SU1718064A1 - Влагомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и предназначено дл  измерени  влажности газов, например метанового топлива. Цель изобретени -повышение чувствительности и точности измерений влагосодержани  газовых сред и их автоматизаци . Поставленна  цель достигаетс  тем, что влагосодержание газов определ етс  по температуре точки росы паров воды, контролируемой термодатчиком. Начальный момент фазового перехода устанавливаетс  оптическим методом по сигналам фотоприемников отраженного и рассе нного потоков от охлаждаемого зеркала , освещаемого модулированным оптическим излучением. Периодическое измерение влажности производитс  автоматически путем термоциклйровани  нагревател , управл емого компаратором сигналов фотоприемников. 3 ил. Ч-i Ё

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и предназначено дл  измерени  влажности газов, например, метанового топлива.

Известен гигрометр точки росы, содержащий двухволновый осветитель, фотоприемник , элемент многократно наружного полного внутреннего отражени  (МНПВО), датчик температуры, охладитель , синхронизатор, триггер, коммутатор, индикатор, блок питани . Функционирование гигрометра основано на том, что при достижении температуры поверхности элемента МНПВО значени , равного значению температуры точки росы , на нем выпадает конденсат и измен етс  соотношение световых потоков,

прошедших через элемент МНПВО на двух длинах волн, соответствующих опорному и считывающему лучу, а влажность газов определ етс  расчетным путем или графически по температуре точки росы, измеренной датчиком температуры на поверхности элемента МНПВО.

К недостаткам данного гигрометра следует отнести снижение достоверности и точности определени  влагосодержани  газов, имеющих сильные полосы поглощени  на .характеристических лини х поглощени  молекул воды, а также повышенные требовани  к чистоте поверхности элемента .МНПВО дл  избежани  паразитного поглощени  излучени  опорного и считывающего лучей загр знени ми, что трудно достижи00

о о

N

мо при эксплуатации гидрометра в услови х промышленного пользовани .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  влагомер , содержащий источник излучени , плоское отражающее зеркало, систему охлаждени , сферическое зеркало, диафрагму , рабочий приемник излучени , контрольный приемник излучени  и измерительную схему. Влагомер функциониру- ет следующим образом. В рабочем состо нии при одинаковой освещенности рабочего и контрольного приемников выходное напр жение усилител  измерительной схемы устанавливаетс  равным нулю. С помощью системы охлаждени  плоское отражающее зеркало охлаждаетс  до выпадени  на нем росы, при этом по вл етс  разбаланс входных токов усилител  измерительной схемы. В этот мо- мент измер етс  температура плоского отражающего зеркала. Влажность газовой среды определ етс  с помощью психрометрических таблиц по температуре точки росы. Сферическое зеркало введено в уст- ройство специально дл  снижени  попадани  рассе нного росой света на рабочий приемник.

Данный влагомер имеет существенный недостаток, св занный с низкой его чувст- вительностью к началу момента конденсации влаги, так как заметное изменение интенсивности отраженных лучей от плоского зеркала наблюдаетс  при значительном выпадении влаги на плоском зеркале, что требует сравнительно длительного процесса конденсации и приводит к снижению точности измерени  значени  температуры точки росы вследствие изменени  условий конденсации паров воды из газа на поверх- ность охлажденного плоского зеркала при нарастании сло  конденсата, а это, в свою очередь, приводит к увеличению погрешности определени  влажности и трудност м контрол  малоувлажненных газов. Кроме того, он не способен производить автоматический контроль влагосодержани  газов.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности, точности измерений и их автоматизаци .

