段管段可拆卸地密封连接。

在上述技术方案中，可拆卸的多段管段能够实现自由组装，从而可以调节取样管的长度。

在一种可能的实施方案中，相邻的两段管段通过卡套接头可拆卸地连接。

在上述技术方案中，通过卡套接头将相邻的两段管段可拆卸地连接，方便拆卸和组装，且通过卡套连接能够保证管段的气密性。

在一种可能的实施方案中，取样管包括长度为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm和100cm的管段。

在上述技术方案中，这些管段能够使得取样管在10cm～250cm之间调节长度，且调节梯度为10cm。

在一种可能的实施方案中，相邻的两段管段通过螺纹连接。

在上述技术方案中，通过螺纹连接将相邻的两段管段可拆卸地连接，方便拆卸和组装。

在一种可能的实施方案中，取样管为伸缩管。

在上述技术方案中，伸缩管通过伸缩可方便自由地调节取样管的长度。

在一种可能的实施方案中，测量机构包括温湿度探头，温湿度探头设置于测量腔室内，温湿度探头表面连接有粉末过滤器。

在上述技术方案中，通过粉末过滤器能够过滤高温炉气中的粉尘，避免粉尘堵塞温湿度探头的气体管路，对测量精度造成影响。

在一种可能的实施方案中，粉末过滤器中的粉末粒径为100～200μm。

在上述技术方案中，粉末过滤器中的粉末粒径为100～200μm，比表面积大，透气性较好，过滤精度高。

在一种可能的实施方案中，测量高温炉气中的水分含量的装置还包括安装于流量控制机构和抽气机构之间的气体稳压装置，气体稳压装置的进气端与流量控制机构连通，气体稳压装置的出气端与抽气机构连通。

在上述技术方案中，气体稳压装置能够保证抽气的稳定性，从而更好地提高从测量精确度。

在一种可能的实施方案中，气体稳压装置的压力调节阀具有压力回馈补偿机构。

在上述技术方案中，压力回馈补充机构在气体流量发生改变的情况下仍能将压力稳定在设定值，从而能够更好地保证抽气的稳定性。

在一种可能的实施方案中，流量控制机构的进气端设置有过滤片。

在上述技术方案中，过滤片能够将高温炉气中的粉尘过滤，避免粉尘堵塞流量控制机构，从而保证流量控制机构对流量达到比较精确地控制。

在一种可能的实施方案中，测量高温炉气中的水分含量的装置还包括安装于流量控制机构和气体容器之间的冷凝机构，冷凝机构的进气端与测量腔室连通，冷凝机构的出气端与流量控制机构的进气端连通。

在上述技术方案中，通过冷凝机构可以将高温炉气进行降温，避免气体温度过高将气体稳压装置和抽气机构损坏。

第二方面，本申请实施例提供一种测量高温炉气中的水分含量的方法，其利用第一方面实施例的测量高温炉气中的水分含量的装置进行，包括：

将取样管伸入高温炉内，打开抽气机构抽取高温炉内的气体使高温炉气进入取样管内，通过调节取样管的长度和流量控制机构的气体流量，使得测量机构测得测量腔室内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于测量机构的最高工作温度，同时测量测量腔室内的湿度。

在上述技术方案中，通过抽气机构将高温炉内的高温炉气抽进取样管，经取样管流经测量腔室、流量控制机构由抽气机构排出，通过调节取样管的长度和流量控制机构的气体流量，从而可以调节进入测量腔室的高温炉气的温度，使得测量机构测得测量腔室内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于测量机构的最高工作温度，可以避免高温炉气温度太高损坏测量机构，也能避免高温炉气温度太低而冷凝影响测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例的测量高温炉气中的水分含量的装置的示意图。

图标：10-测量高温炉气中的水分含量的装置；11-取样管；12-气体容器；121-测量腔室；13-测量机构；131-温湿度探头；132-显示仪表；14-流量控制机构；15-气体稳压装置；16-抽气机构；17-冷凝机构；171-第一冷凝管；172-第二冷凝管；173-储水罐；18-阀门。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例提供一种测量高温炉气中的水分含量的装置10，请参照图1，该装置包括取样管11、气体容器12、测量机构13、流量控制机构14以及抽气机构16。

