Спосіб вимірювання точки роси і пристрій для його здійснення

1 Спосіб вимірювання точки роси, який поля гає в поданні досліджуваного газу на охолоджува ну ділянку оптично прозорого тіла, через яку пропускають світловий потік, і реєстрації зміни ін тенсивності світлового потоку, по якому судять про настання температури точки роси, який відріз няється тим, що швидкють подання досліджувано го газу на охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла обмежують до рівня, визначеного дифузією його молекул 2 Пристрій для вимірювання точки роси що міс тить охолоджувану ділянку оптично прозорого ті ла, вміщений в корпусі і з'єднаний через світловоди з вимірювачем і з перетворювачем світлового потоку підключеним до реєстратора охолоджувач і датчик температури який відрізняється тим що він забезпечений пробовідбірною трубкою, один кі нець якої закріплений на корпусі охолоджуваної ді лянки оптично прозорого тіла а другий кінець ус тановлений в напрямі дії гравітаційних сил причо му відношення площі внутрішнього перерізу труб ки до площі поверхні охолоджуваної ділянки оп тично прозорого тіла перевищує 5, a L/S > 25 де L - довжина пробовідбірної трубки. S - площа внутрішнього перерізу пробовідбірної трубки 3 Пристрій за п 2 який відрізняється тим, що пробовідбірна трубка виконана із скосом на друго му КІНЦІ і встановлена скосом протилежно потоку досліджуваного газу О Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки, зокрема до вимірювання вологості газів методом точки роси і може бути використаний в конденсаційних гігрометрах та індикаторах корозійного конденсату За технічною суттю найбільш близьким до запропонованих технічних рішень є спосіб вимірювання точки роси, який полягає з поданні досліджуваного газу на охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла, через яку пропускають світловий потік, і реєстрації зміни інтенсивності світлового потоку, за яким судять про настання точки роси, а також реалізований у даному способі вимірювач точки роси, який містить охолоджувальну ділянку оптично прозорого тіла, поміщений в корпусі і з'єднаний через світловоди з випромінювачем і з перетворювачем світлового потоку, підключеним до реєстратора, охолоджувач і датчик температури [1] Недоліком відомих технічних рішень є невисока надійність із-за можливого забруднення домішками досліджуваного газу оптично прозорого тіла, в результаті можливе виникнення непотрібно го шару, який може привести до неточних вимірювань і втрати працездатності Технічним результатом є зменшення можливого забруднення оптично прозорого тіла Для цього в способі виміру точки роси, який полягає в поданні досліджуваного газу на охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла, через яку пропускають світловий потік, » реєстрації зміни інтенсивності світлового потоку, за яким судять про настання точки роси, згідно з винаходом, швидкість подання досліджуваного газу на охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла обмежують до нуля при збереженні дифузії його молекул до охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла, а пристрій для вимірювання точки роси, який містить охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла, вміщений в корпусі і з'єднаний через світловоди з випромінювачем та перетворювачем світлового потоку, підключеним до реєстратора, охолоджувач і датчик температури, згідно з винаходом, забезпечений пробовідбірною трубкою, один кінець якої закріплений на корпусі навколо охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла, а другий встановле h CO CO ГCM 27637 ний в напрямі ди гравітаційних сил, крім того, відношення площі внутрішнього перерізу трубки до площі поверхні охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла перевищує 5, a L2/S>25, де L - довжина пробовідбірної трубки, S - площа внутрішнього перерізу пробовідбірної трубки, а пробовідбірна трубка виконана зі скосом на другому КІНЦІ і встановлена скосом протилежно потоку досліджуваного газу