устройство для измерения влажности и температуры точки росы по влаге

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности и температуры точки росы по влаге, содержащее корпус, соединительную трубу с газопроводом с манометром и термометром, вентили, трубы для исследуемого газа и теплоносителя с манометром на выходе, конденсационную металлическую поверхность, нагреватель, охладитель, термометры, отличающееся тем, что труба соединения с газопроводом разветвлена на электрически соединенные основную и внутреннюю в ней, на входе внутренней установлен фильтр, над поверхностью внутренней трубы образована третья труба с закрытым входом со стороны газового потока, в ней расположена четвертая труба с открытым входом, третья и четвертая трубы выведены из основной трубы, при этом четвертая труба входит в насос, выход которого раздельно соединен с охладителем и нагревателем, выходы которых соединены с третьей трубой и снабжены кранами, кроме этого на внешней поверхности третьей трубы и внутренней поверхности внутренней трубы в начальном участке третьей трубы нанесены слои диэлектрика, диэлектрические свойства которого зависят от увлажненности, слои диэлектрика покрыты сетчатыми металлическими электродами, к поверхности которых подсоединены термодатчики, выходы от сетчатых электродов и термодатчиков выведены из внутренней и основной труб, при этом выходы электродов и основная труба электрически соединены с входами измерительной электрической схемы, которая включает последовательно соединенные генератор, мостовую схему, дифференциальный усилитель, регистратор, а выходы термодатчиков соединены с входами двухканального усилителя, выходы которого соединены с входами регистратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений влажности и температуры точки росы по влаге в газовом потоке.

Известно устройство для измерения влажности в газовом потоке с перерасчетом на температуру точки росы по влаге "Panametrics", см.: Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. - М.: ООО “Недра - Бизнес - центр”, 2000, - 279 с., ил. - USBN 5-8365-0047-9 [1]. Устройство является сорбционно-диэлькометрическим измерителем влажности. Устройство включает датчик преобразования влажности в электрический сигнал и измерительную электрическую схему с процессором и регистратором. Датчик представляет конденсатор с двумя плоскими электродами, на один из них из алюминиевой пластинки напыляется диэлектрик окись алюминия, на этот слой осаждается второй электрод из тонкой пленки пористого золотого покрытия.

Принцип действия устройства основан на зависимости электрического сигнала от диэлектрических свойств такого конденсатора, которые зависят от парциального давления водяных паров.

Основным недостатком этого устройства является необходимость пересчета измеренной влажности в температуру точки росы, что приводит к дополнительным погрешностям.

Для измерения температуры точки росы в газовом потоке известно устройство [1], прототип. Устройство включает два корпуса, в которых размещены смотровое окно, рабочая камера с отверстием и конденсационным зеркальным основанием, шесть термокарманов под ней для установки термометров, вихревая трубка, имеются входы и выходы с вентилями для пуска и отвода газа в рабочую камеру и вихревую трубку. На соединительных трубах установлены манометры и термометр для измерения давления и температуры исследуемого газа.

Устройство работает следующим образом. Газ, разделенный в вихревой трубке на холодный и горячий потоки, охлаждает один и нагревает другой конец конденсационного зеркального основания рабочей камеры, по которой проходит поток исследуемого газа. При статическом перепаде температур на участке полного насыщения осаждается влага, зеркальная поверхность мутнеет, что наблюдается в смотровое окно. Температурой точки росы по влаге является измеренная температура данного участка зеркального основания.

Основным недостатком данного устройства является сложный процесс измерения и невозможность автоматизации этого процесса.

Целью настоящего изобретения является одновременно измерение влажности и температуры точки росы по влаге с упрощением процесса измерений и получением информации в виде электрического сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения точки росы, содержащем корпус, соединительную трубу с газопроводом с манометром и термометром, вентили, трубы для исследуемого газа и теплоносителя с манометром на выходе, конденсационную металлическую поверхность, нагреватель, охладитель, термометры, труба соединения с газопроводом разветвлена на электрически соединенные основную и внутреннюю в ней, на входе внутренней установлен фильтр, над поверхностью внутренней трубы образована третья труба с закрытом входом со стороны газового потока, в ней расположена четвертая труба с открытым входом, третья и четвертая трубы выведены из основной трубы, при этом четвертая труба входит в насос, выход которого раздельно соединен с охладителем и нагревателем, выходы которых соединены с третьей трубой и снабжены запорными кранами, кроме этого на внешней поверхности трубы и внутренней поверхности внутренней трубы в начальном участке третьей трубы нанесены слои диэлектрика, электрические свойства которого зависят от увлажненности, слои диэлектрика покрыты сетчатыми металлическими электродами, к поверхностям которых подсоединены термодатчики, выходы от сетчатых электродов и термодатчиков выведены из внутренней и основной труб, при этом выходы электродов и основная труба электрически соединены с входами измерительной электрической схемы, которая включает последовательно соединенные генератор, мостовую схему, дифференциальный усилитель, регистратор, а выходы термодатчиков соединены с входами двухканального усилителя, выходы которого соединены с входами регистратора.

