RU2213344C2

RU2213344C2 - Dew-point hygrometer ( variants )

Info

Publication number: RU2213344C2
Application number: RU2001131304/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Володин; В.П. Колпаков
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2003-09-27
Also published as: RU2001131304A

Abstract

FIELD: equipment measuring gas humidity, precision measurement of dew point of compressed gases. SUBSTANCE: proposed hygrometer incorporates measurement mirror, cooler, dew-point detector, devices monitoring temperature, pressure and flow rate. According to first variant of implementation measurement mirror has through conduits for passage of analyzed gas. Temperature-sensitive element is placed between surface of measurement mirror and through conduits. In compliance with second variant measurement mirror comes in the form of plate mounted with gap on its base. Temperature-sensitive element in this case is arranged between surface of measurement mirror and its base. Measurement mirror can be manufactured in the form of plate with Moebius surface. EFFECT: increased measurement precision of dew point of compressed gases. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - прецизионное измерение точки росы сжатых газов. The invention relates to techniques for measuring the humidity of gases. The preferred area of use is precision measurement of the dew point of compressed gases.

Известны гигрометры точки росы, содержащие измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода (см., например, [1]). Known dew point hygrometers containing a measuring mirror, cooler, dew point detector, temperature, pressure and flow control devices (see, for example, [1]).

Основной недостаток этих гигрометров точки росы заключается в том, что в процессе охлаждения измерительного зеркала в системе анализируемый газ - поверхность измерительного зеркала - датчик температуры неизбежно возникают переменные перепады температуры. Анализируемый газ, омывая только поверхность охлаждаемого измерительного зеркала, являющуюся рабочей (контролируемой), имеет температуру выше температуры основания измерительного зеркала. В результате этого измерительное зеркало оказывается одновременно под воздействием потока тепла со стороны контролируемой поверхности измерительного зеркала и потока холода со стороны основания, исходящего от охладителя. Поэтому фактическая температура поверхности измерительного зеркала в момент образования на ней конденсированной фазы водяных паров (росы) и температура, измеренная датчиком температуры, расположенным под поверхностью измерительного зеркала, могут отличаться на несколько градусов (см., например, [2], с.93). The main disadvantage of these dew point hygrometers is that during the cooling of the measuring mirror in the system, the analyzed gas - the surface of the measuring mirror - temperature sensor inevitably causes variable temperature drops. The analyzed gas, washing only the surface of the cooled measuring mirror, which is working (controlled), has a temperature above the base temperature of the measuring mirror. As a result of this, the measuring mirror is simultaneously affected by the heat flux from the controlled surface of the measuring mirror and the cold flux from the base side coming from the cooler. Therefore, the actual temperature of the surface of the measuring mirror at the time of formation of the condensed phase of water vapor (dew) on it and the temperature measured by the temperature sensor located below the surface of the measuring mirror may differ by several degrees (see, for example, [2], p.93) .

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода /3/. Known hygrometer dew point containing a measuring mirror, a cooler, a dew point detector, temperature, pressure and flow control devices / 3 /.

В данном гигрометре точки росы измерительное зеркало выполнено в виде полой тупиковой трубки, концы которой термостатированы различными температурами для обеспечения необходимого перепада температур. При этом анализируемый газ подается в полость между измерительным зеркалом и корпусом (измерительной головкой). Точка росы анализируемого газа определяется по границе образования конденсированной фазы водяных паров, которой соответствует известная температура. Однако и в этом случае воздействие потока тепла, вызываемое анализируемым газом, существенно увеличивает погрешность измерений точки росы данным гигрометром. In this dew point hygrometer, the measuring mirror is made in the form of a hollow dead end tube, the ends of which are thermostatically controlled at different temperatures to provide the necessary temperature difference. In this case, the analyzed gas is fed into the cavity between the measuring mirror and the housing (measuring head). The dew point of the analyzed gas is determined by the boundary of the formation of the condensed phase of water vapor, which corresponds to a known temperature. However, in this case as well, the influence of the heat flux caused by the analyzed gas significantly increases the error of dew point measurements with this hygrometer.