Суть винаходу полягає в тому, що створення поблизу охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла застійної зони досліджуваного газу перед пропусканням світлового потоку, за рахунок введення у вимірювач точки роси пробовідбірної трубки, обмежуючої швидкість подавання газу до нуля, здійснення реєстрації зміни інтенсивності світлового потоку за рахунок дифузії молекул досліджуваного газу до охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла дозволяє значно зменшити забруднення охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла На кресленні представлена конструкція запропонованого пристрою для вимірювання точки роси Спосіб вимірювання точки роси включає подавання досліджуваного газу на охолоджену ділянку оптично прозорого тіла, через яку пропускають світловий потік, і реєстрацію зміни інтенсивності світлового потоку, за яким судять про настання точки роси Особливістю запропонованого способу є те, що перед пропусканням світлового потоку через охолоджувану ділянку оптично прозорого тіла утворюють біля нього застійну зону досліджуваного газу шляхом обмеження швидкості подавання газу до нуля, причому зберігають дифузію молекул досліджуваного газу до охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла Створення застійної зони не дозволяє різним домішкам у газі осаджуватись на поверхні охолоджуваної ділянки оптично прозорого тіла, так як гравітаційні сили діють в протилежний бік, що сприяє точності вимірювання точки роси і, ВІДПОВІДНО, підвищенню надійності Пристрій містить охолоджувану ділянку 1 оптично прозорого тіла, поміщений до корпусу 2 і з'єднаний через світловоди 3 і 4, ВІДПОВІДНО, З випромінювачем 5 і перетворювачем 6 світлового потоку, вихід якого підключений до реєстратора 7 В корпусі 2 встановлені датчик 8 температури і о хол оджу вач 9 Прис трі й обл адн ан ий пробовідбірною трубкою 10, один кінець якої закріплений на корпусі 2 навколо охолоджуваної ділянки 1 оптично прозорого тіла, а другий кінець виконаний зі скосом і встановлений у напрямі дії гравітаційних тіл Пробовідбірна трубка 10 встановлена скосом протилежним потоку досліджуваного газу і має три зони 11-13 передачі молекул досліджуваного газу до охолоджуваної ділянки 1 Для роботи пристрій встановлюють в отворі трубопровода 14, що має фланець 15, скріплений з трубопроводом 14 за допомогою зварного з'єднання 16 Пробовідбірна трубка 10 встановлена скосом протилежно потоку досліджуваного газу, причому відношення площі S внутрішнього перерізу пробовідбірної трубки 10 до площі Sk поверхні охолоджуваної ділянки 1 оптично прозорого тіла, перевищує 5, a L /S>25, де L - довжина пробовідбірної трубки 10, S - площа внутрішнього перерізу пробовідбірної трубки 10 Як охолоджувана ділянка 1 оптично прозорого тіла може бути використано зігнуте оптичне волокно, а як випромінювач 5 - світлодюд типуАЛ-107Б Пристрій для вимірювання точки роси працює таким чином При поміщенні пристрою в середовище досліджуваного газу або суміші газів, останні надходять на конденсаційну поверхню охолоджуваної ділянки 1 оптично прозорого тіла, у випадку відсутності в ній вологості на конденсаційній поверхні конденсат не виділяється, і потік світла від випромінювача 5 по світловоду 3 безперешкодно проходить через охолоджувану ділянку 1 і світловод 4 і попадає на вхід перетворювача 6, але з виходу його на реєстратор 7 нічого не надходить, що свідчить про відсутність конденсату, і він не реєструє температуру точки роси При наявності вологи в досліджуваному газі на охолоджуваній ДІЛЯНЦІ 1 оптично прозорого тіла при певній температурі утворюється шар конденсату з дрібнодисперсних краплин кулястої форми, що мають діаметри, сумірні з діаметром серцевини вживаного світловода 3 За рахунок розсіювання світлового потоку, поверхнями дрібнодисперсійних краплин конденсату, його інтенсивність різко падає аж до повного розсіювання і непопадання в світловод 4 При втраті світлового потоку в результаті розсіювання в охолоджуваній ДІЛЯНЦІ 