Цель достигаетс  тем, что во влагомер, содержащий излучатель, два фотоприемника , зеркало, термодатчик, холодильник с подключенным к нему блоком питани , введены управл емый блок питани , нагрева- тель, модул тор, два резонансных усилител , два амплитудных детектора, компаратор , три объектива, блок регистрации и индикации, причем первый объектив установлен между излучателем и зеркалом,

второй объектив установлен перед фотоприемником по ходу лучей, рассе нных от зеркала и падающих на первый фотоприемник, третий объектив установлен перед вторым фотоприемником по ходу лучей, отраженных от зеркала и падающих на второй фотоприемник , выход первого фотоприемника подключен к входу первого резонансного усилител , выход второго фотоприемника подключен ко входу второго резонансного усилител , выход первого резонансного усилител  подключен к входу первого амплитудного детектора, выход второго резонансного усилител  подключен к входу второго амплитудного детектора, выход первого амплитудного детектора подключен к первому входу компаратора, выход второго амплитудного детектора подключен ко второму входу компаратора, выход компаратора подключен к первому входу блока регистрации и индикации и к входу управл емого блока питани , вход которого подключен к входу нагревател , установленного между зеркалом и холодильником в тепловом контакте с ними, выход блока питани  подключен к входу холодильника, выход термодатчика подключен ко второму выходу блока регистрации и индикации, причем термодатчик установлен в тепловом контакте с поверхностью зеркала, оптически св занной с излучателем, вход которого подключен к выходу модул тора.

На фиг.1 представлена функциональна  оптико-электрическа  схема влагомера; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы сигналов с датчиков отраженного и рассе нного излучени .

Влагомер содержит блок 1 питани , холодильник 2, нагреватель 3, зеркало 4, термодатчик 5, модул тор 6, излучатель 7, первый фотоприемник 8, второй фотоприемник 9, первый и второй резонансный усилители 10 и 11, первый и второй амплитудный детекторы 12 и 13, компаратор 14, управл емый блок 15 питани , блок 16 регистрации и индикации, первый, второй и третий объективы 17 - 19.

Влагомер работает следующим образом .

В рабочем режиме на холодильник 2 подано напр жение питани  от блока 1 питани . При этом благодар  тепловым контактам между зеркалом 4 нагревателем 3 и холодильником 2 поверхность зеркала 4 охлаждаетс . При достижении температуры поверхности зеркала 4 значени  равного температуре точки росы паров воды на поверхности зеркала 4 выпадает конденсат влаги. Световой поток от излучател  7, промодулированный модул тором 6, при

взаимодействии с конденсатором на поверхности зеркала 4 исходит от него в виде рассе нного потока и отраженного потока, причем по мере увеличени  количества конденсированной влаги интенсивность первого потока растет, а второго падает.

Интенсивность рассе нного потока детектируетс  фотоприемником 8, резонансным усилителем 10 и амплитудным детектором 12, а интенсивность отраженного потока соответственно, фотоприемником 9, резонансным усилителем 11, амплитудным детектором 13.

Таким образом выходной сигнал амплитудного детектора 13 св зан с уровнем интенсивности отраженного потока и этот сигнал в качестве опорного поступает на второй вход компаратора 14, а на первый вход компаратора 14 подаетс  сигнал с выхода амплитудного детектора 12. Этот сигнал характеризует уровень интенсивности рассе нного потока. Коэффициенты резонансных усилителей 10 и 11 подобраны таким образом, чтобы в отсутствие конденсата на поверхности зеркала 4 выходной сигнал с амплитудного детектора 12 рассе нного потока составл л значение , примерно 0,8 - 0,9 от уровн  выходного сигнала амплитудного детектора 13 отраженного потока.

По мере охлаждени  зеркала 4 и по влении на его поверхности конденсата соотношение сигналов на входах компаратора 14 измен етс  и он срабатывает. Например, если без конденсата на зеркале 4 выход компаратора 14 находилс  в состо нии О, то при по влении конденсата он установитс  в состо нии 1. В момент перехода выходного сигнала компаратора 14 из О в 1 блок регистрации и индикации производит запись значени  температуры точки росы паров воды, измеренной термодатчиком 5. Кроме того по сигналу 1 с выхода компаратора 14 включаетс  блок 15 питани  нагревател  3,который нагревает зеркало 4 до тех пор, пока с него не испаритс  конденсат, после чего выходной сигнал компаратора 14 снова устанавливаетс  в О, нагреватель 3 обесточитс  и процесс измерени  точки росы повторитс  вновь.

