RU2316758C2 - Method of measurement of dew point temperature - Google Patents
Method of measurement of dew point temperature Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316758C2 RU2316758C2 RU2006104814/28A RU2006104814A RU2316758C2 RU 2316758 C2 RU2316758 C2 RU 2316758C2 RU 2006104814/28 A RU2006104814/28 A RU 2006104814/28A RU 2006104814 A RU2006104814 A RU 2006104814A RU 2316758 C2 RU2316758 C2 RU 2316758C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- dew point
- condensation
- measurement
- thermoelectric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам измерения влажности и может найти применение в гидрометеорологии, нефтяной, химической промышленности и других областях науки и техники.The invention relates to methods for measuring humidity and may find application in hydrometeorology, oil, chemical industry and other fields of science and technology.
Известен способ определения температуры точки росы (А.с. СССР №775679, кл. G01N 25/68, 1980), заключающийся в непрерывном измерении теплового потока, проходящего через равномерно охлаждаемую поверхность. При этом начало конденсации определяют по скачкообразному изменению потока тепла.A known method for determining the temperature of the dew point (AS USSR No. 775679, class G01N 25/68, 1980), which consists in the continuous measurement of the heat flux passing through a uniformly cooled surface. In this case, the onset of condensation is determined by the abrupt change in the heat flux.
Недостатками этого способа являются сложность контроля скорости потока газа над конденсирующей поверхностью, сложность равномерного охлаждения поверхности конденсации, необходимость измерения как потока тепла через охлаждаемую поверхность, так и температуры поверхности конденсации.The disadvantages of this method are the difficulty of controlling the gas flow rate over the condensing surface, the difficulty of uniformly cooling the condensation surface, the need to measure both the heat flux through the cooled surface and the temperature of the condensation surface.
Известны способы определения точки росы (А.с. СССР №1130787, кл. G01N 25/50, 1984, А.с. СССР №1741037, G01N 25/66, 1992), сущность которых заключается в том, что используют эталонную и измерительную ячейки. При этом в эталонную ячейку помещают вещество с известной влажностью, в измерительную с определяемой и, сравнивая температурные зависимости двух ячеек, определяют температуру точки росы.Known methods for determining the dew point (AS USSR No. 1130787, CL G01N 25/50, 1984, AS USSR No. 1741037, G01N 25/66, 1992), the essence of which is that they use the reference and measuring cells. In this case, a substance with a known humidity is placed in the reference cell, in the measuring cell with the determined one and, comparing the temperature dependences of the two cells, the dew point temperature is determined.
Недостатками первого способа (А.с. СССР №1130787, кл. G01N 25/50, 1984) являются необходимость предварительного высушивания измеряемого вещества, контроля идентичности вещества по составу.The disadvantages of the first method (AS USSR No. 1130787, CL G01N 25/50, 1984) are the need for preliminary drying of the measured substance, control the identity of the substance in composition.
