RU2506574C1 - Method to determine moisture content in gases and device for its realisation - Google Patents

Method to determine moisture content in gases and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2506574C1
RU2506574C1 RU2012123533/28A RU2012123533A RU2506574C1 RU 2506574 C1 RU2506574 C1 RU 2506574C1 RU 2012123533/28 A RU2012123533/28 A RU 2012123533/28A RU 2012123533 A RU2012123533 A RU 2012123533A RU 2506574 C1 RU2506574 C1 RU 2506574C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
float
pressure
moisture content
gas
lab
Prior art date
Application number
RU2012123533/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012123533A (en
Inventor
Юрий Алексеевич Барбар
Константин Абрамович Томский
Владимир Петрович Катушкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "ТКА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "ТКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие "ТКА"
Priority to RU2012123533/28A priority Critical patent/RU2506574C1/en
Publication of RU2012123533A publication Critical patent/RU2012123533A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2506574C1 publication Critical patent/RU2506574C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement of gas moisture content. The method consists in the fact that gas is exposed to compression in a closed measurement chamber, in which an equal-arm yoke is installed, equipped with a measuring float and a counterweight, until pressure, at which gas density becomes equal to density of the measurement float, which is determined by float surfacing and horizontal position of the yoke, the values of temperature and pressure are recorded in the closed measurement chamber at the moment of float surfacing, and using the measured values, they determine the value of moisture content of the investigated gas according to the following ratios: d(g/kg dry air)=[msteam (g)]÷[mdry×10-3 (kg)]=(A×E)÷{[mfloat÷(Plab+ΔPexc)]-(A×E)×10-3} (l), where A=(ρsteam×103)÷(ρdrysteam)=1638.8 - constant (2) ρsteam - water steam density, ρsteam=0.803 g/litre ρdry - dry air density, ρdry=1.293 g/litre E={[ρdry×Vfloat×T0]÷[P0×(T0+tlab)]-mfloat÷(Plab+ΔPexc)} (3), where Vfloat - volume of the float (in litres), mfloat - weight of the float with account of counterweight (in g), T0=273°C, tlab - temperature of the investigated air, °C, P0 - normal atmospheric pressure, P0=760 mm of mercury column, Plab - pressure in the laboratory, mm of mercury column, ΔPexc - value of excessive pressure ΔPexc=(Pchamber-Plab), mm of mercury column. Pchamber - pressure in the measurement chamber at the moment of float surfacing, mm of mercury column.
EFFECT: reduced operating costs and higher safety of measurements.

Description

Изобретение относится к области измерения влагосодержания газов. Влагосодержание газа, т.е. масса водяного пара в газе, выражается в (г/кг сух. воздуха) и имеет важное значение во многих областях науки и техники. Зная значение влагосодержания газа, можно вычислить любые гигрометрические параметры газа, в том числе абсолютную и относительную влажность, при любой температуре.The invention relates to the field of measuring the moisture content of gases. The moisture content of the gas, i.e. the mass of water vapor in a gas is expressed in (g / kg dry air) and is important in many fields of science and technology. Knowing the value of the moisture content of the gas, you can calculate any hygrometric parameters of the gas, including absolute and relative humidity, at any temperature.

Известны различные способы (методы) измерения и воспроизведения величин влажности газов, представленные в РМГ 75-2004 (Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Измерения влажности веществ. Термины и определения). Обычно влагосодержание, зависящее от температуры газа, давления и относительной влажности, определяют по температуре точки росы, что достигается либо охлаждением газа, либо изменением его давления. Самой значимой и затратной операцией является изменение температуры газа, поскольку требует либо расхода дорогостоящего азота, либо сложного и дорогостоящего оборудования (термостаты, изотермические камеры давления и т.п.).There are various methods (methods) for measuring and reproducing gas humidity values presented in RMG 75-2004 (Recommendations on interstate standardization. GSI. Measurement of humidity of substances. Terms and definitions). Typically, the moisture content, which depends on the temperature of the gas, pressure and relative humidity, is determined by the dew point temperature, which is achieved either by cooling the gas or by changing its pressure. The most significant and costly operation is to change the temperature of the gas, because it requires either the consumption of expensive nitrogen, or complex and expensive equipment (thermostats, isothermal pressure chambers, etc.).

Известен «Способ и устройство для измерения точки росы», патент №2186375, 2000 г., патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П.Бармина», в котором измеряется точка росы за счет измерения количества выпавшего конденсата и температуры на влагочувствительном элементе одним измерительным средством. Этот способ является дорогостоящим и длительным по времени определения влажности газов, а для его реализации используется громоздкое устройство. Кроме того, при измерении данным способом необходимо производить демонтаж гигрометра с объекта эксплуатации и доставку его в поверочную лабораторию.The well-known "Method and device for measuring the dew point", patent No. 2186375, 2000, patent holder of the Federal State Unitary Enterprise "Design Office of General Engineering named after VP Barmin", which measures the dew point by measuring the amount of condensate and temperature on the moisture-sensing element with one measuring tool.This method is expensive and time-consuming for determining the humidity of gases, and for its implementation a bulky device is used.In addition, when measuring annym way necessary to dismantle the hygrometer with the operation of the facility and deliver it in a calibration laboratory.

