Способ измерения влажности газа

Способ измерения влажности газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик ()911284 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1L0280 (21) 2881173/18-25 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Опубликовано 07.03,82. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 07.03,82

f31)hA Nn з

G 01 N 25/5б

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

153) УДК 533. 275 (088.8) (72). Автор. изобретения

lO.Ä.Ëóêoìñêèé (71) Заявитель

Киевский институт автоматики им. ХХУ съ (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗА

Изобретение относится к техничес- кой физике, в частности к гигрометрии .и может быть использовано при разработке и эксплуатации средств измерения на основе подогревных электролитических первичных преобразователей влажности газов для измерения таких параметров влажного газа, как парциальное давление водяного пара, точка росы, отнбсительная влажность, энтальпия и т. п.

Известен способ измерения влажности газа, включающий. измерение равновесной температуры смеси насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли в измерительной камере и определение влажности анализируемого газа по значению равновесной температуры с помощью градуировочной характеристики используемой гигроскопической соли (1), При реализации данного способа измерения влажности газа выбор гигроскопической соли осуществляют по . известному диапазону требуемой точности измерения влажности и известному составу анализируемого газа с учетом ряда физико-химических свойств соли и, в частности, температуры замерзания насыщенного водного раст2 вора, относительной влажности газа над его поверхностью, крутизны наклона характеристики преобразования парциального давления водяного пара в температуру насыщенного водного ,раствора, интервалов между значениями температур изменения гидратных соотояний кристаллов соли и количества этих изменений, а также химической индифферентности ее по отношению к компонентам. анализируемого газа.

Известно более 100 гигроскопических солей, однако большинство из них не находит применения при изме15 ренин влажности в,соответствии с известным способом иэ-эа ограничений перечисленными свойствами. Зна- чение температуры замерзания ограничивает нижний предел измерения пар20 циального давления водяного пара.

Значение относительной влажности над поверхностью насыщенного водного раствора гигроскопической соли ограничивает нижний предел измерения по

25 относительной влажности при нагреве гигроскопической соли и верхний предел при охлаждении ее. Для подогревных злектролитических первичйых преобразователей влажнбсти газа, по»

30 лучивших наиболее широкое распрострв

911284 нение в гигрометрии вследствие пре- гигроскопической. соли при изменении имущества в удобстве выполнения на- ее температуры от значения в диапагрева гигроскопической соли по срав- зоне одного гидратного состояния нению с охлаждением, расширение диа- до значения в диапазоне другого гидпазона измерения IIo относительной ратного состояния, приводит к воэвлажносхи достигают за счет исполь. — 5 никновению погрешности измерения,, зования гигроскопической соли с ми- значение которой изменяется во временимальным значением относительной ни по мере иэменения доли метаставлажности газа над поверхностью на- бильного компонента в общей массе сыщенного водного раствора, что су- кристаллов гигроскопической соли. щественно ограничивает выбор соли 10 Поэтому в процессе выбора отдают

