CN1191604A - 露点测量法及露点测量计 - Google Patents

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Abstract

露点测量方法,将被研究气体送至光学透明体冷却部分,通过光学透明体射入光流和记录光流强度的变化判断露点的来临。送进冷却部分的气体流速在保持分子扩散条件下限制为零。为限制撞击冷却部分(1)的气体的流速,及减少对光学透明元件的污染,露点计设有取样管(10)。

Description

露点测量法及露点测量计
本发明涉及测量技术领域，更具体说，涉及用露点法测量气体的湿度的方法，可以用于露点湿度计和腐蚀冷凝水指示器。
已知的露点测量法是将被研究气体送至光学透明体的冷却部分，通过透明体射入光流，记录下光流强度的变化，据此判断露点的来临(前苏联发明证书SU No.593 127，1975年)。
然而，在使用该方法时，在露点湿度计内由于冷却镜的沾污而使测量可靠性大大降低。
已知的测量露点装置具有两个带光导芯的光导管，在它们端头的间隙内设置了冷凝镜，其冷凝表面涂一层不沾水的膜，还具有冷却装置和露点记录器，而且光导管端头的下部位于冷凝表面的平面上(SU No.180 6361，1990年)。
可是在使用此装置时可能出现镜面被杂杂沾污的情况，从而降低测量精度。
已知的露点测量法是将被研究的气体送至光学透明体的冷却部分，通过透明体射入光流，记录下光流强度的变化，据此判断露点的来临，以及按该方法实现的露点测量计具有光学透明体的冷却部分，它固定在壳体上和通过光导管与辐射器和光流转换器连接，而转换器又与记录器连接，还具有冷却剂和温度传感器(SU No.744 618，1989年)。
已知的技术方案的缺点是可靠性不高，这是由于光学透明体有可能被研究气体的杂质所沾污，从而产生不希望的沉积层，它可能导致测量不精确和丧失工作本领。
本发明的目的是提高测量过程的精度和建立一种在高可靠性条件下能保证所需测量精度的装置。
为实现本发明的目的，本发明的方法是测量露点时将被研究气体送至光学透明体的冷却部分，通过光学透明体射入光流和记录下光流强度的变化，据此判断露点的来临。对光学透明体的冷却部分送进被研究气体的速度在保持其分子向光学透明体的冷却部分扩散的条件下限制为零。具有光学透明体冷却部分的露点测量计固定在壳体上和通过光导管与辐射器和光流转换器连接，而转换器又与记录器连接。露点测量计还具有冷却剂和温度传感器并配备有取样管，管的一端固定在壳体上光学透明体冷却部分的周围，而另一端沿重力作用方向安装。此外，按照本发明取样管内截面面积与光学透明体冷却部分表面面积的比例超过5，而l2/S＞25，式中l-取样管的长度，S-取样管内截面面积，取样管另一端制成坡口形，安装时使坡口对着被研究气体的气流。
下面通过实施例和附图说明本发明，附图中：
图1示出了本发明露点测量计的结构。
露点测量法是将被研究气体送至光学透明体的冷却部分，通过光学透明体射入光流和记录下光流强度的变化，据此判断露点的来临。本方法的特点是在通过光学透明体冷却部分射入光流之前，用限制送进被研究气体的速度为零的方法在其附近形成被研究气体的停滞区，而且保持着被研究气体分子对光学透明体冷却部分的扩散。
建立停滞区使气体中各种杂质不能沉积在光学透明体冷却部分的表面上，因为重力向相反一边作用，这样就促进了露点测量精度的保持，从而也提高了可靠性。
露点测量计(图1)具有光学透明体冷却部分1，它固定在壳体2上，通过光导管3和4分别与辐射器5和光流转换器6连接，转换器的输出端与记录器7连接。在壳体2上安置有温度传感器8和冷却剂9。露点测量计还配备有取样管10，管的一端固定在壳体上光学透明体冷却部分的周围，而另一端制成坡口形和沿重力作用方向安装、取样管10以坡口对着被研究气流安装，它具有向冷却部分1传送被研究气体的3个区域11，12，13。
工作时该装置安装在导管14的孔内，导管14具有凸缘15，借助焊接接头16使导管14固定。
取样管10的坡口对着被研究气流安装，而且取样管内截面面积S与光学透明体冷却部分l的表面面积SK之比超过5，而l2/s＞25，式中l-取样管10的长度，S-取样管10的内截面面积。
可以用弯曲的光学纤维作为光学透明体冷却部分1，和用A1-1075型发光二极管作为辐射器5。
露点测量计的工作方式如下。