Наиболее близким к заявляемому, взятым за прототип, является «Способ определения влагосодержания газов и устройство для его осуществления» по патенту №2450262, заявка №2010150710 с приоритетом 07.12.2010, патентообладатель «Закрытое акционерное общество "МЕРА"». В известном способе выполняются следующие операции - из исследуемого газа с неизвестной влажностью при измеренных значениях фактической его температуры и давления отбирается проба в измерительную камеру, проба газа в камере известного объема подвергается сжатию до давления (состояние водяного пара), при котором выпадает роса (конденсат), измеряются давление и температура, при которых выпал конденсат и по эмпирическим зависимостям, описывающим номограмму в системе координат [кг воды/кг газа - давление (для различных температур}, для измеренных значений давления и температуры, при которых выпал конденсат, определяют значение массового отношения влаги газа d [кг/кг].Closest to the claimed, taken as a prototype, is the "Method for determining the moisture content of gases and a device for its implementation" according to patent No. 2450262, application No. 2010150710 with priority 07.12.2010, patent holder "Closed Joint Stock Company" MERA "". In the known method, the following operations are performed: a sample is taken from a test gas with unknown moisture at measured actual temperature and pressure, and a gas sample in a chamber of known volume is compressed to a pressure (state of water vapor) at which dew (condensate) , the pressure and temperature are measured at which the condensate has also precipitated according to empirical dependencies describing the nomogram in the coordinate system [kg of water / kg of gas - pressure (for various temperatures}, for The values of pressure and temperature at which condensate precipitated determine the value of the mass ratio of gas moisture d [kg / kg].

Известное устройство для определения влажности газов содержит измерительную замкнутую камеру, в которой установлены датчики температуры и давления и сигнализатор выпадения конденсата, выводы которых соединены с устройством обработки и управления, кроме того, оно содержит устройство сжатия газа и внешние датчики температуры и давления, выходы которых также соединены с устройством обработки и управления.The known device for determining the humidity of gases contains a closed measuring chamber in which temperature and pressure sensors and a condensation alarm are installed, the terminals of which are connected to a processing and control device, in addition, it contains a gas compression device and external temperature and pressure sensors, the outputs of which also connected to a processing and control device.

Этот способ является надежным и точным, но требует применения большого мембранного компрессора, поскольку нужно сильно сжимать воздух, иногда до десятков атмосфер, пока не выпадет роса. Это потенциально опасно, как и любая другая работа с высокими давлениями. Использование большого мембранного компрессора не позволяет использовать такую установку в мобильной системе поверки гигрометров, предназначенной для поверки гигрометров, находящихся на своих рабочих местах, без возможности их демонтажа на время процедуры поверки.This method is reliable and accurate, but requires the use of a large membrane compressor, since you need to compress the air strongly, sometimes up to tens of atmospheres, until dew drops. This is potentially dangerous, like any other high pressure job. The use of a large membrane compressor does not allow the use of such an installation in a mobile system for calibrating hygrometers designed to calibrate hygrometers at their workplaces without the possibility of dismantling them during the verification procedure.

Задачей заявленного решения является снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат и повышение безопасности измерений.The objective of the claimed solution is to reduce the complexity and operating costs and increase the safety of measurements.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известном способе определения влагосодержания газов, включающем сжатие газа в замкнутой измерительной камере со встроенными датчиками температуры и давления, газ подвергают сжатию до давления, при котором плотность газа становится равной плотности измерительного поплавка, снабженного противовесом, что определяют по всплытию поплавка и горизонтальному положению коромысла, фиксируют значения температуры и давления в замкнутой измерительной камере в момент всплытия поплавка, используя измеренные значения, определяют значение влагосодержания исследуемого газа по следующим соотношениям:This goal is achieved due to the fact that in the known method for determining the moisture content of gases, including gas compression in a closed measuring chamber with built-in temperature and pressure sensors, the gas is compressed to a pressure at which the gas density becomes equal to the density of the measuring float equipped with a counterweight, which is determined on the ascent of the float and the horizontal position of the rocker arm, fix the temperature and pressure in a closed measuring chamber at the time of the ascent of the float, using measured values, determine the value of the moisture content of the test gas according to the following relationships:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Figure 00000002
Figure 00000002

ρпара - плотность водяного пара, ρпара=0,803 г/литрρ steam is the density of water vapor, ρ steam = 0.803 g / liter

ρсух - плотность сухого воздуха, ρсух=1,293 г/литрρ dry - dry air density, ρ dry = 1.293 g / liter

Figure 00000003
Figure 00000003

где Vпопл - объем поплавка (в литрах),where V popl - the volume of the float (in liters),

mпопл - вес поплавка с учетом противовеса (в граммах),m float - weight of the float, taking into account the counterweight (in grams),

T0=273°C,T 0 = 273 ° C,

tлаб - температура исследуемого воздуха, °C,t lab - temperature of the test air, ° C,

P0 - нормальное атмосферное давление, P0=760 мм рт.ст.,P 0 - normal atmospheric pressure, P 0 = 760 mm Hg,