Недостатки второго способа определения температуры точки росы (А.с. СССР №1741037, G01N 25/66, 1992) заключаются, во-первых, в необходимости опорной зависимости изменения температуры охлаждаемой поверхности, в долговременности процесса определения. Во-вторых, температурная зависимость теоретически различается от опорной при любой температуре, а не только после температуры конденсации, т.к. теплопроводность зависит не только от влажности, но и от состава и давления газа, а здесь опорная зависимость получена при вакууме.The disadvantages of the second method for determining the temperature of the dew point (AS USSR No. 1741037, G01N 25/66, 1992) are, firstly, the necessity of supporting the dependence of the temperature change of the cooled surface, in the duration of the determination process. Secondly, the temperature dependence theoretically differs from the reference at any temperature, and not just after the condensation temperature, because thermal conductivity depends not only on humidity, but also on the composition and pressure of the gas, and here the support dependence is obtained under vacuum.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбрано изобретение "Способ определения температуры точки росы", А.с. СССР №1728757, кл. G01N 25/68, 1992, БИ №15, авторов Ю.Г.Клименко, А.Ф.Воронина, Д.И.Кирьякова. При этом используют охладитель, охлаждаемую конденсационную поверхность, которая снабжена термоэлектрическим датчиком и помещена в исследуемый газовый объем. Внутри исследуемого газового объема на значительном удалении от конденсационной поверхности имеется термоэлектрический датчик. Конденсационная поверхность через тепломер контактирует с источником холода. Принцип работы прототипа заключается в охлаждении конденсационной поверхности, измерении ее температуры, измерении теплового потока, проходящего через конденсационную поверхность, и фиксации температуры в момент начала конденсации влаги. Дополнительно измеряют температурный перепад между газом и конденсационной поверхностью, определяют величину коэффициента теплоотдачи на границе газа и конденсационной поверхности, фиксируют момент конденсации по скачкообразному изменению коэффициента теплоотдачи.As the closest analogue of the prototype of the selected invention, the "Method for determining the temperature of the dew point", A.S. USSR No. 1728757, class G01N 25/68, 1992, BI No. 15, authors Yu.G. Klimenko, A.F. Voronin, D.I. Kiryakova. In this case, a cooler, a cooled condensation surface, which is equipped with a thermoelectric sensor and placed in the studied gas volume, is used. Inside the test gas volume at a considerable distance from the condensation surface there is a thermoelectric sensor. The condensation surface is in contact with a cold source through a heat meter. The principle of operation of the prototype is to cool the condensation surface, measure its temperature, measure the heat flux passing through the condensation surface, and fix the temperature at the time the moisture condensation begins. Additionally, the temperature difference between the gas and the condensation surface is measured, the value of the heat transfer coefficient at the gas-condensation surface boundary is determined, and the moment of condensation is recorded by the abrupt change in the heat transfer coefficient.
Недостатки прототипа заключаются в следующем: во-первых, между источником холода и конденсационной поверхностью расположен тепломер, поэтому не весь холод, проходящий через тепломер, идет на охлаждение конденсационной поверхности, т.к. для этого все остальные контактирующие поверхности должны быть теплоизолированы, что приводит к погрешности измерения (т.е. тепломер сам не должен потреблять тепло); во-вторых, температуру трудно обеспечить одинаковой на всей конденсационной поверхности, что приводит к дополнительной погрешности измерения; в-третьих, вблизи конденсационной поверхности из-за перепада температуры возникают конвекционные потоки, которые будут изменять коэффициент теплоотдачи, и также приводить к повышению погрешности измерения; в-четвертых, прототип обладает большой инерционностью, что обусловлено временем передачи холода от - холодильника к конденсационной поверхности; в-пятых, в прототипе регистрируют и определяют температуру точки по изменению коэффициента теплоотдачи между газом и конденсационной поверхностью, что является вторичным эффектом, первичным является скачок температуры конденсационной поверхности, приводящий к изменению коэффициента теплоотдачи. Вторичный эффект появляется намного позже, чем первичный, и он менее ярко выражен, что приводит к дополнительной погрешности.The disadvantages of the prototype are as follows: firstly, between the source of cold and the condensation surface there is a heat meter, so not all the cold passing through the heat meter is used to cool the condensation surface, because for this, all other contacting surfaces must be thermally insulated, which leads to measurement error (i.e., the heat meter itself should not consume heat); secondly, the temperature is difficult to ensure the same on the entire condensation surface, which leads to additional measurement error; thirdly, convection flows arise near the condensation surface due to the temperature difference, which will change the heat transfer coefficient, and also lead to an increase in the measurement error; fourthly, the prototype has a large inertia, which is due to the time of transfer of cold from the refrigerator to the condensation surface; fifthly, in the prototype, the point temperature is recorded and determined by changing the heat transfer coefficient between the gas and the condensation surface, which is a secondary effect, the primary is the temperature jump of the condensation surface, leading to a change in the heat transfer coefficient. The secondary effect appears much later than the primary, and it is less pronounced, which leads to an additional error.