1 оптично прозорого тіла перетворювач 6 видає сигнал на реєстратор 7, який і фіксує настання точки роси Температуру охолоджувача 9 визначають за датчиком 8 температури, роль якого може виконувати термопара, підключена до гальванометра Виміряна температури точки роси може використовуватися для визначення гігрометрични х параметрів аналізуємої газової суміші або автоматизації технологічного процесу, при якому утворюється ця газова суміш Натікання досліджуваного газу на пробовідбірну трубку 10 відбирається з протилежного боку від скосу, тим самим забезпечується захист від прямого попадання бризок, краплин і твердих частинок в зону датчика В пробовідбірній трубці 10 існує три зони 11-13 передачі молекул досліджуваного газу до ділянки 1 Безпосередній обдув пробовідбірної трубки 10 потоком газу викликає турбулентні потоки всередині и в зоні 11, які переносять молекули досліджуваного газу, можливі домішки, аерозолі і тверді частинки в зону 12 При цьому енергія виходів губиться, і в зоні 12 рух газів має ламінарний характер, переносячи газ в зону 13 дифузійного обміну молекул, наявність якої приводить до фільтрації аерозолей і мікродомішок, присутніх в досліджуваному газі, а аерозолі і механічні домішки досягають лише зони 12ламінарних потоків, не проникаючи в дифузійну зону 13 внаслідок ди на них гравітаційних сил Якщо довжина пробовідбірної трубки 10 буде коротша або рівна сумі довжини зон 11, 12, то турбулентні, а потім і ламінарні потоки принесуть аерозолі І мікродомішки на конденсаційну поверхню датчика і викличуть його забруднення Довжина ділянок зон 11 і 12 залежить від розмірне 27637 пробовідбірної трубки 10 і швидкості натікаючого газу на скіс пробовідбірної трубки 10 Якщо пробовідбірна трубка 10 - циліндрична, то сума довжин зон 11 і 12 не перевищує п'яти діаметрів, тобто, якщо довжина трубки 10 коротша п'яти діаметрів, то частинки і аерозолі забруднять дзеркало і спричинять несправність пристрою Якщо пробовідбірна трубка має в перерізі не форму круга, то діє обмеження L2/S>25, де L - довжина пробовідбірно» трубки 10. S - площа п внутрішнього перерізу Для фіксації точки роси без переохолоджування конденсаційної поверхні необхідно у прилеглому до поверхні пограничному шарі аналізуємого газу мати необхідну КІЛЬКІСТЬ шарів молекул води Інтенсивне розсіювання світлової енергії дає такий шар молекул води, який в 3 рази перевищує довжину хвилі світлового потоку Враховуючи, що число молекул води в суцільному моношарі на 1 см2 конденсаційної поверхні = 0,87 х 1015, діаметр молекул НгО - 0 348 нм, а довжина хвилі світлової енергії, введеної до оптично прозорого тіла 900 нм, то не важко визначити, що необхідна КІЛЬКІСТЬ шарів молекул води для стійкої фіксації температури конденсації приблизно дорівнює 3000, при цьому КІЛЬКІСТЬ молекул води, які повинні бути в прилеглому до конденсаційної поверхні пограничному шарі аналізуємого середовища повинно бути 2,6 х 1018 (при площі конденсаційної поверхні Sk = 1 см2 охолоджуваної ділянки 1 оптично прозорого тіла) Конденсація молекул води в дифузійній зоні приводить до дифузії із зони ламінарних потоків тієї ж КІЛЬКОСТІ молекул, які сконденсувались Отже, за час t на конденсаційній поверхні утворюється необхідна КІЛЬКІСТЬ шарш молекул води для стійкої фіксації температури конденсації за рахунок дифузійних потоків КІЛЬКІСТЬ маси вологи, перенесеної за час t за рахунок дифузії dx S t. т - О де m - маса вологи. О - коефіцієнти дифузії, S - площа поверхні, через яку проходить дифузія, тобто внутрішнього перерізу пробовідбірної трубки. t - час переносу, - градієнт ЩІЛЬНОСТІ (концентрації) Звідси відношення S/Sk повинно бути більшим 5 При відношенні менше 5 виникають похибки вимірювання Таким чином в запропонованому способі і пристрої забезпечені висока надійність і точність за рахунок виключення забруднення dx 27637 f /£ J _ l_ l_ f/ // f // f/ { j / f г f if f / / / / / j Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 // // // / f f // / S T