Pлаб - давление в лаборатории, мм рт.ст.,P lab - pressure in the laboratory, mm Hg,

ΔPизб - величина избыточного давления, ΔPизб=(Pкамера-Pлаб), мм рт.ст.ΔP huts - excess pressure, ΔP huts = (P chamber -P lab ), mm Hg

Pкамера - давление в измерительной камере в момент всплытия поплавка, мм рт.ст.P chamber - pressure in the measuring chamber at the time of float surfacing, mmHg

Поставленная цель достигается за счет того, что известное устройство для определения влагосодержания газов, содержащее замкнутую измерительную камеру со встроенными датчиками температуры и давления, дополнительно снабжено установленным в измерительной камере равноплечевым коромыслом, при этом на одной стороне коромысла расположен измерительный полый герметичный поплавок известного веса и объема, а на другом плече коромысла расположен противовес, кроме того, измерительная камера снабжена вентилем для выпуска пробы газа и вентилем для нагнетания в измерительную камеру пробы исследуемого газа. А также за счет того, что на равноплечевом коромысле установлены весы со стрелкой. Кроме того, устройство может содержать микропроцессор, который предназначен для цифровой обработки результатов измерений и вычисления влагосодержания в исследуемой пробе газа, и электронные весы, соединенные с микропроцессором.This goal is achieved due to the fact that the known device for determining the moisture content of gases, containing a closed measuring chamber with built-in temperature and pressure sensors, is additionally equipped with an equal-arm beam mounted in the measuring chamber, while on one side of the beam there is a measuring hollow hermetic float of known weight and volume and a counterweight is located on the other arm of the rocker arm, in addition, the measuring chamber is equipped with a valve for discharging a gas sample and a valve for For injection of a sample of the test gas into the measuring chamber. And also due to the fact that scales with an arrow are installed on the equal-arm beam. In addition, the device may include a microprocessor, which is designed for digital processing of measurement results and calculation of moisture content in the test gas sample, and electronic scales connected to the microprocessor.

Техническим результатом заявленного способа и устройства является снижение трудоемкости и эксплуатационных затрат и повышение безопасности измерений, за счет того, что в предлагаемом способе нет необходимости получать высокое давление, при котором выпадает конденсат. Поплавок, используемый в заявленном решении, выполнен полым внутри, максимально легким, адаптированным к исследуемой газовой среде, обладающей малой плотностью. Газ подвергают сжатию только до всплытия поплавка, т.е. до давления, при котором плотность газа становится равной плотности измерительного поплавка. Использование известных (экспериментально определенных) параметров поплавка и значений температуры и давления, зафиксированных в камере в момент всплытия поплавка, дает возможность определения влагосодержания по предлагаемому алгоритмуThe technical result of the claimed method and device is to reduce the complexity and operating costs and increase the safety of measurements, due to the fact that in the proposed method there is no need to obtain a high pressure at which condensate precipitates. The float used in the claimed solution is made hollow inside, as light as possible, adapted to the studied gas medium, which has a low density. The gas is compressed only until the float emerges, i.e. to a pressure at which the gas density becomes equal to the density of the measuring float. The use of known (experimentally determined) parameters of the float and the temperature and pressure values recorded in the chamber at the time of float surfacing, makes it possible to determine the moisture content by the proposed algorithm

Достоинства предлагаемого способа и устройства:The advantages of the proposed method and device:

а) для реализации способа не требуется получение высокого давления и использования дорогостоящего оборудования, что повышает безопасность при проведении работ. Мощный компрессор может быть заменен на микрокомпрессор;a) to implement the method does not require high pressure and the use of expensive equipment, which increases safety during work. A powerful compressor can be replaced with a micro compressor;

б) выполнение всех операций предлагаемого способа занимает несколько минут;b) the implementation of all operations of the proposed method takes several minutes;

в) возможность автоматизации процесса получения значения влагосодержания газа, если вместо визуальной фиксации равенства веса поплавка и противовеса использовать электронные весы, помещенные в измерительную камеру и подключенные к микропроцессору.c) the possibility of automating the process of obtaining the moisture content of gas, if instead of visually fixing the equality of the weight of the float and the counterweight, use electronic scales placed in the measuring chamber and connected to the microprocessor.

г) предлагаемое решение позволяет создать устройство для периодической поверки приборов измерения влажности газов, без их демонтажа с объекта эксплуатации, в рабочих условиях;d) the proposed solution allows you to create a device for periodic calibration of instruments for measuring the humidity of gases, without dismantling them from the facility, in operating conditions;

д) погрешность предлагаемого способа (метода) зависит только от погрешностей применяемых средств измерений (давления и температуры) и может иметь предельно малые значения.d) the error of the proposed method (method) depends only on the errors of the used measuring instruments (pressure and temperature) and can have extremely small values.

Заявленное решение поясняется чертежом, на котором представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.The claimed solution is illustrated by the drawing, which shows a device that implements the proposed method.