Задачей, на решение которой направленно изобретение, является повышение точности и быстродействия измерения температуры точки росы.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and speed of dew point temperature measurement.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и быстродействия измерения температуры точки росы, а следовательно, и влажности газов.The technical result of the invention is to improve the accuracy and speed of measuring the dew point temperature, and hence the humidity of the gases.
Решение технической задачи в способе определения температуры точки росы, в котором фиксируют температуру охлаждаемой поверхности при выпадении конденсата достигается тем, что термоэлектрический преобразователь плавно охлаждают до появления на его поверхности конденсата, пропуская через него ток и используя его в режиме элемента Пельтье, температуру охлаждаемой поверхности измеряют этим же термоэлектрическим преобразователем, используя его в режиме элемента Зеебека, периодически и кратковременно обрывая линию тока, температуру термоэлектрического преобразователя при выпадении конденсата фиксируют по аномальному изменению перепада температуры, регистрируемое изменение перепада температуры при выпадении конденсата обеспечивают выбором оптимального соотношения площади конденсирующей поверхности термоэлектрического преобразователя и его массы.The solution to the technical problem in the method of determining the dew point temperature, in which the temperature of the cooled surface is recorded during condensation, is achieved by the fact that the thermoelectric converter is smoothly cooled until condensation appears on its surface, passing current through it and using it in the Peltier element mode, the temperature of the cooled surface is measured using the same thermoelectric converter, using it in the Seebeck element mode, periodically and briefly breaking the current line, the temperature when a condensate precipitates, the moelectric transducer is recorded according to an abnormal change in temperature difference, the recorded change in temperature difference during condensate precipitation is provided by choosing the optimal ratio of the area of the condensing surface of the thermoelectric converter and its mass.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства, реализующего заявленный способ.Figure 1 shows a block diagram of a device that implements the claimed method.
Устройство, реализующее способ измерения точки росы, состоит из термоэлектрического преобразователя 1, прерывателя 2, источника тока 3, микроконтроллера 4 и индикатора 5. Термоэлектрический преобразователь 1 соединен через прерыватель 2 с выходом источника тока 3. Прерыватель 2 соединен с управляющим выводом микроконтроллера 4. Термоэлектрический преобразователь 1 соединен с входом, а индикатор 5 с выходом микроконтроллера 4.A device that implements a dew point measurement method consists of a thermoelectric converter 1, a chopper 2, a
На фиг.2 представлена зависимость температуры (Т°С) термоэлектрического преобразователя 1 от времени (t, сек) при протекании по нему постоянного тока. Угол наклона прямой характеризует скорость охлаждения [°С/сек] термоэлектрического преобразователя, она зависит от величины протекающего тока, и ее выбирают оптимальной.Figure 2 shows the temperature (T ° C) of the thermoelectric converter 1 as a function of time (t, sec) when direct current flows through it. The angle of inclination of the line characterizes the cooling rate [° C / s] of the thermoelectric converter, it depends on the magnitude of the flowing current, and it is chosen optimal.