当将测量计放置在被研究气体或气体混合物中时，气体进入光学透明体冷却部分1的冷凝表面上，在不含水分的情况下，在冷凝表面上不会有冷凝物析出，来自辐射器5的光流沿着光导管3无阻碍地通过冷却部分1和光导管4落到转换器6的输入端，但它的输出端没有任何信号到达记录器7，这说明没有冷凝物和它没有记录下露点温度。
在被研究气体中有水份的情况下，在光学透明体冷却部分1表面上在一定的温度下形成由细弥散球形水滴组成的冷凝物层，水滴的直径与所用光导管3管芯的直径可同一度量。由于光流被细弥散的冷凝水滴表面散射，光流的强度急剧降低直至完全散射和不能落到光导管4上。当由于光学透明体冷却部分1上散射的结果使光流丧失时，转换器6对记录器7发出信号，记录下露点的来临。冷却剂9的温度用温度传感器8测定，传感器的作用可以用与电流计连接的热电偶来完成。所测得的露点温度可以用于确定被分析气体混合物测定湿度的参数或形成该气体混合物工艺过程的自动化。
被研究气体吸入取样管10是由坡口反面进行的，这样就保证了防止喷溅物、水滴和硬颗粒直接落到传感器区。在取样管10内具有向冷却部分1传送被研究气体分子的3个区域11，12，13。直接将气流吹入取样管10会在区域11内引起紊流，将被研究气体的分子、可能的杂质、微尘和硬颗粒带到区域12。这时涡流能量丧失和在区域12内气体的运动具有层流性质，将气体带到分子扩散交换区域13，它的存在导致被研究气体中所含微尘、显微杂质的过滤，而微尘和机械杂质仅能到达层流区域12，由于重力的作用而无法渗透至扩散区域13。
如果取样管10的长度比区域11，12的总长度短或者相等，则紊流和随后的层流都会将微尘和显微杂质带到传感器的冷凝表面上去和使其沾污。区域11和12的长度取决于取样管10的尺寸和取样管10坡口吸入气体的速度。如果取样管10为圆筒形，区域11和12的总长度不超过直径5倍，即如果取样管10的长度短于5倍直径，则颗粒和微尘会沾污镜面和引起装置的故障。
如果取样管具有圆形截面，则下列限制有效：
l2/s＞25，式中l-取样管10的长度，S-取样管10的内截面面积。
为了在无冷凝表面过冷的条件下记录露点，必须在贴近其表面的被研究气体的边界层具有一定数量的水分子层。
给出光能量强烈散射的水分子层，应3倍于光流的波长，考虑到1cm2冷凝表面上密实单层内的水分子数量＝0.87·1015，H2O分子直径＝0.348nm，而进入光学透明体光能量的波长＝900nm，则不难确定稳定记录冷凝温度所需的水分子层数约等于3000，这时在贴近冷凝表面的被研究气体的边界层内所需的水分子数量应为2.6×1019(当光学透明体的冷却部分1的冷凝表面的面积Sk＝1cm2时)。
在扩散区域内水分子的冷凝，导致由层流区域扩散与冷凝数量相同的水分子。
因此，在t时间内在冷凝表面上借助于扩散流形成了为稳定记录冷凝温度所需数量的水分子层。在t时间内借助扩散转移的水份重量为：
m＝D·dp/dx·S·t
式中，m-水份的重量，
D-扩散系数，
S-扩散表面面积，即取样管的内截面，
t-转移时间，
dp/dx-密度(浓度)梯度。
因此可知，S/SK比例应超过5，当比例小于5时会产生测量误差。
由此，通过沾污的排除可保证本方法及装置具有高的测量精度和可靠性。本发明方法和按此方法的露点测量计保证了露点法湿度测量、露点湿度计和腐蚀冷凝水指示器方面的广泛应用。

Claims (4)

1.一种露点测量方法，它是将被研究气体送至光学透明体的冷却部分，通过光学透明体射入光流和记录光流强度的变化，据此判断露点的来临，其特征在于对光学透明体冷却部分送进被研究气体的速度在保持其分子对光学透明体的冷却部分扩散的条件下限制为零。
2.一种露点测量计，它具有光学透明体冷却部分(1)，固定在壳体(2)上和通过光导管(3，4)与辐射器(5)和光流转换器(6)连接，该转换器与记录器(7)连接，它还具有冷却剂(7)和温度传感器(8)，其特征在于配备有取样管(10)，管的一端固定在壳体(2)上光学透明体冷却部分(1)的周围，而另一端安装在重力作用方向上。
3.按照权利要求2所述的测量计，其特征在于取样管内截面面积与光学透明体冷却部分表面面积的比例超过5，而l2/S＞25，式中l-取样管的长度，S-取样管内截面面积。
4.按照权利要求2所述的测量计，其特征在于取样管(10)的另一端制成坡口形，安装时使坡口对着被研究气体的气流。
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