Устройство для определения влагосодержания газов состоит из измерительной камеры 4, в которой установлены безинерционные датчики температуры 1, давления 2 и равноплечевое коромысло 3, в центре которого расположена стрелка весов 9, на одной стороне коромысла 3 находится измерительный полый герметичный поплавок 7, а на другом плече коромысла 3 помещен свинцовый противовес 8. Вентиль 6 служит для выпуска пробы газа. Вентиль 5 служит для нагнетания в измерительную камеру 4 пробы исследуемого газа. В состав устройства может также входить микропроцессор, который предназначен для цифровой обработки результатов измерений и вычисления влагосодержания в исследуемой пробе газа. Измерительный поплавок 7 выполнен герметичным и полым внутри, максимально легким, адаптированным к исследуемой газовой среде. Вес и объем поплавка 7 определяется экспериментально, а вес противовеса 8 подбирается близким к весу поплавка.A device for determining the moisture content of gases consists of a measuring chamber 4, in which there are installed inertialess sensors for temperature 1, pressure 2 and an equal-arm rocker 3, in the center of which there is an arrow of the balance 9, on one side of the rocker 3 there is a measuring hollow sealed float 7, and on the other shoulder rocker arm 3 is placed a lead counterweight 8. Valve 6 is used to release a sample of gas. The valve 5 is used to inject samples of the test gas into the measuring chamber 4. The device may also include a microprocessor, which is designed to digitally process the measurement results and calculate the moisture content in the test gas sample. The measuring float 7 is sealed and hollow inside, as light as possible, adapted to the studied gas environment. The weight and volume of the float 7 is determined experimentally, and the weight of the counterweight 8 is selected close to the weight of the float.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. Газ, подлежащий определению его влагосодержания, нагнетается мембранным компрессором небольшой мощности в герметично закрытую измерительную камеру 4 со встроенными безинерционными аналого-цифровыми датчиками температуры 1 и давления 2. При увеличении давления исследуемого газа возрастает его плотность и при достижения равенства веса поплавка 7 и противовеса 8 поплавок «всплывает». Факт достижения равенства веса измерительного поплавка 7 и противовеса 8 фиксируется по горизонтальному положению коромысла 3 (стрелка весов 9 находится на отметке «0»), коромысло принимает горизонтальное положение. В этот момент фиксируются значения температуры и давления, которые используются для вычисления влагосодержания и других параметров газа, либо поступают в цифровом виде в микропроцессор, для обработки результатов измерений и соответствующих вычислений. А при использовании электронных весов появляется возможность автоматизации всего процесса измерений.The principle of operation of the proposed device is as follows. The gas to be determined by its moisture content is pumped by a small-capacity membrane compressor into a hermetically sealed measuring chamber 4 with integrated inertia-free analog-digital sensors of temperature 1 and pressure 2. When the pressure of the test gas increases, its density increases and when the weight of the float 7 and the counterweight 8 of the float are reached "Pops up." The fact that the weight of the measuring float 7 and the counterweight 8 is equal is fixed by the horizontal position of the rocker arm 3 (the arrow of the balance 9 is at “0”), the rocker arm is in a horizontal position. At this moment, the temperature and pressure are fixed, which are used to calculate the moisture content and other parameters of the gas, or are digitally transmitted to the microprocessor to process the measurement results and the corresponding calculations. And when using electronic scales, it becomes possible to automate the entire measurement process.

В предлагаемом способе выполняются следующие операции:In the proposed method, the following operations are performed:

1) исследуемый газ (например, воздух лаборатории) с неизвестной влажностью при известных (измеренных) значениях температуры и давления отбирается в измерительную камеру, при этом фиксируют температуру tлаб и давление Pлаб в лаборатории;1) the test gas (for example, laboratory air) with unknown humidity at known (measured) temperature and pressure values is taken into the measuring chamber, while the temperature t lab and pressure P lab in the laboratory are recorded;

2) проба газа в измерительной камере подвергается сжатию до момента всплытия поплавка, т.е. до давления, при котором плотность газа становится равной плотности измерительного поплавка, снабженного противовесом;2) the gas sample in the measuring chamber is compressed until the float emerges, i.e. to a pressure at which the gas density becomes equal to the density of the measuring float equipped with a counterweight;

3) измеряется давление Pкамера и температура, при которых достигнуто это равенство (в момент всплытия поплавка) и определяют величину избыточного давления ΔPизб=Pкамера-Pлаб;3) the pressure P chamber and the temperature at which this equality is achieved (at the time the float emerges) are measured and the overpressure ΔP log = P chamber -P lab is determined;

4) измеренные значения tлаб, Pлаб, ΔPизб передают в микропроцессорное устройство обработки данных и по известным соотношениям определяют значение влагосодержания исследуемого воздуха d [г/кг сух.воздуха]:4) the measured values of t lab , P lab , ΔP houses are transferred to a microprocessor-based data processing device, and the moisture content of the test air d [g / kg dry air] is determined by known ratios:

d(г/кг сух.воздуха)=[mпара(г)]-[mсух·10-3 (кг)]=d (g / kg dry air) = [m steam (g)] - [m dry · 10 -3 (kg)] =

=(А·Е)÷{[mпопл-(Pлаб+ΔPизб)]-(A·E)·10-3 }, = (A · E) ÷ {[m pop - (P lab + ΔP log )] - (A · E) · 10 -3 },