其中，气体容器12内部具有测量腔室121，取样管11的一端与测量腔室121连通。且取样管11被构造成长度可调节。可选地，取样管11设置有阀门18，该阀门18可以控制气体流入测量腔室121。

测量机构13被构造成用于测量测量腔室121内的高温炉气的温度和湿度。示例性地，测量机构13包括温湿度探头131和显示仪表132，温湿度探头131设置于测量腔室121内，显示仪表132设置于测量腔室121外部，温湿度探头131和显示仪表132通讯连接。温湿度探头131能够测量测量腔室121内的高温炉气的温度和湿度，显示仪表132能够显示出温湿度探头131测量到的温度和湿度，通过显示仪表132能够直观地知晓测量腔室121内的高温炉气的温度和湿度。可选地，显示仪表132能够同时输出温度、相对湿度和绝对湿度中的两个参数。

可选地，温湿度探头131表面连接有粉末过滤器。通过粉末过滤器吸附粉尘能够过滤高温炉气中的粉尘，避免粉尘堵塞温湿度探头131的气体管路，对测量精度造成影响。示例性地，粉末过滤器与温湿度探头131通过螺纹连接，方便更换。

示例性地，粉末过滤器中的粉末粒径为100～200μm，比表面积大，透气性较好，过滤精度高。可选地，粉末过滤器中的粉末粒径为100μm、120μm、150μm、160μm、180μm或200μm。示例性地，粉末过滤器中的粉末由904L不锈钢颗粒制成。

在一种可能的实施方案中，温湿度探头131与测量腔室121采用全不锈钢封装，具有一定的防腐蚀性，不会受到氧气、氢气、甲烷、二氧化碳等中性或弱酸碱性气体的影响；而且不锈钢封装后密闭性好，不会被外部气体所干扰，能够保证测量精度。

抽气机构16与测量腔室121的一端连通，并用于抽取高温炉气。抽气机构16产生负压能够将高温炉内的高温炉气抽进取样管11后进入测量腔室121。示例性地，抽气机构16为抽气泵。

流量控制机构14连接于抽气机构16与测量腔室121之间，用于控制气体流量。示例性地，流量控制机构14为红宝石气阻或流量控制阀。

可选地，流量控制机构14的进气端设置有过滤片，过滤片能够将高温炉气中的粉尘过滤，避免粉尘堵塞流量控制机构14，从而保证流量控制机构14对流量达到比较精确地控制。示例性地，过滤片包括3～5层滤孔为3～4mm的滤片组成，过滤精度可达10μm，过滤片与流量控制机构14通过法兰连接，方便拆下清洗，重复利用。

需要对高温炉气的水分含量进行测量时，将取样管11伸入到高温炉内，通过抽气机构16将高温炉内的高温炉气抽进取样管11，经取样管11流经测量腔室121、流量控制机构14由抽气机构16排出。申请人研究发现，高温炉气在经过取样管11时，流经取样管11的时间越长，高温炉气降温越多；高温炉气以较小的流量进入到取样管11时，高温炉气降温越多。由于取样管11的长度是可以调节的，则可以通过调节取样管11的长度和流量控制机构14的气体流量，从而可以调节进入测量腔室121的高温炉气的温度，可以避免高温炉气温度太高损坏测量机构13，也能避免高温炉气温度太低而冷凝影响测量精度。而且，在这过程中，无需加热装置对高温炉气进行加热。

下面对取样管11的结构做具体介绍：

在一种可能的实施方案中，取样管11包括多段管段，相邻的两段管段可拆卸地密封连接。可拆卸的多段管段能够实现自由组装，从而可以调节取样管11的长度。需要多长的取样段，就组装对应长堆的管段，从而达到取样管11的长度调节。

