RU2280249C1

RU2280249C1 - Hygrometer

Info

Publication number: RU2280249C1
Application number: RU2005102216/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Григорьевич Володин (RU); Юрий Григорьевич Володин; Геннадий Нестерович Халтурин (RU); Геннадий Нестерович Халтурин
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-07-20

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: hygrometer comprises measurement chamber with sight and protecting glasses, pipelines for gas to be analyzed and cooling gas, cool conductor with condensation surface and temperature gage, base, throttle, and control members. The throttle may be mounted in the bottom section of the cool conductor with condensation surface or in the base.

EFFECT: enhanced accuracy of measurement.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано для измерений низких значений точки росы сжатых газов непосредственно при высоких давлениях.The invention relates to techniques for measuring the humidity of gases and can be used to measure low dew point values of compressed gases directly at high pressures.

Известен гигрометр, содержащий газовые магистрали, конденсационное зеркало с циклоидообразной внутренней поверхностью, детектор точки росы, дроссельное устройство, расположенное по оси конденсационного зеркала, и нагреватель (см., например, /1/).A known hygrometer containing gas lines, a condensation mirror with a cycloid-shaped inner surface, a dew point detector, a throttle device located along the axis of the condensation mirror, and a heater (see, for example, / 1 /).

Его недостаток заключается в перепаде температур на рабочей поверхности конденсационного зеркала, возникающий при его охлаждении. Этот факт обусловлен тем, что газ, истекающий из дроссельного устройства с большой скоростью, тормозится в вершине циклоидообразной поверхности, изменяя направление движения на обратное. Вследствие этого температура рабочей поверхности конденсационного зеркала в центральной части отличается от периферийной, что приводит к увеличению погрешности измерений точки росы газа. Кроме того, корпус нагревателя, выполненный сплошным, имеет сравнительно большую массу и, соответственно, большую тепловую инерцию. В результате этого технические характеристики гигрометра, связанные с измерением и регулированием температуры конденсационного зеркала существенно ухудшаются.Its disadvantage is the temperature difference on the working surface of the condensation mirror that occurs when it is cooled. This fact is due to the fact that the gas flowing out of the throttle device at high speed is inhibited at the apex of the cycloid-like surface, reversing the direction of travel. As a result, the temperature of the working surface of the condensation mirror in the central part differs from the peripheral one, which leads to an increase in the measurement error of the gas dew point. In addition, the heater body, made solid, has a relatively large mass and, accordingly, a large thermal inertia. As a result of this, the technical characteristics of the hygrometer associated with the measurement and regulation of the temperature of the condensation mirror are significantly impaired.

Известен гигрометр, содержащий измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель с нагревателем, расположенные по оси холодопровода, спиралеобразные канавки, выполненные на корпусе нагревателя, органы управления и контроля (см., например, /2/), принятый за прототип.A known hygrometer comprising a measuring chamber, a sample gas line, a cooling gas line with a chilled gas discharge pipe, a cold pipe with a condensation mirror mounted on the base, a choke with a heater located along the axis of the cold pipe, spiral grooves made on the heater body, controls and control (see, for example, / 2 /), adopted for the prototype.

Недостаток этого гигрометра заключается в следующем. Трубопровод, отводящий охлажденный газ, расположен в верхней части холодопровода вблизи конденсационного зеркала, поэтому его температура создает существенный перепад температур на поверхности конденсационного зеркала при его охлаждении и нагреве. Корпус нагревателя, как и в /1/, выполнен сплошным, имеет сравнительно большую массу и, соответственно, большую тепловую инерцию. Ось дроссельного отверстия дросселя, расположенного по оси холодопровода, направлена по нормали к внутренней поверхности холодопровода, что приводит к торможению охлаждающего газа после его дросселирования и местному нагреву холодопровода. Вследствие этого ухудшаются технические характеристики и снижается точность измерений точки росы газа данным гигрометром.The disadvantage of this hygrometer is as follows. The pipeline that discharges the cooled gas is located in the upper part of the cold pipeline near the condensation mirror; therefore, its temperature creates a significant temperature difference on the surface of the condensation mirror when it is cooled and heated. The heater body, as in / 1 /, is solid, has a relatively large mass and, accordingly, a large thermal inertia. The axis of the throttle hole of the throttle located along the axis of the cold line is directed normal to the inner surface of the cold line, which leads to inhibition of the cooling gas after throttling and local heating of the cold line. As a result of this, the technical characteristics deteriorate and the accuracy of the gas dew point measurements with this hygrometer is reduced.