Основная и внутренняя трубы разделяют исследуемый газовый поток на два, при этом внутренний поток обезвожен фильтром, поглощающим влагу. Затем оба потока соединяются, давление в них контролируется манометром на выходе.

Третья труба с ограничением со стороны газового потока и расположенная внутри ее четвертая труба с открытым входом вместе с насосом, охладителем, нагревателем формируют поток газообразного или жидкостного теплоносителя. Нагрев или охлаждение регулируются запорными кранами. Поверхности третьей и общей с нею внутренней труб электрически связаны между собой и образуют общий электрод конденсаторов со слоем диэлектрика и вторыми сетчатыми электродами. Сетчатые металлические электроды обращены внутрь исследуемых газовых потоков, их нагрев или охлаждение регулируется и измеряется в измерительной электрической схеме посредством сигналов от термодатчиков.

Электрические свойства конденсаторов с диэлектриком, изменяющим диэлектрические свойства от степени увлажненности, и сетчатым металлическим электродом зависят от влажности в большей степени, чем от других компонентов газа по двум причинам: 1. Диэлектрическая проницаемость воды ~81 больше, чем у других компонентов ~1-3; 2. Конденсированная влага является электрическим проводником и увеличивает эффективную площадь сетчатых электродов, что не наблюдается с другими компонентами - диэлектриками в любом состоянии.

Измерительная электрическая схема сравнивает два сигнала, сформированные мостовой схемой, на вход которой подключены конденсаторы. Электрические сигналы после мостовой схемы зависят от диэлектрических свойств диэлектриков, реагирующих на степень увлажненности соприкасающегося с ними газа. Увлажненность влияет на величину сигнала через изменение емкостей и тангенсов углов диэлектрических потерь. Одновременно с измерением разностного электрического сигнала измеряются температуры сетчатых электродов конденсаторов.

На фиг.1 и 2 показаны общая схема устройства и сечения на участке образованных конденсаторов.

1 - соединительная труба с газопроводом, 2 - вентиль соединительной трубы, 3 - манометр с термометром на входе исследуемого газа, 4 - основная труба, 5 - внутренняя труба, 6 - третья труба, 7 - четвертая труба, 8 - фильтр, 9 и 10 - сетчатые металлические электроды, 11 - вентиль, 12 - насос, 13 - нагреватель, 14 - охладитель, 15 и 16 - запорные краны, 17 - выход электрических связей от электродов и термодатчиков, 18 - ограничитель на входе третьей трубы, 19 - манометр на выходе исследуемого потока газа, 20 - диэлектрики, 21 - генератор электрических сигналов, 22 – мостовая схема, 23 - дифференциальный усилитель, 24 - регистратор, 25 - двухканальный усилитель, 26 - теплоноситель.

Устройство выполнено в двух блоках. Первый блок объединяет механические узлы, во втором смонтирована измерительная электрическая схема.

Градуировку устройства выполняют измерениями в газовых потоках с известными влажностями и температурами точек росы по влаге.

Измерение влажности выполняют по следующей схеме. Устройство посредством вентиля 2 и трубы 1 подсоединяют к газопроводу. Открывают вентиль 2, а вентилем 11 устанавливают в основной 4 и внутренней 5 трубах давление, близкое к давлению в газовом потоке на входе. Значения давлений контролируют по манометрам 3 и 19. Краны 15 и 16 перекрыты, насос 12 выключен.

В основной трубе 4 с диэлектриком 20 соприкасается газ, содержащий водяные пары. Диэлектрик, выполненный из окиси алюминия, полимерного покрытия или других материалов, реагирующих на влажность, изменяет диэлектрические свойства. Величина изменений зависит от степени увлажненности, что формирует соответствующий сигнал в мостовой схеме 22, запитанной от генератора 21. Диэлектрик 20 в конденсаторе во внутренней трубе 5 не подвержен влиянию влажности, поглощенной фильтром 8, и электрический сигнал, сформированный в мостовой схеме 22, будет отличаться от первого. На выходе усилителя 23 сформируется разностный сигнал, характеризующий влажность. Величина этого сигнала фиксируется регистратором 24.

Дифференциальная схема измерений позволяет уменьшить погрешности из-за влияния внешних и внутренних факторов, занизить требования к изготовлению и комплектующим.

Измерение температуры точки росы по влаге выполняют следующим образом. Устройство также подсоединяют к газопроводу. Вентилем 11 устанавливают давление газового потока, близкое к входному. Определяют температуру газа по термометру 3. Если она выше предполагаемой температуры точки росы, включают насос 12, открывают кран 15 и им регулируют динамику охлаждения, она читается на индикаторе регистратора 24 по скорости уменьшения температуры. По величине разностного сигнала после усилителя 23 фиксируется температура точки росы по влаге. С началом конденсации влаги сигнал резко возрастает. На этот момент снимается значение температуры сетчатого электрода в основной трубе 4. Это и будет температурой точки росы по влаге.

Этот принцип регистрации позволяет однозначно определить температуру точки росы по влаге и мало зависит от влияния других компонентов исследуемого газового потока.