Гигрометр точки росы

Гигрометр точки росы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ, содержащий источник ионизирующего излучения , охладитель и измеритель температуры ионизируемого объема, а также оптический детектор росы, отличающийся тем, что, с цельюо повышения точности измерения, источник ионизирующего излучения выполнен в виде кольца с радиусом, равным длине пробега частиц, иcпycкae 4 x источником , а оптическая ось детектора росы проходит через центр кольца. кл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 G 01 )Ч 25 66

О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /:

К ABTGPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3424349/18-25 (22) 16.04.82 (461 15.02.84. Бюл. Р 6 (72) А.А.Болотов и Л.Л.Синий (53) 533.275 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 699405, кл. Q 01 М 21/51, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР

9 697893, кл. Q 01 М 21/51, 1978 (прот отип ) .

„„SU„„1073668 А (54 ) (57 ) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ, СоДер жащий источник ионизирующего излучения, охладитель и измеритель температуры ионизируемого объема, а также оптический детектор росы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с цельюо повышения точности измерения, источник ионизирующего излучения выполнен в виде кольца с радиусом, равным длине пробега частиц, испускаемых источником, а оптическая ocb детектора росы проходит через центр кольца.

1073668

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля и измерения влажности смеси газов, в частности воздуха, и может быть использовано при проведении метрологических исследований в технологии химического, нефтеперерабатывак>щего, металлургического и других производств.

Наиболее точными и чувствительными гигрометрами в настоящее время яв-10 ляются гигрометры, основанные на принципе оптической регистрации светового потока, отражаемого от охлаждаемой конденсационной поверхности, и регистрации точки росы в момент изменения величины светового потока.

Известен гигрометр, содержащий зеркальную конденсационную поверхность, например, сложной формы, которой является сама камера, за счет чего достигается высокая чувствительность гигрометра (1 3

Однако технология изготовления такой поверхности очень сложна. Кроме того, необходимо поддерживать д высокую чистоту этой поверхности, что значительно усложняет условия эксплуатации таки х ги грометров, особенно при работе в агрессивных сре.дах. В гигрометрах такого типа охлаждению подвергается конденсирующая поверхность и воздушная среда, по объему значительно превышающая эту поверхность, они имеют различные теплоемкости, в результате воздушная среда охлаждается медленнее конденсирующей поверхности, вследствие чего температура этой поверхности, при которой на ней начинается конденсация пара, ниже температуры воздушной среды, эта темпера- 4О тура не соответствует точке росы.

Вблизи охлаждаемой поверхности возникает пересыщение пара, что еще более увеличивает погрешность определения точки росы, так как глубина пересыщения может достигать 10 >С.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является . ги грометр точки росы, содержащий источник ионизирующего излучения, gg охладитель и измеритель температуры иониэируемого объема, оптический детектор росы. B этом гигрометре ионизируют воздушную среду, понижаH>T Ge температуру H доводят гаэ до насыщения, формируя область конденсата на образовавшихся ионах, регистрируют выходной поток ионизирующего излучения, а температуру точки росы измеряют в момент изменения величины выходного потока 2

Способ определения точки росы, основанный на иониз ации воздушной

l среды, и устройство для его осуществления обладают значительно большей точностью по сравнению со способалй

f,óñòðoéñòsàìè ), основанными на регистрации оптического излучения, отраженного от конденсирующей поверхности, именно в силу того, что в исследуемом объеме нет конденсирующей поверхности и не возникает существенная разница в температурах (достигающая до 10 С ) конденсирую1

:щей поверхности и окружающей среды. ,Кроме того, ионизация среды позво-! ляет снизить степень метастабильности водяного пара увеличить за счет этого точность регистрации точки росы.

Однако этот способ и устройство для его осуществления еще далеки от практической реализации. Устройство не решает задачи увеличения точности регистрации точки росы, что объясняется следующим. Вероятность ионизации воздуха источником ультрафиолетового излучения черезвычайно низка и составляет P=0,02, так как энергия ультрафиолетового кванта hy =6,25 эВ, а энергия, необходимая для возникновения одной пары ионов в воздухе, составляет

33-35 эВ. При столь малой вероятности ионизации воздуха практически не происходит, а стандартные конденсирующие поверхности в таком устройстве отсутствуют, таким образом конденсация происходит на любых случайных поверхностях, на которые, к тому же, не попадает напрямую ультрафиолетовое излучение, изменение интенсивности которого можно было бы зарегистрировать. Кроме того, на интенсивность регистрируемого ультрафиолетового излучения хаотично влияют различные посторонние частицы, присутствующие в исследуемом объеме. Источник ультрафиолетового излучения настолько значительно нагревает среду, что результирующая ошибка определения температуры непредсказуемо велика.

Цель изобретения — повышение точности измерения точки росы.