где А=(ρпара·103)-(ρсухпара)=1638,8 - константа,where A = (ρ pair · 10 3 ) - (ρ drypair ) = 1638.8 - constant,

ρпара - плотность водяного пара, ρпара=0,803 г/литр,ρ steam is the density of water vapor, ρ steam = 0.803 g / liter,

ρсух - плотность сухого воздуха, ρсух=1,293 г/литр,ρ dry - density of dry air, ρ dry = 1.293 g / liter,

Е={[ρсух·Vпопл·T0]÷[P0·(T0+tлаб)]-mпопл÷(Pлаб+ΔPизб)}E = {[ρ dry · V popl · T 0 ] ÷ [P 0 · (T 0 + t lab )] - m pop ÷ (P lab + ΔP log )}

- функционал, определяющий влияние параметров используемого- functional that determines the influence of the parameters used

поплавка на чувствительность предлагаемого метода,float on the sensitivity of the proposed method,

где Vпопл - объем поплавка (в литрах), определяется экспериментально,where V popl - the volume of the float (in liters), is determined experimentally,

mпопл - вес поплавка (в граммах), определяется экспериментально,m float - weight of the float (in grams), determined experimentally,

T0=273°C, - температура перехода от шкалы Цельсия к шкале абсолютных температур по Кельвину,T 0 = 273 ° C, is the transition temperature from the Celsius scale to the absolute temperature scale according to Kelvin,

tлаб - температура исследуемого воздуха, °C,t lab - temperature of the test air, ° C,

P0 - нормальное атмосферное давление, P0=760 мм рт.ст.,P 0 - normal atmospheric pressure, P 0 = 760 mm Hg,

Pлаб - давление в лаборатории, мм рт.ст.,P lab - pressure in the laboratory, mm Hg,

ΔPизб - величина избыточного давления, ΔPизб=(Pкамера-Pлаб), мм рт.ст.ΔP huts - excess pressure, ΔP huts = (P chamber -P lab ), mm Hg

Pкамера - давление в измерительной камере в момент всплытия поплавка, мм рт.ст.P chamber - pressure in the measuring chamber at the time of float surfacing, mmHg

Контрольную проверку правильности приведенных в алгоритме соотношений можно провести с использованием "i-d" - диаграммы состояния влажного воздухаA check of the correctness of the relationships given in the algorithm can be carried out using the "i-d" - wet air condition diagram

Для пояснения принципа работы предлагаемого устройства рассмотрим практические примеры.To explain the principle of operation of the proposed device, we consider practical examples.

Пример 1. Давление в лаборатории составляет 752 мм ртутного столба, температура в лаборатории 23°C. При этом образцовый термогигрометр показывает значение относительной влажности φ в лаборатории равным 48%. Для дальнейших расчетов используем общепринятую «i-d» диаграмму состояния влажного воздуха (газа), отображающую в графическом виде процессы увлажнения, нагревания, осушения, охлаждения газа [1]. Из этой диаграммы следует, что при указанных значениях давления, температуры и влажности величина влагосодержания d составляет 5,8 (г/кг сух воздуха).Example 1. The laboratory pressure is 752 mm Hg, the laboratory temperature is 23 ° C. In this case, an exemplary thermohygrometer shows a relative humidity φ in the laboratory of 48%. For further calculations, we use the generally accepted “i-d” diagram of the state of moist air (gas), which graphically displays the processes of humidification, heating, drying, gas cooling [1]. From this diagram it follows that at the indicated values of pressure, temperature and humidity, the moisture content d is 5.8 (g / kg air dry).

Мембранным компрессором этот воздух нагнетается в измерительную камеру 4, в которой установлены равноплечевые весы 3 с поплавком 7 и противовесом 8. Экспериментально установлено, что объем поплавка Vпопл=0,1675 литр=167,5 мл.With a membrane compressor, this air is pumped into the measuring chamber 4, in which an equal-arm balance 3 with a float 7 and a counterweight 8 is installed. It has been experimentally established that the volume of the float is V pop = 0.1675 liter = 167.5 ml.

Вес поплавка, с учетом противовеса, mпопл=0,220 г.The weight of the float, taking into account the counterweight, m popl = 0.220 g

При достижении в камере 4 избыточного давления ΔPизб.=88 мм рт.ст. наблюдаем, что поплавок 7 «всплыл». Вес воздуха объемом, равным объему поплавка 7, принял соответственно значение 0,220 г.When the overpressure ΔP gages in the chamber 4 is reached . = 88 mmHg we observe that the float 7 “floated”. The weight of the air with a volume equal to the volume of the float 7, took a value of 0.220 g, respectively.