Известен гигрометр точки росы, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода /4/, который принят за прототип. Known hygrometer dew point containing a measuring mirror, cooler, dew point detector, temperature, pressure and flow control devices / 4 /, which is adopted as a prototype.

В этом гигрометре точки росы предусмотрено устройство цикличного подогрева измерительного зеркала, позволяющее в момент измерений поддерживать на поверхности измерительного зеркала образовавшуюся конденсированную фазу водяных паров постоянной толщины, то есть в состоянии квазиравновесия с анализируемым газом. Однако и этот гигрометр точки росы позволяет лишь незначительно уменьшить перепад температур между поверхностью измерительного зеркала и датчиком температуры и фактически не устраняет недостатка, указанного выше. This dew point hygrometer provides a device for cyclic heating of the measuring mirror, which allows at the moment of measurement to maintain the condensed phase of water vapor of constant thickness on the surface of the measuring mirror, that is, in a state of quasiequilibrium with the analyzed gas. However, this dew point hygrometer can only slightly reduce the temperature difference between the surface of the measuring mirror and the temperature sensor and does not actually eliminate the drawback indicated above.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений точки росы сжатых газов. The result of the present invention is to increase the accuracy of measurements of the dew point of compressed gases.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре точки росы, содержащем измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, при этом датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами, а по варианту 2 в гигрометре точки росы, содержащем измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании, или измерительное зеркало выполнено в виде пластины с поверхностью Мебиуса. This result is achieved by the fact that, according to option 1, in the hygrometer of the dew point containing a measuring mirror, a cooler, a dew point detector, temperature, pressure and flow control devices, through channels for passing the analyzed gas are made in the measuring mirror, while the temperature sensor is located between the surface measuring mirror and through channels, and according to option 2 in the dew point hygrometer containing a measuring mirror, cooler, dew point detector, temperature, pressure and flow control devices, and Tonnage mirror configured as a plate mounted with a clearance on the basis thereof, or measuring mirror is designed as a plate with a Mobius surface.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре точки росы по варианту 1 в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, а датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами, а по варианту 2 измерительное зеркало выполнено в виде пластины, установленной с зазором на его основании или в виде пластины с поверхностью Мебиуса. Distinctive features of the invention from the prototype are that in the proposed hygrometer, dew points according to option 1 in the measuring mirror are made through channels for the passage of the analyzed gas, and the temperature sensor is located between the surface of the measuring mirror and through channels, and according to option 2 the measuring mirror is made in the form a plate installed with a gap on its base or in the form of a plate with a Moebius surface.

Вследствие того, что измерительное зеркало выполнено не сплошным, а с каналами для прохода анализируемого газа (вариант 1) или в виде пластины, установленной с зазором на его основании, а также в виде пластины с поверхностью Мебиуса (вариант 2), достигается существенное повышение точности измерений точки росы анализируемых газов. Это обусловлено тем, что анализируемый газ одновременно омывает контролируемую поверхность измерительного зеркала и его поверхность (поверхность каналов), расположенную под датчиком температуры. В результате этого перепад температур между датчиком температуры и контролируемой поверхностью измерительного зеркала существенно уменьшается, а температура контролируемой поверхности измерительного зеркала измеряется с более высокой точностью. Due to the fact that the measuring mirror is not continuous, but with channels for the passage of the analyzed gas (option 1) or in the form of a plate mounted with a gap on its base, as well as in the form of a plate with a Moebius surface (option 2), a significant increase in accuracy is achieved dew point measurements of the analyzed gases. This is due to the fact that the analyzed gas simultaneously washes the controlled surface of the measuring mirror and its surface (channel surface) located under the temperature sensor. As a result of this, the temperature difference between the temperature sensor and the controlled surface of the measuring mirror is significantly reduced, and the temperature of the controlled surface of the measuring mirror is measured with higher accuracy.