示例性地，相邻两段管段可以通过卡套接头实现可拆卸地连接，也可以通过螺纹连接来实现可拆卸地连接。

通过卡套接头或者螺纹将相邻的两段管段可拆卸地连接，方便拆卸和组装，且通过卡套连接能够保证管段的气密性。

示例性地，取样管11包括长度为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm和100cm的管段。这些管段能够使得取样管11在10cm～250cm之间调节长度，且调节梯度为10cm。示例性地，取样管11的内径为4～10mm，例如为4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。可选地，取样管11的厚度为1.5～3mm，例如为1.5mm、2mm或3mm。

在另一种可能的实施方案中，取样管11为伸缩管。伸缩管通过伸缩可方便自由地调节取样管11的长度。

示例性地，本申请实施例的取样管11为不锈钢管或铜管，不锈钢管和铜管不仅具有耐高温的作用，而且具有较好的换热效果。

进一步地，在一种可能的实施方案中，测量高温炉气中的水分含量的装置10还包括安装于流量控制机构14和抽气机构16之间的气体稳压装置15，气体稳压装置15的进气端与流量控制机构14连通，气体稳压装置15的出气端与抽气机构16连通。示例性地，气体稳压装置15与流量控制机构14、抽气机构16的连通均通过连接管实现，该连接管可以为软管。

气体稳压装置15能够保证抽气的稳定性，从而更好地提高测量精确度。示例性地，气体稳压装置15为自力式单路气体稳压装置15，在其他实施例中，气体稳压装置15还可以为双路气体调压装置。

可选地，气体稳压装置15的压力调节阀具有压力回馈补偿机构。压力回馈补充机构在气体流量发生改变的情况下仍能将压力稳定在设定值，从而能够更好地保证抽气的稳定性。其中，气体稳压装置15还具有安全阀和排空阀，压力调节阀设置在管路上的安全阀和排空阀之间，保证了系统管路阀门18的安全。

进一步地，为了避免高温炉气将气体稳压装置15和抽气机构16损坏，还可以在流量控制机构14和气体容器12之间设置冷凝机构17。冷凝机构17的进气端与测量腔室121连通，冷凝机构17的出气端与流量控制机构14的进气端连通。

通过冷凝机构17可以将高温炉气进行降温，避免气体温度过高将气体稳压装置15和抽气机构16损坏。

示例性地，冷凝机构17包括第一冷凝管171、第二冷凝管172和储水罐173，第一冷凝管171的两端分别与储水罐173和测量腔室121连通，第二冷凝管172的两端分别与储水罐173和流量控制机构14的进气端连通。

高温炉气从测量腔室121进入到第一冷凝管171，经第一冷凝管171进入储水罐173与储水罐173中的水进行热交换，温度降低然后从第二冷凝管172排出进入流量控制机构14。其中，第一冷凝管171和第二冷凝管172可与储水罐173通过螺纹连接，以方便拆卸，排水方便。可选地，第一冷凝管171与测量腔室121通过软管连通。可选地，第二冷凝管172与流量控制机构14的进气端通过连接管连通，该连接管安装有阀门18，可以控制气体流入流量控制机构14。示例性地，该连接管可以为软管。

示例性地，第一冷凝管171和第二冷凝管172均设置于气体容器12的上方，且第一冷凝管171和第二冷凝管172倾斜设置，第一冷凝管171的顶端和第二冷凝管172的顶端相互远离。这样的设置结构使得高温炉气在第一冷凝管171能够停留较长的时间，从而可以达到较好地降温效果，在经第二冷凝管172时，能够更加方便顺利地排出。

本申请实施例还提供一种测量高温炉气中的水分含量的方法，其利用本申请实施例的测量高温炉气中的水分含量的装置10进行，包括：

将取样管11伸入高温炉内，打开抽气机构16抽取高温炉内的气体使高温炉气进入取样管11内，通过调节取样管11的长度和流量控制机构14的气体流量，使得测量机构13测得测量腔室121内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于测量机构13的最高工作温度，同时测量测量腔室121内的湿度。