Из известного уравнения состояния газаFrom the well-known gas equation of state

Figure 00000004
Figure 00000004

можно вычислить молекулярный вес воздухаcan calculate the molecular weight of air

Figure 00000005
Figure 00000005

Масса этого воздуха в лабораторных условиях (без избыточного давления) составляет:The mass of this air in laboratory conditions (without excess pressure) is:

Figure 00000006
Figure 00000006

Вес этого воздуха складывается из веса сухого воздуха и веса водяного пара, с учетом их объемов:The weight of this air is the sum of the weight of dry air and the weight of water vapor, taking into account their volumes:

Figure 00000007
Figure 00000007

Объем воздуха, приведенный к нормальным условиям:Air volume reduced to normal conditions:

Figure 00000008
Figure 00000008

Используя уравнение (4), вычислим объем пара:Using equation (4), we calculate the volume of steam:

Figure 00000009
Figure 00000009

Тогда получаем:Then we get:

Figure 00000010
Figure 00000010

Влагосодержание этого воздуха определяется как:The moisture content of this air is defined as:

Figure 00000011
Figure 00000011

Полученное таким образом значение влагосодержания соотносим с «i-d» диаграммой состояния влажного воздуха и получаем при температуре воздуха 23°C значение относительной влажности φ=48%, это значение соответствует начальным условиям задачи, что и требовалось доказать.The moisture content value obtained in this way is correlated with the “i-d" diagram of the state of moist air and we obtain a relative humidity value of φ = 48% at an air temperature of 23 ° C, this value corresponds to the initial conditions of the problem, which was to be proved.

Пример 2. Давление в лаборатории составляет 750 мм ртутного столба, температура в лаборатории 25°C. При этом образцовый термогигрометр показывает значение относительной влажности φ в лаборатории равным 80%. Из «i-d» диаграммы следует, что при указанных значениях давления, температуры и влажности величина влагосодержания d составляет 16,5 (г/кг сух. воздуха).Example 2. The pressure in the laboratory is 750 mm Hg, the temperature in the laboratory is 25 ° C. In this case, an exemplary thermohygrometer shows a relative humidity φ in the laboratory of 80%. From the “i-d” diagram it follows that at the indicated values of pressure, temperature and humidity, the moisture content d is 16.5 (g / kg dry air).

Объем поплавка Vпопл=0,1675 литр=167,5 мл.The volume of the float V popl = 0.1675 liter = 167.5 ml.

Вес поплавка, с учетом противовеса, mпопл=0,220 г.The weight of the float, taking into account the counterweight, m popl = 0.220 g

При достижении в камере 4 избыточного давления ΔPизб=101,1 мм рт.ст. наблюдаем, что поплавок 7 «всплыл». Вес воздуха объемом, равным объему поплавка 7, принял соответственно значение 0,220 г. Из известного уравнения состояния газа (1) вычисляем молекулярный вес этого сжатого воздухаWhen overpressure ΔP huts = 101.1 mm Hg is reached in chamber 4 we observe that the float 7 “floated”. The weight of the air with a volume equal to the volume of the float 7, took a value of 0.220 g, respectively. From the known gas equation of state (1), we calculate the molecular weight of this compressed air

Figure 00000012
Figure 00000012

Масса этого воздуха в лабораторных условиях (без избыточного давления) составляет:The mass of this air in laboratory conditions (without excess pressure) is:

Figure 00000013
Figure 00000013

Объем воздуха, приведенный к нормальным условиям:Air volume reduced to normal conditions:

Figure 00000014
Figure 00000014

Вес этого воздуха складывается из веса сухого воздуха и веса водяного пара, с учетом их объемов:The weight of this air is the sum of the weight of dry air and the weight of water vapor, taking into account their volumes:

Figure 00000015
Figure 00000015

откуда следует:whence follows:

Figure 00000016
Figure 00000016

Тогда получаем:Then we get:

Figure 00000017
Figure 00000017

Влагосодержание этого воздуха определяется как:The moisture content of this air is defined as:

Figure 00000018
Figure 00000018

Полученное таким образом значение влагосодержания соотносим с «i-d» диаграммой состояния влажного воздуха и получаем при температуре воздуха 25°C значение относительной влажности φ=80%, это значение соответствует начальным условиям задачи, что и требовалось доказать.The moisture content value obtained in this way is correlated with the “i-d" diagram of the state of moist air and we obtain a relative humidity value of φ = 80% at an air temperature of 25 ° C, this value corresponds to the initial conditions of the problem, which was to be proved.

Пример 3. Давление в лаборатории составляет 750 мм ртутного столба, температура в лаборатории 25°C. При этом образцовый термогигрометр показывает значение относительной влажности φ в лаборатории равным 20%. Из «i-d» диаграммы следует, что при указанных значениях давления, температуры и влажности величина влагосодержания d составляет 4,0 (г/кг сух. воздуха).Example 3. The pressure in the laboratory is 750 mm Hg, the temperature in the laboratory is 25 ° C. In this case, an exemplary thermohygrometer shows a value of relative humidity φ in the laboratory of 20%. From the “i-d” diagram it follows that at the indicated values of pressure, temperature and humidity, the moisture content d is 4.0 (g / kg dry air).

Объем поплавка Vпопл=0,1675 литр=167,5 мл.The volume of the float V popl = 0.1675 liter = 167.5 ml.

Вес поплавка, с учетом противовеса, mпопл=0,220 г.The weight of the float, taking into account the counterweight, m popl = 0.220 g

При достижении в камере 4 избыточного давления ΔPизб.=94,8 мм рт.ст. наблюдаем, что поплавок 7 «всплыл». Вес воздуха объемом, равным объему поплавка 7, принял соответственно значение 0,220 г.When the overpressure ΔP gages in the chamber 4 is reached . = 94.8 mmHg we observe that the float 7 “floated”. The weight of the air with a volume equal to the volume of the float 7, took a value of 0.220 g, respectively.