Способ определения температуры точки росы заключается в следующем. В начальный момент, после включения устройства, линия тока разорвана прерывателем 2, от источника тока 3 ток на термоэлектрический преобразователь 1 не поступает, он работает в режиме измерения собственной температуры и окружающей среды (в режиме элемента Зеебека). ТермоЭДС, пропорциональная температуре среды, поступает на микроконтроллер 4, усиливается, преобразуется в цифровой код, пересчитывается в температуру, запоминается и отображается на индикаторе 5. Затем по команде микроконтроллера 4, прерыватель 2 коммутирует источник тока 3 с термоэлектрическим преобразователем 1, по нему начинает протекать ток, охлаждая его согласно зависимости, показанной на фиг.2. Для измерения температуры охлаждаемой поверхности используется этот же термоэлектрический преобразователь 1. Для этого прерыватель 2 по команде микроконтроллера 4 периодически и кратковременно размыкает линию тока, и термоэлектрический преобразователь 1 выдает термоЭДС, пропорциональную температуре собственной поверхности.The method for determining the dew point temperature is as follows. At the initial moment, after the device is turned on, the current line is broken by the chopper 2, no current flows from the
Снижение температуры термоэлектрического преобразователя 1 при протекании по нему постоянного тока идет плавно и равномерно, перепад температуры одинаков между каждыми смежными измеренными значениями (Δt1). Это продолжается до тех пор, пока температура термоэлектрического преобразователя 1 не достигает температуры точки росы. В это время на поверхности термоэлектрического преобразователя 1 происходит конденсация влаги, при этом выделяется энергия (скрытая теплота парообразования ≈2461 Дж/г), температура термоэлектрического преобразователя повышается. Микроконтроллер 4, сравнивая предыдущее и последующее измеренные значения, замечает аномальное изменение перепада (Δt2) и фиксирует температуру термоэлектрического преобразователя 1, при которой произошла конденсация влаги (температура точки росы). Зная температуру точки росы и температуру среды, измеренную ранее, микроконтроллер 4 рассчитывает относительную влажность воздуха. Индикатор 5 показывает одновременно температуру среды (газа), температуру точки росы, а также относительную влажность воздуха (газа).The temperature of the thermoelectric converter 1 decreases when the direct current flows through it smoothly and evenly, the temperature difference is the same between each adjacent measured values (Δt 1 ). This continues until the temperature of the thermoelectric converter 1 reaches the dew point temperature. At this time, moisture condensation occurs on the surface of thermoelectric converter 1, while energy is released (latent heat of vaporization ≈2461 J / g), the temperature of the thermoelectric converter rises. The microcontroller 4, comparing the previous and subsequent measured values, notices an abnormal change in the differential (Δt 2 ) and fixes the temperature of the thermoelectric converter 1 at which moisture condensation occurred (dew point temperature). Knowing the temperature of the dew point and the temperature of the medium, previously measured, the microcontroller 4 calculates the relative humidity. The indicator 5 simultaneously shows the temperature of the medium (gas), the temperature of the dew point, as well as the relative humidity of the air (gas).
Скорость охлаждения термоэлектрического преобразователя 1, за счет силы протекающего тока, выбирают оптимальной. С одной стороны, скорость охлаждения должна быть достаточно высокой, чтобы термоэлектрический преобразователь 1 не успевал нагреваться за счет теплопроводности выводов и конвекционного движения газа у поверхности. С другой стороны, перепад температуры за счет охлаждения между последующим и предыдущим измерениями должен быть не таким большим, чтобы различить и зарегистрировать аномальный скачок температуры при конденсации влаги на фоне равномерного спада температуры. Исходя из этого необходимо изготовить металлические выводы термоэлектрического преобразователя с сечением не более, чем это нужно для протекания максимального охлаждающего тока.The cooling rate of the thermoelectric converter 1, due to the strength of the flowing current, is chosen optimal. On the one hand, the cooling rate should be high enough so that the thermoelectric converter 1 does not have time to heat up due to the thermal conductivity of the leads and the convection movement of gas at the surface. On the other hand, the temperature difference due to cooling between the subsequent and previous measurements should not be so large as to distinguish and register an abnormal temperature jump during moisture condensation against the background of a uniform temperature drop. Based on this, it is necessary to fabricate the metal leads of the thermoelectric converter with a cross-section no more than that necessary for the maximum cooling current to flow.
