RU2334255C1

RU2334255C1 - Hygrometer

Info

Publication number: RU2334255C1
Application number: RU2007112305/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Григорьевич Володин (RU); Юрий Григорьевич Володин; Геннадий Нестерович Халтурин (RU); Геннадий Нестерович Халтурин
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-09-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: hygrometer contains measuring chamber, thermoelectric pile, condensation mirror contacting to the thermoelectric pile, throttling device, coolant feed and drain channels, dew point detector, control unit. The hygrometer contains second condensation mirror coupled with the throttling device and coolant feed and drain channels working surface of which is paralleled to working surface of first condensation mirrors. And condensation mirrors are attached so that to provide possibility of multiple reflections of light beams from their working surfaces.

EFFECT: improved measurement accuracy of gas dew point and expansion of measurement range.

1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - измерение газов по точке росы. Известен гигрометр, содержащий измерительную камеру, конденсационное зеркало, дроссельное устройство, каналы для подвода и отвода хладагента, детектор точки росы, органы управления и контроля [1].The invention relates to techniques for measuring the humidity of gases. The preferred area of use is gas measurement by dew point. Known hygrometer containing a measuring chamber, a condensation mirror, a throttle device, channels for supplying and discharging refrigerant, a dew point detector, controls and controls [1].

В этом гигрометре охлаждение конденсационного зеркала для измерения точки росы газа может производиться путем дросселирования сжатых газов или с помощью охлаждающих агентов. Использование для охлаждения конденсационного зеркала электрической энергии (термобатарей) не предусмотрено, что ограничивает область его использования.In this hygrometer, the condensation mirror for measuring the gas dew point can be cooled by throttling the compressed gases or by using cooling agents. The use of electric energy (thermal batteries) for cooling the condensation mirror is not provided, which limits the scope of its use.

Известен гигрометр, содержащий измерительную камеру, термобатарею, конденсационное зеркало, установленное в контакте с термобатареей, дроссельное устройство, каналы для подвода и отвода хладагента, детектор точки росы, органы управления и контроля [2], принятый за прототип.A known hygrometer containing a measuring chamber, a thermal battery, a condensation mirror installed in contact with the thermal battery, a throttle device, channels for supplying and discharging refrigerant, a dew point detector, controls and controls [2], adopted for the prototype.

В данном гигрометре охлаждение конденсационного зеркала для измерения точки росы газа может производиться путем дросселирования сжатых газов, с помощью охлаждающих агентов, а также с помощью термобатареи (электрической энергии), что существенно расширяет область его использования. Недостаток этого гигрометра заключается в следующем. Конденсационное зеркало имеет сравнительно большой диаметр и, соответственно, сравнительно большую массу из-за наличия кольцевой проточки, полость которой сообщена с открытым участком охлаждаемой поверхности конденсационного зеркала. Вследствие этого увеличивается неравномерность температур по рабочей поверхности конденсационного зеркала, в результате чего снижается точность измерений точки росы газа. В случае низких значений точки росы газа, например, ниже минус 50°С, при одноразовом отражении световых лучей от рабочей поверхности конденсационного зеркала, существенно снижается точность детектирования момента образования росы. Кроме того, с увеличением массы конденсационного зеркала, охлаждаемого с помощью термобатареи, существенно уменьшается диапазон достигаемых отрицательных температур, при которых возможно измерение точки росы газа.In this hygrometer, a condensation mirror for measuring the gas dew point can be cooled by throttling compressed gases, using cooling agents, and also using a thermopile (electrical energy), which significantly expands its field of use. The disadvantage of this hygrometer is as follows. The condensation mirror has a relatively large diameter and, accordingly, a relatively large mass due to the presence of an annular groove, the cavity of which is in communication with the open area of the cooled surface of the condensation mirror. As a result, the temperature unevenness along the working surface of the condensation mirror increases, as a result of which the accuracy of measurements of the gas dew point is reduced. In the case of low values of the gas dew point, for example, below minus 50 ° C, with a single reflection of light rays from the working surface of the condensation mirror, the accuracy of detecting the moment of dew formation is significantly reduced. In addition, with an increase in the mass of the condensation mirror cooled by means of a thermopile, the range of attainable negative temperatures at which the gas dew point measurement is possible is significantly reduced.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи по улучшению технических характеристик гигрометра.The present invention is directed to solving the problem of improving the technical characteristics of the hygrometer.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении точности измерений точки росы газа и в расширении диапазона отрицательных температур конденсационного зеркала, охлаждаемого с помощью термобатарей, при которых возможно измерение точки росы газа.The technical result that can be obtained by implementing the invention is to increase the accuracy of measurements of the gas dew point and to expand the range of negative temperatures of the condensation mirror cooled by thermal batteries, at which it is possible to measure the dew point of gas.