Результатом настоящего изобретения является улучшение технических характеристик и повышение точности измерений точки росы сжатых газов.The result of the present invention is to improve the technical characteristics and increase the accuracy of measurements of the dew point of compressed gases.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре, содержащем измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, распложенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в нижней части холодопровода, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.The specified result is achieved by the fact that, according to version 1, in the hygrometer containing the measuring chamber, the analyzed gas line, the cooling gas line with a chilled gas exhaust pipe, a refrigeration pipe with a condensing mirror mounted on the base, a choke, a heater located along the axis of the cold pipe, on the body which made spiral-shaped grooves, controls and controls, a cylindrical cavity is made in the heater body, in which a pipeline is installed that discharges the cooled gas, and d the rod is installed in the lower part of the cold line, while the axis of the throttle hole is directed tangentially to the inner surface of the cold line and at an angle to its generatrix equal to the angle of the spiral grooves.

По варианту 2 в гигрометре, содержащем измерительную камеру, магистраль анализируемого газа, магистраль охлаждающего газа с трубопроводом, отводящим охлажденный газ, холодопровод с конденсационным зеркалом, установленный на основании, дроссель, нагреватель, расположенный по оси холодопровода, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки, органы управления и контроля, в корпусе нагревателя выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен трубопровод, отводящий охлажденный газ, а дроссель установлен в основании, при этом ось дроссельного отверстия направлена тангенциально во внутренней поверхности холодопровода и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок.According to option 2, in a hygrometer containing a measuring chamber, a sample gas line, a cooling gas line with a chilled gas discharge pipe, a refrigeration pipe with a condensation mirror installed on the base, a choke, a heater located along the axis of the cold pipe, on the body of which are made spiral-shaped grooves, organs control and monitoring, a cylindrical cavity is made in the heater body, in which a pipeline is installed that discharges the cooled gas, and a throttle is installed in the base, while the axis of the throttle hole is directed tangentially in the inner surface of the cold pipe and at an angle to its generatrix, equal to the angle of the spiral grooves.

Гигрометр по варианту 1 (см. фиг.1) включает измерительную камеру 1 с защитным стеклом 2, смотровым стеклом 3, линзой 4 и защитным стеклом 5, магистраль анализируемого газа, состоящую из трубопровода 6, клапана 7, трубопровода 8, манометра 9, клапана 10 и ротаметра 11, магистраль охлаждающего газа, состоящую из трубопровода 12, клапана 13, трубопровода 14, отводящего охлажденный газ, змеевика 15, выполненного в виде «труба в трубе», и манометра 16, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18, датчик температуры 19, основание 20, дроссель 21 с дроссельным отверстием 22, нагреватель 23, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки 24 для размещения нагревательного элемента 25, источник света 26, фотоприемник 27 и теплоизоляцию 28.The hygrometer according to option 1 (see Fig. 1) includes a measuring chamber 1 with a protective glass 2, a viewing glass 3, a lens 4 and a protective glass 5, a sample gas line consisting of pipeline 6, valve 7, pipeline 8, pressure gauge 9, valve 10 and a rotameter 11, a cooling gas line consisting of a pipe 12, a valve 13, a cooled gas discharge pipe 14, a coil 15 made in the form of a pipe-in-pipe, and a pressure gauge 16, a cold pipe 17 with a condensation mirror 18, a temperature sensor 19 , base 20, throttle 21 with throttle bore method 22, a heater 23, on the housing of which are made spiral-shaped grooves 24 for accommodating the heating element 25, a light source 26, a photodetector 27 and thermal insulation 28.