Оптимальность выбора площади конденсационной поверхности заключается в том, что она должна быть минимальной с точки зрения потери холода за счет конвекции, диффузии с окружающей средой, но с другой стороны максимальной, чтобы при конденсации выделилось достаточное количество теплоты (скрытая теплота парообразования), с целью зарегистрировать аномальное изменение перепада температуры при выпадении конденсата, а масса конденсата и соответственно количество выделившегося тепла пропорциональны площади поверхности.The optimality of the choice of the area of the condensation surface is that it should be minimal in terms of cold loss due to convection, diffusion with the environment, but on the other hand maximal so that a sufficient amount of heat is released during condensation (latent heat of vaporization) in order to register an abnormal change in temperature difference during condensate precipitation, and the mass of condensate and, accordingly, the amount of heat released are proportional to the surface area.
Например, если взять микроконтроллер с максимальной тактовой частотой 1 МГц, то длительность каждого измерения температуры и прерывания тока составляет не более 1 мкс. При этом известно, что полупроводниковые термоэлектрические преобразователи сами по себе малоинерционны, так что их температуру можно снижать со скоростью 10°С/сек и более. Если температурный диапазон принять равным 100°C, то при скорости охлаждения 10°С/сек время охлаждения составляет 10 сек. При частоте измерения температуры 1000 Гц разница температур (градация) между предыдущим и последующим измеренными значениями составит ~0.01°С. Это очень высокое разрешение. От соотношения размеров (площади) и массы термоэлектрического преобразователя, на котором выпадает конденсат, возможны различные варианты поведения температуры охлаждаемой поверхности:For example, if we take a microcontroller with a maximum clock frequency of 1 MHz, then the duration of each temperature measurement and current interruption is no more than 1 μs. Moreover, it is known that semiconductor thermoelectric converters themselves are low inertia, so that their temperature can be reduced at a rate of 10 ° C / s or more. If the temperature range is taken to be 100 ° C, then at a cooling rate of 10 ° C / s, the cooling time is 10 seconds. At a frequency of temperature measurement of 1000 Hz, the temperature difference (gradation) between the previous and subsequent measured values will be ~ 0.01 ° C. This is a very high resolution. From the ratio of the size (area) and mass of the thermoelectric converter, on which the condensate precipitates, various options for the behavior of the temperature of the cooled surface are possible:
масса конденсата по сравнению с массой термоэлектрического преобразователя мала, выделившегося количества теплоты недостаточно, перепад температуры из-за конденсации может быть не замечен (обычный перепад между двумя измерениями);the mass of condensate compared with the mass of the thermoelectric converter is small, the amount of heat released is not enough, the temperature difference due to condensation may not be noticed (the usual difference between two measurements);
масса конденсата такова, что охлаждение и выделившееся тепло компенсируют друг друга, перепад температуры равен нулю;the mass of condensate is such that cooling and the generated heat cancel each other out; the temperature difference is zero;
масса конденсата и соответственно выделившееся количество тепла таковы, что температура термоэлектрического преобразователя к следующему измерению, наоборот, повышается.the mass of condensate and, correspondingly, the released amount of heat are such that the temperature of the thermoelectric converter increases by the next measurement.
Это позволяет зафиксировать момент выпадения конденсата с высокой точностью. Необходимо отметить, что в последующем, после выпадения конденсата следует его испарение с дополнительным охлаждением поверхности.This allows you to capture the moment of condensation with high accuracy. It should be noted that subsequently, after condensate has precipitated, its evaporation follows with additional cooling of the surface.
Преимущество заявленного способа измерения по сравнению с аналогами и прототипом обеспечивается:The advantage of the claimed measurement method in comparison with analogues and prototype is provided:
отсутствием промежуточных элементов между холодильником и конденсирующей поверхностью; нет необходимости измерения потока тепла от холодильника к конденсирующей поверхности, что само по себе является трудоемким процессом, приводящим к дополнительной погрешности;the absence of intermediate elements between the refrigerator and the condensing surface; there is no need to measure the heat flux from the refrigerator to the condensing surface, which in itself is a time-consuming process, leading to additional error;
отсутствием промежуточных элементов между измеряемым объектом и измерителем, измерение температуры поверхности конденсации производится этим же термоэлектрическим преобразователем, что повышает точность и быстродействие измерения.the absence of intermediate elements between the measured object and the meter, the measurement of the surface temperature of the condensation is made by the same thermoelectric converter, which increases the accuracy and speed of measurement.