Указанный результат достигается тем, что в гигрометре, содержащем измерительную камеру, термобатарею, конденсационное зеркало, установленное в контакте с термобатареей, дроссельное устройство, каналы для подвода и отвода хладагента, детектор точки росы, органы управления и контроля, установлено второе конденсационное зеркало, сообщенное с дроссельным устройством и каналами для подвода и отвода хладагента, рабочая поверхность которого параллельна рабочей поверхности первого конденсационного зеркала.This result is achieved by the fact that in the hygrometer containing the measuring chamber, the thermopile, a condensation mirror installed in contact with the thermopile, a throttle device, channels for supplying and discharging refrigerant, a dew point detector, controls and controls, a second condensation mirror is installed, communicated with throttle device and channels for supplying and discharging refrigerant, the working surface of which is parallel to the working surface of the first condensation mirror.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре установлено второе конденсационное зеркало, сообщенное с дроссельным устройством и каналами для подвода и отвода хладагента, рабочая поверхность которого параллельна рабочей поверхности первого конденсационного зеркала. В результате этого конденсационные зеркала могут быть выполнены с существенно меньшими размерами и, соответственно, с существенно меньшей массой. Кроме того, при наличии двух конденсационных зеркал обеспечивается возможность многократного отражения световых лучей от их рабочих поверхностей. Вследствие этого существенно повышается точность измерений точки росы газа.Distinctive features of the prototype of the invention are that the proposed hygrometer has a second condensation mirror in communication with a throttle device and channels for supplying and discharging refrigerant, the working surface of which is parallel to the working surface of the first condensing mirror. As a result of this, condensation mirrors can be made with significantly smaller sizes and, accordingly, with a significantly lower mass. In addition, with two condensation mirrors, it is possible to repeatedly reflect light rays from their working surfaces. As a result, the accuracy of measurements of the gas dew point is significantly increased.

Вариант практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежом, на котором показан гигрометр в разрезе.A variant of the practical implementation of the invention is illustrated in the drawing, which shows a hygrometer in section.

Гигрометр включает корпус 1, выполненный из теплоизоляционного материала, измерительную камеру 2, термобатарею 3 с радиатором охлаждения 4, конденсационное зеркало 5, установленное на «холодном» спае термобатареи 3, контактный датчик температуры 6, конденсационное зеркало 7, дроссельное устройство 8, источник световых лучей 9, световод 10, фотоприемник 11, световод 12, канал для входа хладагента 13, канал для выхода хладагента 14, полость 15, входной трубопровод 16 и выходной трубопровод 17.The hygrometer includes a housing 1 made of heat-insulating material, a measuring chamber 2, a thermopile 3 with a cooling radiator 4, a condensation mirror 5 mounted on the “cold” joint of the thermopile 3, a contact temperature sensor 6, a condensation mirror 7, a throttle device 8, a light source 9, a light guide 10, a photodetector 11, a light guide 12, a channel for introducing a refrigerant 13, a channel for exiting a refrigerant 14, a cavity 15, an inlet pipe 16 and an outlet pipe 17.

Контактный датчик температуры 6 выполнен с возможностью переключения для измерения температур конденсационного зеркала 5 или конденсационного зеркала 7. Для достижения более низких температур термобатарея 3 выполнена трехкаскадной. Вход и выход световодов 10, 12 направлены под углом к конденсационному зеркалу 7, обеспечивающим многократное отражение световых лучей от рабочих поверхностей конденсационных зеркал 5, 7, например, не менее пяти отражений. Источник световых лучей 9, световод 10, конденсационное зеркало 7, конденсационное зеркало 5, световод 12, фотоприемник 11 и электрическая схема (на чертеже не показана) представляет собой детектор точки росы.The contact temperature sensor 6 is configured to switch to measure the temperature of the condensation mirror 5 or condensation mirror 7. To achieve lower temperatures, the thermopile 3 is made three-stage. The input and output of the optical fibers 10, 12 are directed at an angle to the condensation mirror 7, providing multiple reflection of light rays from the working surfaces of the condensation mirrors 5, 7, for example, at least five reflections. A light source 9, a light guide 10, a condensation mirror 7, a condensation mirror 5, a light guide 12, a photodetector 11, and an electrical circuit (not shown) are a dew point detector.

Гигрометр работает следующим образом. Световые лучи, исходящие от источника световых лучей 9, по световоду 10 направляются на рабочую поверхность конденсационного зеркала 7. Многократно отражаясь от рабочих поверхностей конденсационных зеркал 7, 5, световые лучи по световоду 12 попадают в фотоприемник 11, вызывая электрический сигнал в цепи детектора точки росы. Одновременно с этим анализируемый газ по входному трубопроводу 16 подается в измерительную камеру 2 и, обтекая рабочие поверхности конденсационных зеркал 5, 7, по выходному трубопроводу 17 сбрасывается в атмосферу. Конденсационное зеркало 5 охлаждается с помощью термобатареи 3, а конденсационное зеркало 7 путем дросселирования сжатого газа или с помощью хладагентов.The hygrometer works as follows. The light rays emanating from the source of light rays 9 are directed through the light guide 10 to the working surface of the condensation mirror 7. Repeatedly reflected from the working surfaces of the condensation mirrors 7, 5, the light rays go through the light guide 12 to the photodetector 11, causing an electrical signal in the dew point detector circuit . At the same time, the analyzed gas is supplied through the inlet pipe 16 to the measuring chamber 2 and, flowing around the working surfaces of the condensation mirrors 5, 7, is discharged into the atmosphere through the outlet pipe 17. The condensation mirror 5 is cooled using a thermopile 3, and the condensation mirror 7 is throttled by compressed gas or using refrigerants.