Крутизна наклона характеристики предпочтение гигроскопической соли с преобразования парциального .давле меньшим количеством изменений гидния водяного пара в равновесную тем- ратных состояний кристаллов и с пературу насыщенного водного раство- большими интервалами между фиксирора гигроскопической соли обуславли f$ ванными значениями температур этих вает чувствительность первичного пре изменений. образования влажности, требования к Для предотвращения снижения точ- . чувствительности вторичного прибора ности измерений влажности газа от и, в конечном счете, определяет ре" химического взаимодействия гигроскозультирующую точность измерейия. По- 0 пической соли,с анализируемым газом этому для повышения точности измере выбор солй осуществляют по максиния влажности газа стремятся к вы . Мальной индифферентности ее и комбору гигроскопической"соли с боль, поиентам этого газа. С Учетом пере" шой крутизной наклона характеристи- чйсленных ограничений широкое прики преобразования. -, менЕние Для реализации ИзвестнОГО способа иамарййия.влажности газа поколичество .точек изменения гидрФт" лучил прак ичесиЙ лиэи, хлористый ных состояний кристаллОВ ГИГРОСИОПИ : ЛИТИй Обесп@чиэ@щ ий,.измерение влаж„ ческой соли и значения интеРвалов .НОсти газа. в.превлак от минус 5 до между этими точками определяют. точ-. О 00 е по .точке расы.прй .относительность измерения- влажности газ : ... ной,.влажности,10 160 В и имеющий связи с тем, что сорбцйбииые .актив .. .три Фбчкй измеиения гидратных сосности нась1щенного водного раствора: . тояиий крисфаллов-:Кроме того, зкспи каждого гидратного.состояийя кРис-. póa aösÿ подогреэных хлористолитиеталлов гигроскопической солй в идеи" . :.выух .йр@обр@эователей-влажности дотичных условиям различны крутизиа З "йустим@ только йри отсутствии. паров .,наклона характеристикИ прФОбРазОВа" . ацмйака, . глицерина гликолей„.спирния смеси насыщенного, раствора:й .. ..:: те э. и ряда кисдот, чТо .ограничивает кристаллов гиграскопиЧебиОЙ сОли . областй приыенения.этих йреобразозависит от удельного значения: по .:: :: .ват рщй» верхностей .насыщенного во@його Раст" 46" ". гаким Обуаэсж, иедОстатками укавора и каждого гидратнбго: состоя+ :....; ззЙНОго спбсоба.иэмeyeиия влажиaсти: ния кристаллов гигроскопической соли .:газа являются:Отиосительио узкий диав общей площади поверхности сбпри" . пазои иэмереиий:(из-эа Ограйичеиия косновения их с аиализируеыФ4 га . - Одного.. иэ. предел6э диайаэоиа зиачезом. соотношение .между плМ4дяжи:. .: $$ иием температуры замерзания насыповерхностей жидкой и .тзеФаой. Фаз .: . . щенибго водиогс. раствора гигроскопигигроскопической соли. при известиой ческой соли и эи@чеииеи:отиосительмассе ее, заФиксироваиное при экспе-.. ной. влажности газа иед поверхностью риментальном определении характерис". этогО расфвора). и относительно невытики преобразования парциал@ябго, И) сокая точность иэмереиий (из-эа Воэдавления водяного пара в температу никиовеиия погрешностей при иэмеиениру, может. быть обеспечено в пРОцес- ях гийратиых состояний кристаллов се измерений путем стабилизации мас- гигроскопических солей вследствие изсы насыщенного водного раствора в менеиия крутизны наклонов характе-, смеси за счет изменения в общем . > ристики преобразования на Участках нагреве доли стороннего нагрева. каждого гидратного состояния а такОд ако в случае неоднородности гид- же иэ-эа возникновения погрешностей ра ного состояния кристаллов гиг- при химическом взаимодействии гигроро копической соли определить и под- скопической соли--с компонентами анадержать постоянным соотношение лиэируемого газа)., кристаллических компонентов в общей аО массе кристаллов в настоящее время Наиболее близким по технической не представляется возможным. Такай сущности к изобретению является спонеоднородность обусловленная, в част- соб измерения. влажности газа, заклю-. ности,,возникновением метастабильно- чающийся в той,.что анализируемую го гидратного состояния кристаллов 65 среду подают в измерительную каме911284

55 ру, в которой помещена смесь насыщенного водного раствора и кристал-лов гигроскопической соли, при равновесной температуре этой смеси регулируют и измеряют давление в из-. мерительной камере и определяют влажность в анализируемой среде по рав5 новесной температуре с учетом отношения давления в анализируемой среде к давлению в измерительной камере j2) .

Этот способ обеспечивает расширение диапазона измерений за счет введения в расчетную формулу для определения влажности анализируемого газа масштабного коэффициента преобразования в виде отношейия дав« 15 ления анализируемого газа в объекте давления в анализируемой среде к давлению газа в измерительной камере.

Недостатком указанного способа Щ измерения влажности газа является относительно. невысокая точность иэ": мерений из.-эа возникновения погреш- . ностей при изменениях гидратных -сос-.. тояний кристаллов гигроскопической соли .вследствие изменения крутизны наклона характеристики преобразования, а также из-за в озникновенйя погрешности при химическом взаимодействии гигроскопической соли .с коМпонеитами анализируемого .газа.

Целью изобретения яйляется ПОвЫ" . шение точности измерения.влажности гаэа за счет предртвращейия изме" нений гидратного состояния крйсталлбЬ " испьльэуемой гигроскопической,соли . ® и предотвращения химическогб. взаи--. модействия ее с компонентами :анели" зируемого газа.

Ноставленнай цель достигаетей тем, что согласйо способу измерения: .40 влажности aia,-заключающемуся в тьй, что анализируемую среду подают i из-" мерительную камеру, s которой помеэ е на смесь насйщенного водного раство- .. ра и. кристаллов гигроскопической соли,4 при равньВесньй темйературе этой смеси регулируют .и измеряют давле-.. ние в измерительной камере и определяют . влажность в анализируемой среде по равновесной температуре с учетом отношения давления в анализируемой среде к давлению в измери- тельной камере, равновесную температуру смеси насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли поддерживают постоянной.