В прототипе регистрируют и определяют температуру точки росы по изменению коэффициента теплоотдачи между газом и конденсационной поверхностью. Но это уже вторичный эффект, первичным является скачок температуры конденсационной поверхности, приводящий к изменению коэффициента теплоотдачи.In the prototype, the dew point temperature is recorded and determined by a change in the heat transfer coefficient between the gas and the condensation surface. But this is a secondary effect, the primary is the temperature jump of the condensation surface, leading to a change in the heat transfer coefficient.
Если даже на конденсационной поверхности установить датчик температуры, то, во-первых, необходимо обеспечить надежный тепловой контакт, а во-вторых, нужно некоторое время, чтобы температура датчика стала такой же, как и конденсационной поверхности, то есть возникает инерционность, погрешность измерения.Even if a temperature sensor is installed on the condensation surface, then, firstly, it is necessary to ensure reliable thermal contact, and secondly, it takes some time for the temperature of the sensor to become the same as the condensation surface, that is, inertia, measurement error occurs.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104814/28A RU2316758C2 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Method of measurement of dew point temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104814/28A RU2316758C2 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Method of measurement of dew point temperature |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006104814A RU2006104814A (en) | 2007-09-20 |
| RU2316758C2 true RU2316758C2 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=39266432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006104814/28A RU2316758C2 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Method of measurement of dew point temperature |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2316758C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212806U1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-08-09 | Юрий Владимирович Рыженко | Device for determining flue gas dew point temperature |
-
2006
- 2006-02-16 RU RU2006104814/28A patent/RU2316758C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212806U1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-08-09 | Юрий Владимирович Рыженко | Device for determining flue gas dew point temperature |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006104814A (en) | 2007-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6898605B2 (en) | Dew point measurement method and dew point measurement device | |
| DK2751531T3 (en) | Flow sensor for determining a flow parameter and method for determining the same | |
| CN104220868B (en) | Hygrometer and possess this hygroscopic constant temperature and humidity cabinet | |
| GB2157447A (en) | Heat exchange equipment | |
| US5165793A (en) | Dew point measuring method and apparatus | |
| CN111933974B (en) | Method for testing dew point temperature of humidifying reaction gas of fuel cell | |
| RU2316759C2 (en) | Humidity metering device | |
| RU2316758C2 (en) | Method of measurement of dew point temperature | |
| US20100086005A1 (en) | Method and apparatus for determining a phase transition of a substance | |
| Ancey et al. | New concept of integrated Peltier cooling device for the preventive detection of water condensation | |
| JP2007285885A (en) | Sensor part structure for dew point transmitter, and dew point transmitter | |
| KR102257190B1 (en) | Thermal conductivity measurement system and thermal conductivity measurement method thereof | |
| Shannon et al. | Thin-film resistance sensor for measuring liquid mass fraction in super-heated refrigerant | |
| JP3608655B2 (en) | Refrigeration capacity test method and apparatus | |
| JP2004045290A (en) | Flow meter | |
| RU2170924C2 (en) | Method of determination of contact thermal resistances | |
| JPS5923369B2 (en) | Zero-level heat flow meter | |
| JP5167008B2 (en) | Condensation amount controllable environment test apparatus and method for controlling condensation amount | |
| RU2361184C2 (en) | Device for determining heat transfer characteristics | |
| CN202793484U (en) | Flow sensor | |
| SU1642345A1 (en) | Method of determination of thermal conductivity of materials | |
| SU1728757A1 (en) | Method for determination of dew point | |
| SU1659815A1 (en) | Method of determining thermal conductivity of a material | |
| SU1062586A1 (en) | Material thermal physical property determination device | |
| RU2356039C2 (en) | Hydrodeik |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090217 |