На фиг.2 представлены экспериментальные кривые 20 и 21 изменени  во времени интенсивности соответственно рассе нного и отраженного потоков при охлаждении зеркала со скоростью примерно 8,5°С/мин. Как видно из фиг.2, крива  20 рассе ни  имеет крутизну нарастани  значительно большую, чем крутизну спада кривой 21. отражени . Кроме того момент начала процесса конденсации устанавливаетс  по кривой 20 рассе ни  намного раньше , чем по кривой отражени , что объ сн етс  слабым вли нием малых количеств конденсата на относительные изменени 

отраженного потока и, наоборот, сильным - дл  рассе нного потока. Это свидетельствует о том, что использование кривой рассе ни  дл  определени  температуры точки росы предпочтительнее ее контролю по кривой отражени , так как в этом случае повышаетс  чувствительность и точность таких измерений. Как показывает анализ экспериментальных кривых 20 и 21, погрешность измерени  температуры точки росы может

снизитьс  более чем в 10 раз и составить менее одной дес той доли градуса Цельси . На фиг.З представлены фронтальные участки сигналов на входах компаратора 14 при охлаждении зеркала 4. Опорным сигналом

здесь служит уровень отраженного потока (крива  23), а сравнительным сигналом  вл етс  уровень рассе нного потока (крива  22).

Как видно из фиг.З, при переходе температуры точки конденсации влаги на зеркале 4 соотношение между уровн ми этих сигналов мен ютс  на противоположные. Использование отраженного сигнала в качестве опорного позвол ет избежать дополнительных погрешностей в определении температуры точки росы за счет вли ни  флуктуации интенсивности выходного потока излучател  7 и обеспечивает сохранение работоспособности влагомера в диапазоне

допустимых уровней запыленности рабочей поверхности зеркала 4.

Влагомер благодар  использованию сравнительного анализа сигналов рассе нного и отраженного потоков позвол ет реализовать автоматическое измерение точки росы с более высокой чувствительностью, точностью и быстродействием, чем это обеспечивают известные влагометры. Слаба  чувствительность характеристик устройства

к таким внешним воздействи м как запыленность и флуктуации питани , допускает его эксплуатацию в промышленных услови х .

50

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Влагомер, содержащий излучатель, два фотоприемника, зеркало, термодатчик, холодильник с подключенным к нему блоком питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, точности измерений и их автоматизации, в него введены управл емый блок питани , нагреватель , модул тор, два резонансных усилител , два амплитудных детектора.

   компаратор, три объектива, блок регистрации и индикации, причем первый объектив установлен между излучателем и зеркалом, второй объектив установлен перед первым фотоприемником по ходу лучей, рассе нных от зеркала и падающих на первый фотоприемник , третий объектив установлен перед вторым фотоприемником по ходу лучей, отраженных от зеркала и падающих на второй фотоприемник, выход первого фотоприемника подключен к входу первого резонансного усилител , выход второго фотоприемника подключен к входу второго резонансного усилител , выход первого резонансного усилител  подключен к входу первого амплитудного детектора, выход второго резонансного усилител  подключен

   0

   5

   к входу второго амплитудного детектора, выход первого амплитудного детектора подключен к первому входу компаратора, выход второго амплитудного детектора подключен к второму входу компаратора, выход компаратора подключен к первому входу блока регистрации и индикации и к входу управл емого блока питани , выход которого подключен к входу нагревател , установленного между зеркалом и холодильником в тепловом контакте с ними, выход термодатчика подключен к второму входу блока регистрации и индикации, причем термодатчик установлен в тепловом контакте с поверхностью зеркала/оптически св занного с излучателем , вход которого подключен к выходу модул тора,

   Риг.1

   Врем , мин

   Температура Ю °

   Риг. 2

   2,0

   |7 5

   4

   05

   0

   20 Ю О -10 Гемпература,°С Фиг.З

   t Врем , мин