Варианты практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показан гигрометр точки росы в разрезе (фиг.1) и сечение измерительного зеркала (фиг.2) по варианту 1 и сечения измерительного зеркала (фиг.3, 4) по варианту 2. Variants of the practical implementation of the invention are illustrated by drawings, in which a hygrometer of the dew point is shown in section (Fig. 1) and a section of a measuring mirror (Fig. 2) according to option 1 and a section of a measuring mirror (Figs. 3, 4) according to option 2.

Гигрометр точки росы включает измерительную камеру 1 с защитными стеклами 2, 3 и смотровым стеклом 4, измерительное зеркало 5 со сквозными каналами 6 и датчиком температуры 7, расположенным между поверхностью измерительного зеркала 5 и сквозными каналами 6, охладитель 8, входной трубопровод 9 с клапаном 10, выходной трубопровод 11 с манометром 12, клапаном 13 и ротаметром 14, источник световых лучей 15, конденсор 16, фотоприемник 17 и смотровой тубус 18. The dew point hygrometer includes a measuring chamber 1 with protective glasses 2, 3 and a sight glass 4, a measuring mirror 5 with through channels 6 and a temperature sensor 7 located between the surface of the measuring mirror 5 and through channels 6, a cooler 8, an inlet pipe 9 with a valve 10 , the output pipe 11 with a manometer 12, a valve 13 and a rotameter 14, a source of light rays 15, a condenser 16, a photodetector 17 and a viewing tube 18.

Источник световых лучей 15, конденсор 16, измерительное зеркало 5, фотоприемник 17 и датчик температуры 7 представляют собой детектор точки росы. Поверхность измерительного зеркала 5, расположенная над датчиком температуры 7, является рабочей. A light source 15, a condenser 16, a measuring mirror 5, a photodetector 17 and a temperature sensor 7 are a dew point detector. The surface of the measuring mirror 5, located above the temperature sensor 7, is working.

Измерительное зеркало 5 может быть выполнено со сквозными каналами 6, например, в виде цилиндров (фиг.2, вариант 1), а также в виде пластины, установленной с зазором на его основании, который образует сквозной канал 6 или в виде пластины с поверхностью Мебиуса (фиг.3, 4, вариант 2). При этом измерительное зеркало 5 установлено таким образом, что поток анализируемого газа равномерно обтекает рабочую поверхность измерительного зеркала 5 и поверхности сквозных каналов 6, находящихся под датчиком температуры 7. The measuring mirror 5 can be made with through channels 6, for example, in the form of cylinders (Fig. 2, option 1), as well as in the form of a plate mounted with a gap on its base, which forms a through channel 6 or in the form of a plate with a Moebius surface (figure 3, 4, option 2). In this case, the measuring mirror 5 is installed in such a way that the flow of the analyzed gas uniformly flows around the working surface of the measuring mirror 5 and the surface of the through channels 6 located under the temperature sensor 7.

Гигрометр точки росы работает следующим образом. Вначале включают детектор точки росы. При этом световой поток от источника световых лучей 15 через конденсор 16 и защитное стекло 2 направляется на поверхность измерительного зеркала 5. Hygrometer dew point works as follows. First turn on the dew point detector. In this case, the light flux from the source of light rays 15 through the condenser 16 and the protective glass 2 is directed to the surface of the measuring mirror 5.

