RU2231050C1

RU2231050C1 - Condensation hygrometer

Info

Publication number: RU2231050C1
Application number: RU2002132200/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Володин (RU); Ю.Г. Володин; Н.А. Васильева (RU); Н.А. Васильева; С.И. Белокурова (RU); С.И. Белокурова
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: measuring equipment, particularly for investigating materials.

SUBSTANCE: hygrometer includes measuring chamber, cooler, light rays source, light rays receiver, temperature-sensing device, gas inlet pipeline with valve, gas outlet pipeline with pressure gauge, screen and light guide. Screen has orifice and cylindrical operating surfaces. Light guide is arranged into pipe hermetically connected with protective glass. Protective glass is formed as emitting means for light rays emanation located into screen orifice.

EFFECT: accuracy of measurement.

2 dwg

Description

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

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру - холодопровод в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого является конденсационным зеркалом, с каналами для входа и выхода газа, охладитель, источник и приемник световых лучей, приборы контроля температуры, давления и расхода, который снабжен диафрагмой (см. /1/).A condensation hygrometer is known, which contains a measuring chamber — a cold pipe in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror, with channels for gas inlet and outlet, a cooler, a source and receiver of light rays, temperature, pressure and flow control devices, which are equipped with a diaphragm (see . /1/).

Недостаток этого конденсационного гигрометра заключается в том, что диафрагма, установленная перед источником световых лучей для исключения прямой засветки приемника световых лучей, поглощает много световой энергии, снижая тем самым эффективность его работы.The disadvantage of this condensing hygrometer is that the diaphragm installed in front of the light source to prevent direct exposure to the light ray receiver absorbs a lot of light energy, thereby reducing its efficiency.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру - холодопровод в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого является конденсационным зеркалом, с каналами для входа и выхода газа, охладитель, источник и приемник световых лучей, отражательный экран, выполненный в виде цилиндра с конической частью, направленный к источнику световых лучей, приборы контроля температуры, давления и расхода (см. /2/).Known condensation hygrometer containing a measuring chamber - a cold pipe in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror, with channels for gas inlet and outlet, a cooler, a source and receiver of light rays, a reflective screen made in the form of a cylinder with a conical part, directed to light source, temperature, pressure and flow control devices (see / 2 /).

Недостатком данного конденсационного гигрометра является наличие дополнительного перепада температур между поверхностью конденсационного зеркала и анализируемым газом вследствие того что при его работе анализируемый газ контактирует не только с охлаждаемым конденсационным зеркалом, но и с отражательным экраном, прикрепленным к не охлаждаемой ("теплой") части конденсационного гигрометра. Кроме того, в приемник световых лучей попадает световой поток сравнительно большой интенсивности. В то же время изменение интенсивности светового потока, отражаемого от конденсационного зеркала в начальный момент образования на нем росы, мало, и на фоне большого сигнала это изменение очень трудно определить. В результате этого погрешность измерения точки росы газа существенно увеличивается.The disadvantage of this condensation hygrometer is the presence of an additional temperature difference between the surface of the condensation mirror and the analyzed gas due to the fact that during its operation the analyzed gas is in contact not only with the cooled condensation mirror, but also with a reflective screen attached to the non-cooled (“warm”) part of the condensation hygrometer . In addition, a luminous flux of relatively high intensity enters the light ray receiver. At the same time, the change in the intensity of the light flux reflected from the condensation mirror at the initial moment of dew formation on it is small, and against the background of a large signal this change is very difficult to determine. As a result, the measurement error of the gas dew point increases significantly.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру - холодопровод в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого является конденсационным зеркалом, с каналами для входа и выхода газа, охладитель, источник и приемник световых лучей, приборы контроля температуры, давления и расхода, конический отражатель с обтекателем, установленным на основании конического отражателя, который принят за прототип.Known condensation hygrometer containing a measuring chamber - a cold pipe in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror, with channels for gas inlet and outlet, a cooler, a source and receiver of light rays, temperature, pressure and flow control devices, a conical reflector with a cowl, installed on the basis of a conical reflector, which is taken as a prototype.

В прототипе реализуется возможность уменьшения перепада температур между поверхностью конденсационного зеркала и анализируемым газом. В то же время, как и в /2/, фактически необходимо определять малое изменение большой величины, что является существенным недостатком.The prototype implements the ability to reduce the temperature difference between the surface of the condensation mirror and the analyzed gas. At the same time, as in / 2 /, it is actually necessary to determine a small change of a large value, which is a significant drawback.