Для достижения поставленной цели в гигрометре точки росы, содержащем источник ионизирующего излучения, охладитель и измеритель температуры ионизируемого объема, а также оптический детектор росы, источник ионизирующего излучения выполнен в виде кольца с радиусом, равным длине пробега частиц, испускаемых источником, а оптическая ось детектора расы проходит через центр кольца, С целью упрощения устройства в качестве источника ионизирующего излучения выбран Ы -источник.

Сущность изобретения заключается в том, что иониэацию среды производят источником, характеризующимся макси1073668 мальными потерями энергии, конкретно источником d. -излучения, что обеспечивает максимальную удельную плотность ионизации с вероятностью, близкой к единице. На ионах происходит уверенная конденсация пара при дос- 5 тижении точки росы, а так как параметры потока при этом практически не изменяются, то измеряют величину не ионизирующего потока, @ светового потока, проходящего через область )О максимальной ионизации, в которой максимальная плотность конденсации.

При выпадении конденсата изменяется интенсивность светового потока, по которой определяют момент изменения температуры точки росы.

На чертеже схематически представлен предлагаемый гигрометр.

Устройство состоит из охладителя 1, расположенного по внешнему периметру базового металлического кольца 2, на всей внутренней поверхности кот оро го раз меще н и ст очни к 3 ионизирующего излучения с -частиц в виде соли — нитрата Уранила 302(М03)2 25

У центра симметрии кольца расположен измеритель температуры изониэированного объема — термочувствительный элемент 4, а вне области ионизации в исследуемом объеме расположен второй термочувствительный элемент 5. ЗО

Оба термочувствительных элемента подключены к термомосту б для осуществления автоматизации измерения.

С одной стороны плоскости кольца 2 расположен источник 7 света, с дру- 35 гой — фотоприемник 8, т. е. оптическая ось детектора росы приходит через цепь кольца. Радиус кольца равен длине пробега частиц, испускаемых источником. 40

При прохождении через воздух

of. -частицы теряют кинетическую энергию в основном на ионизацию молекул воздуха. Средняя энергия, затрачиваемая Ы -частицей на создание пар ионов, не зависит от скорости частицы и определяет средний пробег

Я, о -частицы в воздухе. Так как энергия с -частиц в зависимости от типа выбранного источника лежит в пределах 4-9 ИэВ, наибольшее число пар ионов в воздухе возникает на расстоянии 0,47 см от источника конкретно для с(, -источника в виде нитрата уранила ). При выборе радиуса кольца 2 = 0,47 см в центре этого .кольца происходит интенсивная ионизация воздуха, причем, так как о — частицы характеризуются максимальной потерей энергии на ионизацию по сравнению с другими видами ионизирующих излучений, интенсивность ионизации максимально возможная с вероятностью близкой P X 1. Фотоприемник 8 измеряет интенсивность света от источника

7 света, проходящего через центр 65 ионизации (центр симметрии кольца 2).

При охлаждении среды, в частности малого объема, заключенного в кольцевой охладитель 1, на ионах образуется конденсат при достижении те апературы точки росы. С выпадением конденсата резко меняется интенсивность светового потока, регистрируемого фотоприемником 8, B этот момент отмечают величину температуры, определяемую термочувствительным элементом 4, расположенным в области конденсации.

Включение двух термочувствительных элементов 4 и 5 в диагональ термостата 6 позволяет автоматизировать процесс определения точки росы, так как в диагонали термостата б протекает ток, пропорциональный разности температур термочувствительных элементов

4 и 5, второй из которых, элемент 5. показывает температуру окружающей среди, В предлагаемом устройстве область, где в основном происходит ионизация, ограничена кольцом 2 сравнительно малого диаметра (8 мм ), фактически определение точки росы производят чувствительным элементом с габаритами, значительно меньшими габаритов общего исследуемого объема, поэтому такой чувствительный элемент практически не влияет на состояние исследуемой среды, и нежелательные процессы, происходящие в гигрометрах точки росы известных конструкций, типа возникновения обширных областей метастабильности, значительного различия в температурах конденсационных (и других ) поверхностей и среды, практически отсутствуют, поэтому большие ошибки измерения, связанные с этими явлениями, исчезают. Кроме того, чувствительный элемент столь малых габаритов очень удобен в эксплуатации, он может быть выполнен в виде щупа, в качестве охладителя применяют батарею.

Использовайие Ы -источника в качестве источника ионизирующего излучения, кроме обеспечения максимальной вероятности ионизации по -сравнению с другими ионизирующими источниками, наиболее удобно в эксплуатации, так как нет необходимости решать вопросы радиационной защиты обслуживающего персонала, с -источник характеризуется черезвычайно большим временем жизни 10 л, что также немаловажно с точки зрения уменьшения энергетически х з атр ат .

Сравнительные измерения относительной влажности воздуха в солевом гигростате показали увеличение точности регистрации более чем в 2,5 раза по сравнению с одним из наиболее точных гигрометров, основанном на оптическом принципе регистрации и содержащем конденсационную поверхность.