При отсутствии на поверхности измерительного зеркала 5 росы световые лучи отражаются и параллельным пучком через защитное стекло 3 поступают в фотоприемник 17, вызывая в цепи детектора точки росы (на чертеже не показано) максимальный сигнал. Затем открывают клапаны 10, 13 и пропускают анализируемый газ через измерительную камеру 1 по входному трубопроводу 9 и выходному трубопроводу 11 с необходимым расходом при требуемом давлении. Контроль осуществляют по ротаметру 14 и манометру 12. Одновременно с этим включают охладитель 8, в результате чего измерительное зеркало 5 начинает охлаждаться. При этом к поверхности измерительного зеркала 5. на которую направлены световые лучи, и к поверхностям сквозных каналов 6, находящихся под датчиком температуры 7, подводится практически равное количество теплоты в результате омывания их анализируемым газом. Вследствие этого перепад температур между контролируемой поверхностью измерительного зеркала 5 и датчиком температуры 7 уменьшается в несколько раз. If there is no dew on the surface of the measuring mirror 5, the light rays are reflected and in parallel beam through the protective glass 3 enter the photodetector 17, causing the maximum signal in the circuit of the detector dew point (not shown). Then, the valves 10, 13 are opened and the analyzed gas is passed through the measuring chamber 1 through the inlet pipe 9 and the outlet pipe 11 with the required flow rate at the required pressure. The control is carried out by a rotameter 14 and a manometer 12. At the same time, a cooler 8 is turned on, as a result of which the measuring mirror 5 begins to cool. In this case, almost the same amount of heat is supplied to the surface of the measuring mirror 5. to which the light rays are directed, and to the surfaces of the through channels 6 located under the temperature sensor 7 as a result of washing them with the analyzed gas. As a result, the temperature difference between the monitored surface of the measuring mirror 5 and the temperature sensor 7 is reduced several times.

При образовании на измерительном зеркале 5 росы световые лучи отражаются от его поверхности диффузно и световой поток, поступающий в фотоприемник 17, резко уменьшается, вызывая, соответственно, резкое уменьшение сигнала в цепи детектора точки росы. Измеренная в этот момент температура измерительного зеркала 5 с достаточно высокой точностью соответствует точке росы анализируемого газа. When dew is formed on the measuring mirror 5, light rays are reflected diffusely from its surface and the light flux entering the photodetector 17 sharply decreases, causing, accordingly, a sharp decrease in the signal in the dew point detector circuit. The temperature of the measuring mirror 5 measured at this moment corresponds with sufficiently high accuracy to the dew point of the analyzed gas.

После измерения точки росы анализируемого газа гигрометр точки росы приводится в исходное состояние. After measuring the dew point of the analyzed gas, the dew point hygrometer is returned to its original state.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого гигрометра точки росы, определить на данной стадии разработки не представляется возможным. The economic effect expected from the use of the proposed dew point hygrometer cannot be determined at this stage of development.

Источники информации
1. М. А. Берлинер. Измерение влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, с.230.Sources of information
1. M.A. Berliner. Moisture measurement. Ed. 2nd, rev. and add. - M .: Energy, 1973, p.230.

2. В.А. Зайцев, А.А. Ледохович. Г.Т. Никандрова. Влажность воздуха и ее измерение. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974, с.93. 2. V.A. Zaitsev, A.A. Ledokhovich. G.T. Nikandrova. Humidity and its measurement. - L .: Gidrometeoizdat, 1974, p. 93.

3. Устройство для определения точки росы газов. Авт. св. СССР 773483, G 01 N 25/66. 3. Device for determining the dew point of gases. Auth. St. USSR 773483, G 01 N 25/66.

4. Конденсационный гигрометр. Авт. св. СССР 1317347, G 01 N 25/66. 4. Condensation hygrometer. Auth. St. USSR 1317347, G 01 N 25/66.

Claims

1. A dew point hygrometer containing a measuring mirror, a cooler, a dew point detector, temperature, pressure and flow control devices, characterized in that the measuring mirror has through channels for the passage of the analyzed gas, while the temperature sensor is located between the surface of the measuring mirror and the through channels.

2. A dew point hygrometer containing a measuring mirror, a cooler, a dew point detector, temperature, pressure and flow control devices, characterized in that the measuring mirror is made in the form of a plate mounted with a gap on its base, the temperature sensor being located between the measuring surface mirrors and its base.

3. The dew point hygrometer according to claim 2, characterized in that the measuring mirror is made in the form of a plate with a Moebius surface.