Холодопровод 17 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, в виде ступенчатого цилиндра с цилиндрической полостью. На наружной поверхности малого цилиндра выполнено конденсационное зеркало 18 в виде полированной поверхности, покрытой, например, хромом, или в виде припаянной полированной пластины, например, из нержавеющей стали. Нагреватель 23 выполнен полым из электроизоляционного материала, например из керамики, и установлен на трубопроводе 14, отводящем охлажденный газ. Вследствие этого снижается масса нагревателя 23 и существенно уменьшается его тепловая инерция, так как охлажденный газ обтекает как наружную, так и внутреннюю поверхность нагревателя 23 через трубопровод 14, отводящий охлажденный газ. Дроссель 21 установлен в нижней части холодопровода 17 вблизи основания 20, а ось дроссельного отверстия направлена тангенциально к внутренней поверхности холодопровода 17 и под углом к его образующей, равным углу спиралеобразных канавок 24. При этом практически исключается влияние температуры трубопровода 12 на температурное поле холодопровода 17 и достигается оптимальный контакт дросселируемого газа с внутренней поверхностью холодопровода 17 и наружной поверхностью нагревателя 23, на которой в спиралеобразных канавках 24 размещен нагревательный элемент 25. Источник света 26, рабочая поверхность конденсационного зеркала 18, фотоприемник 27 и электронная схема (на фиг.1 не показана) представляют собой детектор точки росы.The cold pipe 17 is made of a material with high thermal conductivity, for example, copper, in the form of a stepped cylinder with a cylindrical cavity. On the outer surface of the small cylinder, a condensation mirror 18 is made in the form of a polished surface coated, for example, with chrome, or in the form of a soldered polished plate, for example, of stainless steel. The heater 23 is made hollow of an insulating material, such as ceramic, and is mounted on a pipe 14 that discharges the cooled gas. As a result of this, the mass of the heater 23 is reduced and its thermal inertia is significantly reduced, since the cooled gas flows around both the outer and inner surfaces of the heater 23 through a pipe 14 discharging the cooled gas. The throttle 21 is installed in the lower part of the cold pipe 17 near the base 20, and the axis of the throttle hole is directed tangentially to the inner surface of the cold pipe 17 and at an angle to its generatrix equal to the angle of the spiral grooves 24. In this case, the influence of the temperature of the pipe 12 on the temperature field of the cold pipe 17 is practically eliminated optimal contact of the throttled gas with the inner surface of the cold pipe 17 and the outer surface of the heater 23 is achieved, on which the heater is placed in spiral grooves 24 flax element 25. The light source 26, the working surface of the condensing mirror 18, a photodetector 27 and an electronic circuit (not shown in Figure 1) are a detector dew point.

Гигрометр по варианту 2 (см. фиг.2) включает измерительную камеру 1 с защитным стеклом 2, смотровым стеклом 3, линзой 4 и защитным стеклом 5, магистраль анализируемого газа, состоящую из трубопровода 6, клапана 7, трубопровода 8, манометра 9, клапана 10 и ротаметра 11, магистраль охлаждающего газа, состоящую из трубопровода 12, клапана 13, трубопровода 14, отводящего охлажденный газ, змеевика 15, выполненного в виде «труба в трубе», и манометра 16, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18, датчик температуры 19, основание 20, дроссель 21 с дроссельньм отверстием 22, нагреватель 23, на корпусе которого выполнены спиралеобразные канавки 24 для размещения нагревательного элемента 25, источник света 26, фотоприемник 27 и теплоизоляцию 28.The hygrometer according to option 2 (see FIG. 2) includes a measuring chamber 1 with a protective glass 2, a viewing glass 3, a lens 4 and a protective glass 5, a sample gas line consisting of pipeline 6, valve 7, pipeline 8, pressure gauge 9, valve 10 and a rotameter 11, a cooling gas line consisting of a pipe 12, a valve 13, a cooled gas discharge pipe 14, a coil 15 made in the form of a pipe-in-pipe, and a pressure gauge 16, a cold pipe 17 with a condensation mirror 18, a temperature sensor 19 , base 20, throttle 21 with throttle bore method 22, a heater 23, on the housing of which are made spiral-shaped grooves 24 for accommodating the heating element 25, a light source 26, a photodetector 27 and thermal insulation 28.