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

Указанный результат достигается тем, что конденсационный гигрометр, содержащий измерительную камеру - холодопровод в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого является конденсационным зеркалом, с каналами для входа и выхода газа, охладитель, источник и приемник световых лучей, приборы контроля температуры, давления и расхода, снабжен расположенным внутри измерительной камеры экраном с отверстием и рабочими цилиндрическими поверхностями, одна из которых - внутренняя рабочая поверхность - выполнена поглощающей световые лучи, а другая - наружная рабочая поверхность - выполнена отражающей световые лучи, при этом экран соединен с источником световых лучей световодом, устройство для выхода световых лучей которого расположено в отверстии экрана.This result is achieved by the fact that the condensation hygrometer containing the measuring chamber is a cold pipe in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror, with channels for gas inlet and outlet, a cooler, a source and receiver of light rays, temperature, pressure and flow control devices, equipped with a screen located inside the measuring chamber with a hole and working cylindrical surfaces, one of which is the inner working surface is made absorbing light beam And the other - outer working surface - is reflective light rays, wherein the screen is connected to a source of light rays waveguide device for light beams whose exit is disposed in the opening screen.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что предлагаемый конденсационный гигрометр снабжен расположенным внутри измерительной камеры экраном с отверстием и с рабочими цилиндрическими поверхностями, одна из которых - внутренняя рабочая поверхность - выполнена поглощающей световые лучи, а другая - наружная рабочая поверхность - выполнена отражающей световые лучи, при этом экран соединен с источником световых лучей световодом, устройство для выхода световых лучей которого расположено в отверстии экрана.Distinctive features of the invention from the prototype are that the proposed condensation hygrometer is equipped with a screen located inside the measuring chamber with a hole and with working cylindrical surfaces, one of which is the inner working surface is made absorbing light rays, and the other is the outer working surface is made reflecting light rays, while the screen is connected to a light source by a light guide, the device for the output of light rays of which is located in the hole of the screen.

Вариант практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показан конденсационный гигрометр в разрезе (фиг.1) и его сечение (фиг.2).A variant of the practical implementation of the invention is illustrated in the drawing, which shows a condensation hygrometer in the context (figure 1) and its cross section (figure 2).

Конденсационный гигрометр (см. фиг.1) включает измерительную камеру - холодопровод 1, охладитель 2, источник световых лучей 3, приемник световых лучей 4, датчик температуры 5, магистраль входа газа 6 с клапаном 7, магистраль выхода газа 8 с манометром 9, клапаном 10 и расходомером 11, экран 12 и световод 13. Измерительная камера - холодопровод 1 выполнена в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого является конденсационным зеркалом и соединена с обоймами 14, 15 с помощью теплоизоляционных прокладок 16, 17. В обойме 14 с каналом для входа газа 18 установлено защитное стекло 19 и приемник световых лучей 4. Обойма 15 с каналом для выхода газа 20 выполнена с полированной внутренней поверхностью (для отражения световых лучей), которая может иметь различные конфигурации, например в виде внутренней поверхности цилиндрического стакана (см. фиг.1), в виде рефлектора и т.п. Внутри измерительной камеры - холодопровода 1 установлен экран 12 с отверстием и рабочими цилиндрическими поверхностями, одна из которых - внутренняя рабочая поверхность 21 (см. фиг.2) - выполнена поглощающей световые лучи, а другая - наружная рабочая поверхность 22 - выполнена отражающей световые лучи, и световод 13, соединенный с источником световых лучей 3. Экран 12 может быть установлен с наклоном по отношений к оси измерительной камеры - холодопровода 1, при котором обеспечивается попадание световых лучей, отраженных от конденсационного зеркала, на его внутреннюю рабочую поверхность 21, например, под углом 15°. Отверстие в экране 12 может быть смещено по отношению к его центру вдоль образующей. Световод 13 размещен в трубке 23, например металлической, герметично соединенной с защитным стеклом 24, представляющими собой устройство для выхода световых лучей, установленное в отверстии экрана 12.The condensation hygrometer (see Fig. 1) includes a measuring chamber - a cold pipe 1, a cooler 2, a light source 3, a light beam receiver 4, a temperature sensor 5, a gas inlet pipe 6 with a valve 7, a gas outlet pipe 8 with a pressure gauge 9, a valve 10 and a flow meter 11, a screen 12 and a light guide 13. The measuring chamber - cold pipe 1 is made in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror and is connected to the clips 14, 15 using heat-insulating spacers 16, 17. In the clip 14 with an entrance channel gas 18 mouth A protective glass 19 and a light ray receiver 4 were installed. The holder 15 with the gas outlet channel 20 is made with a polished inner surface (for reflecting light rays), which may have various configurations, for example, in the form of the inner surface of a cylindrical glass (see Fig. 1) , in the form of a reflector, etc. Inside the measuring chamber - cold pipe 1, a screen 12 is installed with an aperture and working cylindrical surfaces, one of which is the inner working surface 21 (see figure 2) - made absorbing light rays, and the other is the outer working surface 22 - made reflecting light rays, and a light guide 13 connected to a source of light rays 3. The screen 12 can be installed with a slope in relation to the axis of the measuring chamber - cold pipe 1, which ensures the penetration of light rays reflected from the condensation mirror and, on its inside working surface 21, for example, at an angle of 15 °. The hole in the screen 12 can be offset with respect to its center along the generatrix. The light guide 13 is placed in a tube 23, for example, metal, hermetically connected to the protective glass 24, which is a device for the exit of light rays, installed in the hole of the screen 12.