Из известного уравнения состояния газа (1) вычисляем молекулярный вес этого сжатого воздухаFrom the well-known gas equation of state (1), we calculate the molecular weight of this compressed air

Figure 00000019
Figure 00000019

Масса этого воздуха в лабораторных условиях (без избыточного давления) составляет:The mass of this air in laboratory conditions (without excess pressure) is:

Figure 00000020
Figure 00000020

Объем воздуха, приведенный к нормальным условиям:Air volume reduced to normal conditions:

Figure 00000021
Figure 00000021

Вес этого воздуха складывается из веса сухого воздуха и веса водяного пара, с учетом их объемов:The weight of this air is the sum of the weight of dry air and the weight of water vapor, taking into account their volumes:

Figure 00000022
Figure 00000022

Откуда следует:From where it follows:

Figure 00000023
Figure 00000023

Тогда получаем:Then we get:

Figure 00000024
Figure 00000024

Влагосодержание этого воздуха определяется как:The moisture content of this air is defined as:

Figure 00000025
Figure 00000025

Полученное таким образом значение влагосодержания соотносим с «i-d» диаграммой состояния влажного воздуха и получаем при температуре воздуха 25°С значение относительной влажности φ=20%, это значение соответствует начальным условиям задачи, что и требовалось доказать.The moisture content value obtained in this way is correlated with the “i-d" diagram of the state of moist air and we obtain a relative humidity value of φ = 20% at an air temperature of 25 ° С, this value corresponds to the initial conditions of the problem, which was to be proved.

Таким образом, проведенная экспериментально-теоретическая проверка для трех различных состояний исследуемого воздуха показала полную применимость предлагаемых способа и устройства.Thus, the conducted experimental-theoretical verification for three different states of the air under study showed the full applicability of the proposed method and device.

Claims (5)

1. Способ определения влагосодержания газов, включающий сжатие газа в замкнутой измерительной камере со встроенными датчиками температуры и давления, отличающийся тем, что газ подвергают сжатию до давления, при котором плотность газа становится равной плотности измерительного поплавка, снабженного противовесом, что определяют по всплытию поплавка и горизонтальному положению коромысла, фиксируют значения температуры и давления в замкнутой измерительной камере в момент всплытия поплавка и используя измеренные значения определяют значение влагосодержания исследуемого газа по следующим соотношениям:
Figure 00000026

где
Figure 00000027

ρпара - плотность водяного пара, ρпара=0,803 г/литр
ρсух - плотность сухого воздуха, ρсух=1,293 г/литр
Figure 00000028

где Vпопл - объем поплавка (в литрах),
mпопл - вес поплавка с учетом противовеса (в граммах),
T0=273°C,
tлаб - температура исследуемого воздуха, °C,
P0 - нормальное атмосферное давление, P0=760 мм рт.ст.,
Pлаб - давление в лаборатории, мм рт.ст.,
ΔPизб - величина избыточного давления, ΔPизб=(Pкамера-Pлаб) мм рт.ст.
Pкамера - давление в измерительной камере в момент всплытия поплавка, мм рт.ст.
1. The method of determining the moisture content of gases, including gas compression in a closed measuring chamber with built-in temperature and pressure sensors, characterized in that the gas is compressed to a pressure at which the gas density becomes equal to the density of the measuring float equipped with a counterweight, which is determined by the float and the horizontal position of the rocker arm, fix the temperature and pressure in a closed measuring chamber at the time of float surfacing and using the measured values determine ix moisture content of the test gas in the following ratios:
Figure 00000026

Where
Figure 00000027

ρ steam is the density of water vapor, ρ steam = 0.803 g / liter
ρ dry - dry air density, ρ dry = 1.293 g / liter
Figure 00000028