Конструктивно гигрометр по варианту 2 отличается от гигрометра по варианту 1 тем, что дроссель 21 установлен в основании 20 и изолирован от холодопровода 17. В результате этого исключается влияние температуры трубопровода 12 на температурное поле холодопровода 17 с конденсационным зеркалом 18.Structurally, the hygrometer according to option 2 differs from the hygrometer according to option 1 in that the inductor 21 is installed in the base 20 and isolated from the cold pipe 17. As a result, the influence of the temperature of the pipe 12 on the temperature field of the cold pipe 17 with a condensation mirror 18 is eliminated.

Гигрометр по вариантам 1, 2 работает следующим образом. Вначале включают детектор точки росы. Световые лучи от источника света 26 через защитное стекло 2 направляются на конденсационное зеркало 18 и, отражаясь, через защитное стекло 5 попадают в фотоприемник 27, вызывая в цепи детектора точки росы максимальный сигнал. Одновременно с этим, открывая клапаны 7, 10, пропускают анализируемый газ через измерительную камеру с необходимым расходом при заданном давлении. Контроль осуществляется по ротаметру 11 и манометру 9. Анализируемый газ, протекая по трубопроводу 6, над поверхностью конденсационного зеркала 18 и по трубопроводу 8, сбрасывается в атмосферу. Затем открывают клапан 13. Дросселируемый газ по трубопроводу 12 поступает к дросселю 21 с дроссельным отверстием 22 и, дросселируясь, обтекает внутреннюю поверхность холодопровода 17 и наружную поверхность нагревателя 23 по спирали с углом, равным углу спиралеобразных канавок 24, в которых размещен нагревательный элемент 25. При этом обеспечивается оптимальный и регулярный теплообмен охлажденного газа с поверхностями холодопровода 17 и нагревателя 23. Далее охлажденный газ по трубопроводу 14, отводящему охлажденный газ, установленному в основании 20, и по межтрубному пространству змеевика 15 сбрасывается в атмосферу. При этом охлаждающий газ, протекающий по трубопроводу 12, охлаждается. Вследствие оптимального контакта охлаждающего газа с внутренней поверхностью холодопровода 17, покрытого теплоизоляцией 28, и практически отсутствием на холодопроводе 17 участков с местным перепадом температур достигается равномерное изменение температуры рабочей поверхности конденсационного зеркала 18. В момент образования росы на рабочей поверхности конденсационного зеркала 18 поток световых лучей, попадающий в фотоприемник 27, резко уменьшается, вызывая резкое уменьшение сигнала в цепи детектора точки росы. Температура конденсационного зеркала 18, измеренная в этот момент с помощью датчика температуры 19, принимается за точку росы анализируемого газа при давлении, установленном в измерительной камере 1. Для нагрева или поддержания температуры конденсационного зеркала 18 постоянной включают нагреватель 23, в результате чего охлажденный газ и, соответственно, холодопровод 17 с конденсационным зеркалом 18 нагревается до необходимой температуры. Визуальное наблюдение за состоянием конденсационного зеркала 18 производится с помощью линзы 4 через смотровое стекло 3.The hygrometer according to options 1, 2 works as follows. First turn on the dew point detector. The light rays from the light source 26 through the protective glass 2 are sent to the condensation mirror 18 and, reflected through the protective glass 5, enter the photodetector 27, causing the maximum signal in the dew point detector circuit. At the same time, opening the valves 7, 10, pass the analyzed gas through the measuring chamber with the required flow rate at a given pressure. Control is carried out by a rotameter 11 and a manometer 9. The analyzed gas flowing through the pipe 6, above the surface of the condensation mirror 18 and through the pipe 8, is discharged into the atmosphere. Then, the valve 13 is opened. The throttled gas through the pipe 12 enters the throttle 21 with the throttle aperture 22 and, throttling, flows around the inner surface of the cold pipe 17 and the outer surface of the heater 23 in a spiral with an angle equal to the angle of the spiral grooves 24 in which the heating element 25 is placed. This ensures optimal and regular heat transfer of the chilled gas with the surfaces of the cold pipe 17 and the heater 23. Next, the chilled gas through the pipe 14, which leads the chilled gas installed in the base AI 20, and along the annular space of the coil 15 is discharged into the atmosphere. In this case, the cooling gas flowing through the pipe 12 is cooled. Due to the optimal contact of the cooling gas with the inner surface of the cold pipe 17 covered by thermal insulation 28, and the practically absence of sections with a local temperature difference on the cold pipe 17, a uniform change in the temperature of the working surface of the condensation mirror 18 is achieved. falling into the photodetector 27, decreases sharply, causing a sharp decrease in the signal in the dew point detector circuit. The temperature of the condensation mirror 18, measured at this moment with the temperature sensor 19, is taken as the dew point of the analyzed gas at a pressure set in the measuring chamber 1. To heat or maintain the temperature of the condensation mirror 18 constant, the heater 23 is turned on, as a result of which the cooled gas and, accordingly, the cold pipe 17 with the condensation mirror 18 is heated to the required temperature. Visual observation of the state of the condensation mirror 18 is made using the lens 4 through the sight glass 3.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый гигрометр по вариантам 1, 2 позволяет улучшить технические характеристики и повысить точность измерений точки росы сжатых газов.Thus, in comparison with the prototype, the proposed hygrometer according to options 1, 2 allows to improve technical characteristics and increase the accuracy of measurements of the dew point of compressed gases.