通过抽气机构16将高温炉内的高温炉气抽进取样管11，经取样管11流经测量腔室121、流量控制机构14由抽气机构16排出，通过调节取样管11的长度和流量控制机构14的气体流量，从而可以调节进入测量腔室121的高温炉气的温度，使得测量机构13测得测量腔室121内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于测量机构13的最高工作温度，可以避免高温炉气温度太高损坏测量机构13，也能避免高温炉气温度太低而冷凝影响测量精度。示例性地，例如调节取样管11的长度和流量控制机构14的气体流量使得测量腔室121内的高温炉气的温度为100～200℃，例如为105℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃。

需要说明的是，调节流量控制机构14的流量较大时，可将取样管11的长度调节长一点；调节流量控制机构14的流量较小时，可将取样管11的长度调节短一点。

在具体操作时，根据实际操作经验，可以先将流量控制机构14的流量调小一点，将取样管11的长度调长一点，将取样管11伸入高温炉内后使得测量腔室121内的高温炉气的温度低一点，保证不会损坏测量机构13，然后可以再将流量控制机构14的流量调大，使得测量腔室121内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于测量机构13的最高工作温度。在这过程中，即使最开始的高温炉气冷凝，后续将流量调大后，在测量腔室121内的高温炉气的温度也会上升，在温度大于或等于100℃并低于测量机构13的最高工作温度时进行测量水分含量，测量精度也较高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，包括：取样管、气体容器、测量机构、流量控制机构以及抽气机构；

所述气体容器具有测量腔室，所述取样管的一端与所述测量腔室连通，且所述取样管被构造成长度可调节；

所述测量机构被构造成用于测量所述测量腔室内的高温炉气的温度和湿度；

所述抽气机构与所述测量腔室的一端连通，并用于抽取高温炉气；

所述流量控制机构连接于所述抽气机构与所述测量腔室之间，用于控制气体流量。

2.根据权利要求1所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述取样管包括多段管段，相邻的两段所述管段可拆卸地密封连接。

3.根据权利要求2所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，相邻的两段所述管段通过卡套接头可拆卸地连接。

4.根据权利要求2所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述取样管包括长度为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm和100cm的管段。

5.根据权利要求2所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，相邻的两段所述管段通过螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述取样管为伸缩管。

7.根据权利要求1-6任一项所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述测量机构包括温湿度探头，所述温湿度探头设置于所述测量腔室内，所述温湿度探头表面连接有粉末过滤器。

8.根据权利要求7所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述粉末过滤器中的粉末粒径为100～200μm。

9.根据权利要求1-6任一项所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述测量高温炉气中的水分含量的装置还包括安装于所述流量控制机构和所述抽气机构之间的气体稳压装置，所述气体稳压装置的进气端与所述流量控制机构连通，所述气体稳压装置的出气端与所述抽气机构连通。

10.根据权利要求9所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述气体稳压装置的压力调节阀具有压力回馈补偿机构。

11.根据权利要求1-6任一项所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述流量控制机构的进气端设置有过滤片。

12.根据权利要求9所述的测量高温炉气中的水分含量的装置，其特征在于，所述测量高温炉气中的水分含量的装置还包括安装于所述流量控制机构和所述气体容器之间的冷凝机构，所述冷凝机构的进气端与所述测量腔室连通，所述冷凝机构的出气端与所述流量控制机构的进气端连通。

13.一种测量高温炉气中的水分含量的方法，其特征在于，其利用权利要求1-8任一项所述的测量高温炉气中的水分含量的装置进行，包括：

将所述取样管伸入高温炉内，打开所述抽气机构抽取所述高温炉内的气体使高温炉气进入所述取样管内，通过调节所述取样管的长度和所述流量控制机构的气体流量，使得所述测量机构测得所述测量腔室内的高温炉气的温度大于或等于100℃并低于所述测量机构的最高工作温度，同时测量所述测量腔室内的湿度。

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