where V popl - the volume of the float (in liters),
m float - weight of the float, taking into account the counterweight (in grams),
T 0 = 273 ° C,
t lab - temperature of the test air, ° C,
P 0 - normal atmospheric pressure, P 0 = 760 mm Hg,
P lab - pressure in the laboratory, mm Hg,
ΔP huts - the value of excess pressure, ΔP huts = (P chamber -P lab ) mm Hg
P chamber - pressure in the measuring chamber at the time of float surfacing, mmHg
2. Устройство для определения влагосодержания газов, содержащее замкнутую измерительную камеру со встроенными датчиками температуры и давления, отличающееся тем, что в измерительной камере установлено равноплечевое коромысло, на одной стороне которого расположен измерительный полый герметичный поплавок известного веса и объема, а на другом плече коромысла расположен противовес, кроме того, измерительная камера снабжена вентилем для нагнетания в измерительную камеру пробы исследуемого газа и вентилем для выпуска пробы газа.2. A device for determining the moisture content of gases, containing a closed measuring chamber with built-in temperature and pressure sensors, characterized in that the measuring chamber has an equal-arm rocker, on one side of which there is a hollow measuring float of known weight and volume, and on the other arm of the rocker counterweight, in addition, the measuring chamber is equipped with a valve for injecting samples of the test gas into the measuring chamber and a valve for discharging the gas sample. 3. Устройство для определения влагосодержания газов по п.2, отличающееся тем, что на равноплечевом коромысле установлены весы со стрелкой.3. A device for determining the moisture content of gases according to claim 2, characterized in that a balance with an arrow is installed on the equal-arm beam. 4. Устройство для определения влагосодержания газов по п.2, отличающееся тем, что оно содержит микропроцессор, который предназначен для цифровой обработки результатов измерений и вычисления влагосодержания в исследуемой пробе газа.4. A device for determining the moisture content of gases according to claim 2, characterized in that it contains a microprocessor that is designed to digitally process the measurement results and calculate the moisture content in the test gas sample. 5. Устройство для определения влагосодержания газов по п.2, отличающееся тем, что оно содержит электронные весы, соединенные с микропроцессором. 5. A device for determining the moisture content of gases according to claim 2, characterized in that it contains electronic scales connected to a microprocessor.
RU2012123533/28A 2012-06-06 2012-06-06 Method to determine moisture content in gases and device for its realisation RU2506574C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123533/28A RU2506574C1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 Method to determine moisture content in gases and device for its realisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123533/28A RU2506574C1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 Method to determine moisture content in gases and device for its realisation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012123533A RU2012123533A (en) 2013-12-20
RU2506574C1 true RU2506574C1 (en) 2014-02-10

Family

ID=49784380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123533/28A RU2506574C1 (en) 2012-06-06 2012-06-06 Method to determine moisture content in gases and device for its realisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2506574C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109357723B (en) * 2018-12-17 2023-12-08 浙江大学自贡创新中心 Method and device for measuring arm quality

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU197231A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт использовани газа народном хоз йстве, подземного хранени нефти, нефтепродуктов AUTOMATIC CONDENSATION DEVICE FOR MEASURING HIGH-TEMPERATURE GAS MOISTURE
JPS62265557A (en) * 1986-05-13 1987-11-18 Hiroshi Sakurai Method and device for producing gas for low dew point calibration
JPS63101750A (en) * 1986-10-18 1988-05-06 Ngk Insulators Ltd Automatically measuring method and apparatus for moisture and viscosity of slurry
RU2450262C1 (en) * 2010-12-07 2012-05-10 Закрытое акционерное общество "МЕРА" Method of determining moisture content of gases and apparatus for realising said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU197231A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт использовани газа народном хоз йстве, подземного хранени нефти, нефтепродуктов AUTOMATIC CONDENSATION DEVICE FOR MEASURING HIGH-TEMPERATURE GAS MOISTURE
JPS62265557A (en) * 1986-05-13 1987-11-18 Hiroshi Sakurai Method and device for producing gas for low dew point calibration
JPS63101750A (en) * 1986-10-18 1988-05-06 Ngk Insulators Ltd Automatically measuring method and apparatus for moisture and viscosity of slurry
RU2450262C1 (en) * 2010-12-07 2012-05-10 Закрытое акционерное общество "МЕРА" Method of determining moisture content of gases and apparatus for realising said method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012123533A (en) 2013-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120078541A1 (en) High-pressure quartz crystal microbalance
JP2009544020A (en) Protective device for humidity sensor in erosive outside air
JP2008292463A5 (en)
RU2506574C1 (en) Method to determine moisture content in gases and device for its realisation
JP5811406B2 (en) Humidity measuring device and humidity measuring method
RU2397474C1 (en) Method for detection of volume and density of soil particles and device for its realisation
Richiardone et al. Influence of the sonic anemometer temperature calibration on turbulent heat-flux measurements
CZ299863B6 (en) Device for determining radon diffusion coefficient
RU2310825C1 (en) Method for preparation of steam-gas mixtures for calibration of gas analyzers
RU2450262C1 (en) Method of determining moisture content of gases and apparatus for realising said method
Meyer et al. The second-generation NIST standard hygrometer
RU2186374C2 (en) Method of measurement and control of wet gas dew-point temperature
RU2556288C2 (en) Analyser of total pressure, density and partial pressure of water vapours in low vacuum
RU2555775C1 (en) Method for rapid evaluation of safety of articles made of phenol-formaldehyde plastic
KR20130127269A (en) Measuring device for moisture content of soil
Survo et al. SI traceability of Vaisala Radiosonde RS41 Sounding Data—Calibration and Uncertainty Analysis
RU2568331C1 (en) Device determining leaks of explosive liquids based on piezoelectric sensor
RU196401U1 (en) Laboratory apparatus for determining the mass fraction of the main substance in alkali metal hydrides and carbides
RU2316752C1 (en) Method of determining materials-mediated gas sorption
Jancsó et al. Vapour pressure and ideality of the equimolar mixture of H2O and D2O
JP2008292437A (en) Carbon dioxide fugacity sensor for sea water
RU2775151C1 (en) Method and device for measuring the volume and determining the density of porous materials
UA22327U (en) Method for testing a device for measuring intensity of alpha radiation
RU2632997C1 (en) Piezoresonance sensor for determining relative air humidity
CN202676663U (en) Device for measuring material concentration in gas

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140607