Источники информацииInformation sources

1. Гигрометр. Патент Российской Федерации №2117278, G 01 N 25/66, 1998 г.1. Hygrometer. Patent of the Russian Federation No. 2117278, G 01 N 25/66, 1998

2. Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1987, 52 с.2. Automatic photoelectronic humidity indicator DDN-1. Technical description and operating instructions, 1987, 52 p.

Claims

1. A hygrometer containing a measuring chamber, a cooling gas line with a turbo pipe discharging the cooled gas, a cold pipe with a condensation mirror mounted on the base, a throttle, a heater located along the axis of the cold pipe, on the body of which are made spiral-shaped grooves, controls and controls, characterized in that a cylindrical cavity is made in the heater’s body, in which a pipeline is installed that discharges the cooled gas, and a throttle is installed in the lower part of the cold line, while the draw axis the locus hole is directed tangentially to the inner surface of the cold line and at an angle to its generatrix equal to the angle of the spiral grooves.

2. A hygrometer containing a measuring chamber, a cooling gas line with a pipeline discharging the cooled gas, a cold pipe with a condensation mirror mounted on the base, a choke, a heater located along the axis of the cold pipe, on the body of which are made spiral-shaped grooves, controls and controls, characterized in that a cylindrical cavity is made in the heater’s body, in which a pipeline is installed that discharges the cooled gas, and a throttle is installed in the base, while the throttle axis is Ia is directed tangentially to the inner surface holodoprovoda and at an angle to its generatrix, equal to the angle of spiral grooves.