Для охлаждения конденсационного зеркала 5 электрическое напряжение подводится к термобатарее 3, в результате чего «холодный» спай термобатареи 3 охлаждается, а тепло «горячего» спая с помощью радиатора охлаждения 4 отводится в атмосферу. При этом рабочая поверхность неохлаждаемого конденсационного зеркала 7 используется как отражатель световых лучей.To cool the condensation mirror 5, the electric voltage is supplied to the thermopile 3, as a result of which the “cold” junction of the thermopile 3 is cooled, and the heat of the “hot” junction is removed to the atmosphere using the cooling radiator 4. In this case, the working surface of the uncooled condensation mirror 7 is used as a reflector of light rays.

При охлаждении конденсационного зеркала 7 путем дросселирования сжатого газа сжатый газ подается в дроссельное устройство 8. После дросселирования охлажденный газ поступает в полость 15, обтекает нерабочую поверхность конденсационного зеркала 7, охлаждает его и затем по каналу для выхода хладагента 14 сбрасывается в атмосферу. При этом рабочая поверхность неохлаждаемого конденсационного зеркала 5 используется как отражатель световых лучей.When cooling the condensation mirror 7 by throttling the compressed gas, the compressed gas is supplied to the throttle device 8. After throttling, the cooled gas enters the cavity 15, flows around the idle surface of the condensation mirror 7, cools it, and then is discharged into the atmosphere through the channel for the exit of refrigerant 14. In this case, the working surface of the uncooled condensation mirror 5 is used as a reflector of light rays.

При охлаждении конденсационного зеркала 7 с помощью хладагентов их пары по каналу для входа хладагента 13 поступают в полость 15, обтекают нерабочую поверхность конденсационного зеркала 7, охлаждают его и затем по каналу для выхода хладагента 14 сбрасываются в атмосферу. При этом рабочая поверхность неохлаждаемого конденсационного зеркала 5 используется как отражатель световых лучей.When the condensation mirror 7 is cooled with the help of refrigerants, their pairs enter the cavity 15 through the channel for entering the refrigerant 13, flow around the inoperative surface of the condensation mirror 7, cool it, and then are discharged into the atmosphere through the channel for the exit of refrigerant 14. In this case, the working surface of the uncooled condensation mirror 5 is used as a reflector of light rays.

В момент образования росы на рабочей поверхности охлаждаемого конденсационного зеркала 5 или 7 интенсивность световых лучей, попадающих в фотоприемник 11, в результате рассеяния света скачкообразно уменьшается. Температура охлаждаемого конденсационного зеркала 5 или 7, измеряемая в этот момент контактным датчиком температуры 6, принимается за точку росы анализируемого газа.At the time of dew formation on the working surface of the cooled condensation mirror 5 or 7, the intensity of the light rays entering the photodetector 11, as a result of light scattering, decreases stepwise. The temperature of the cooled condensation mirror 5 or 7, measured at this moment by the contact temperature sensor 6, is taken as the dew point of the analyzed gas.

По сравнению с прототипом предлагаемый гигрометр позволяет существенно повысить точность измерений точки росы газа и расширить диапазон отрицательных температур конденсационного зеркала, охлаждаемого с помощью термобатарей, при которых возможно измерение точки росы газа.Compared with the prototype, the proposed hygrometer can significantly increase the accuracy of measurements of the gas dew point and expand the range of negative temperatures of the condensation mirror cooled by thermal batteries, at which it is possible to measure the gas dew point.

Источники информацииInformation sources

1. Измеритель примесей в сжатых газах. Патент РФ №2191372, 20.10.02, 7 G01N 25/56.1. Measuring instrument for impurities in compressed gases. RF patent No. 2191372, 10.20.02, 7 G01N 25/56.

2. Гигрометр точки росы (варианты). Патент РФ №2239853, 10.11.04. 7 G01W 01/11.2. Hygrometer dew point (options). RF patent No. 2239853, 10.11.04. 7 G01W 01/11.

Claims

A hygrometer comprising a measuring chamber, a thermopile, a condensation mirror installed in contact with the thermopile, a throttle device, channels for supplying and discharging refrigerant, a dew point detector, controls and controls, characterized in that a second condensation mirror is connected to the throttle device and channels for supplying and discharging refrigerant, the working surface of which is parallel to the working surface of the first condensation mirror, condensing mirrors are installed in such a way That it is possible to multiple reflection light rays from their working surfaces.