Конденсационный гигрометр работает следующим образом. Анализируемый газ по магистрали входа газа 6 подается в измерительную камеру - холодопровод 1, обтекая поверхность конденсационного зеркала. Световые лучи, исходящие от источника световых лучей 3, по световоду 13 направляются в устройство для выхода световых лучей и затем на поверхность конденсационного зеркала под экраном 12. Отражаясь от конденсационного зеркала, световые лучи поглощаются внутренней рабочей поверхностью 21 экрана 12 и в приемник световых лучей 4 практически не попадают. В результате этого при отсутствии росы на поверхности конденсационного зеркала в цепи детектора точки росы (на фиг.1 не показано) сигнал отсутствует.Condensation hygrometer works as follows. The analyzed gas through the gas inlet line 6 is supplied to the measuring chamber - refrigeration pipe 1, flowing around the surface of the condensation mirror. The light rays emanating from the light ray source 3 are guided through the light guide 13 to the light exit device and then to the surface of the condensation mirror under the screen 12. Reflecting from the condensation mirror, the light rays are absorbed by the inner working surface 21 of the screen 12 and into the light ray receiver 4 practically do not fall. As a result of this, in the absence of dew on the surface of the condensation mirror in the circuit of the dew point detector (not shown in FIG. 1), there is no signal.

При образовании на поверхности конденсационного зеркала росы происходит диффузное отражение световых лучей, которые попадают в приемник световых лучей 4, вызывая скачкообразное появление сигнала в цепи детектора точки росы. Этот сигнал принимается за точку росы анализируемого газа и соответствует температуре конденсационного зеркала, измеренной в этот момент. При этом полированная внутренняя поверхность обоймы 15 позволяет усилить эффект попадания световых лучей в приемник световых лучей 4.When dew condensation is formed on the surface of the condensation mirror, diffuse reflection of light rays occurs, which fall into the light ray receiver 4, causing an abrupt appearance of a signal in the dew point detector circuit. This signal is taken as the dew point of the analyzed gas and corresponds to the temperature of the condensation mirror measured at that moment. While the polished inner surface of the cage 15 allows you to enhance the effect of light rays entering the receiver of light rays 4.

По сравнению с прототипом предлагаемый конденсационный гигрометр позволяет существенно повысить точность измерений точки росы газов. Так, например, при отсутствии росы на конденсационном зеркале световые лучи, исходящие от источника световых лучей 3, практически полностью поглощаются (при двухкратном отражении от внутренней рабочей поверхности 21 экрана 12 с поглощательной способностью световых лучей более 0,9 интенсивность светового потока уменьшается до долей процента). В то же время при образовании на конденсационном зеркале росы возникает диффузное отражение световых лучей, которые, попадая в приемник световых лучей 4, вызывают существенное увеличение сигнала в цепи детектора точки росы. Таким образом, в отличие от прототипа отсутствие фона большого сигнала позволяет повысить точность измерений точки росы газов.Compared with the prototype, the proposed condensation hygrometer can significantly improve the accuracy of measurements of the dew point of gases. So, for example, in the absence of dew on the condensation mirror, the light rays emanating from the source of light rays 3 are almost completely absorbed (upon double reflection from the inner working surface 21 of the screen 12 with an absorption capacity of light rays of more than 0.9, the light flux intensity decreases to a fraction of a percent ) At the same time, when dew forms on the condensation mirror, diffuse reflection of light rays occurs, which, when entering the light ray receiver 4, cause a significant increase in the signal in the dew point detector circuit. Thus, unlike the prototype, the absence of a background of a large signal allows to increase the accuracy of measurements of the dew point of gases.

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

Источники информацииSources of information

1. Конденсационный гигрометр. А.с. СССР №488126, кл. G 01 N 25/56, 1975.1. Condensation hygrometer. A.S. USSR No. 488126, cl. G 01 N 25/56, 1975.

2. Гигрометр точки росы. Патент РФ №1681218, кл. G 01 N 25/68, 1991.2. Hygrometer dew point. RF patent No. 1681218, cl. G 01 N 25/68, 1991.

3. Конденсационный гигрометр. Патент РФ №2112964, кл. G 01 N 25/56, G 01 N 25/68, 1998.3. Condensation hygrometer. RF patent No. 2112964, cl. G 01 N 25/56, G 01 N 25/68, 1998.

Claims

A condensation hygrometer containing a measuring chamber is a cold pipe in the form of a hollow cylinder, the inner surface of which is a condensation mirror, with channels for gas inlet and outlet, a cooler, a source and receiver of light rays, temperature, pressure and flow control devices, characterized in that it is equipped a screen with an aperture located inside the measuring chamber and with working cylindrical surfaces, one of which is the inner working surface that absorbs light rays and the other naru Naya working surface is reflecting light beams, wherein the screen is connected to a source of light rays waveguide device for light beams whose exit is disposed in the opening screen.