Равновесную температуру задают в диапазоне термической устойчивости одного из гидратных состояний кристаллов используемой гигроскопической соли, а регулирование дав- е9 ления газа в измерительной камере ведут до компенсации отклонения равновесной температуры от заданногозначения, что обеспечивает стабилизацию равновесной температуры смеси насыщенного водного раствора н крис-. таллов гигроскопической соли и стабилизацию соответствующего этой температуре парциального .давления водяного.пар. †. в измерительной камере во всем диапазоне измерения за счет изменения общего давления газа в измерительной камере обратно пропорционально изменению парцнального давления водяного пара в анализируемой среде, что предотвращает возникновение метастабильного состояния кристаллов гигроскопической соли и обусловленной им погрешности измерения, обеспечивает стабилизацию гидратного состояния кристаллов соли н приводит, в конечном счете, к повышению точности измерения влажности газа во всем диапазоне. измеряемых. значений.

Наряду с эткм стабилизацйя температуры смеси насыщенного раствора и кристаллов гигрьскопической соли в диапазоне термической устойчивости одного иэ гидратных состояний ее кристаллов:обеецечивает возможность выбора гнгроскоПической болю для измерения влажности газа только по химической стойхостй по .отношению . к компонентам анализируемого газа (а не. по количеству. точек изменения гйдратных состояний ::к интервалу между ними по температуре, как это бсу- ществляют s: известном способе), что приводит к повышенйю точности измерения влажности газа известного химического состава. .кроме того, постоянство парциальйого давления водяного пара в измерительной. камере во:всем диапазо-. не измерения обеспечивает линеариза- цию градуировочной характеристики преобразования измеряемого парциального:давления водяного пара в от= ношении давления анализйруемого газа,в Объекте и давлению газа в измерительной камере,:что приводит к повышению точности преобразования сигнала измерительной информации на последующих .стадиях его передачи и обработки. При постояином давлении анализируемого. газа в объекте это, в. частности, обеспечивает возможность градуирования шкалы средства измере-,, ния давления газа s измерительной камере непосредственно в единицах измеряемого парциального давления водяного пара, что повышает удобство считывания Информации.

Способ измерения влажности газа осуществляют пооперационно следующим образом., Задают значение равновесной тем« пературы смеси насыщенного водного раствора и кристаллов используемой гигроскопической соли в диапазоне одного из известных гидратных состояний этих кристаллов. При этом выбор гигроскопической соли осуществля911284 ют, исходя иэ максимальной индифферентности ее по отношению к известному химическому составу анализируемого газа, а выбор базового гидратного состояния кристаллов, определяющего диапазон допускаемого изменения равновесной температуры, осуществляют по максимальному значению его сербционной активности, что обеспечивает максимальную крутизну наклона характеристики преобразования парциального давления водяного пара в равновесную температуру и обеспечивает повышенную точность измерения влажности, как по минимальному значению энергозатрат на работу устройства .и, прежде всего, компрессора, в зависимости от существенности каждого иэ этих критериев в конкретных условиях измерения влажности газа.

Затем регулируют давление газа в измерительной. камере, поддерживая равновесную температуру смеси раствора и кристаллов постоянно, т.е. до компенсации отклонения равновесной температуры от заданного значения.

После этого измеряют давление анализируемой среды (гаэа в объекте) и давление в измерительной камере.

Влажность анализируемого газа в .объекте определяют по значению равновесной температуры с учетом отношения давления анализируемого газа в объекте и давлению газа в измерительной камере по формуле

1 р р . % .) . «9.

P t . Р к ) к где Р - парциальное давление водяного пара в аналиэи" руемом газе;

Р - нарциальное давление водяного пара в измерительной камере;

Р - давление анализируемого . газа в объекте;

P - давление газа в измерик. тельной камерен заданное значение равноР весной температуры смеси насыщенного водного раствора и кристаллов гигроскопической соли;

- коэффициент пропорциональности между заданным значением равновесной тем пературы и соответствующим ему значением парциального давления водяного пара в измерительной камере, определяемый по гра дуировочной характеристике используемой гигроскопической соли.

На чертеже изображен вариант структурной схемы устройства, реали-, регулятор 8 путем воздействия на регулирующий клапан 4 обеспечивает равенство расхода газа из измерительной камеры 2 поступлению в нее. После завершения переходного процесса и установления в преобразователе 3 равновесной температуры, что фиксируется при достижении ее стабильности измеряют давление ана) лизируемого газа на объекте и давление газа в измерительной камере

2 путем считывания показаний со шкал

О соответственно измерителей 5 и 6

„55

-60

65 зующего предлагаемый способ измерения влажности газа.

УстроЯство состоит из технологической и приборной частей. Технологическая часть устройства представ5 ляет собой канал движения анализируемого газа и состоит из последовательно соединенных компрессоров

1, проточной измерительной камеры

2 с установленным в ней преобразова10 телем 3 парциального давления водяно.

ro пара в равновесную температуру смеси насыщенного водного раствора и кристаллов гигроскопической соли и регулирующего клапана 4. Приборная часть устройства включает измери тель 5 давления анализируемого газа в объекте на входе в компрессор 1, измеритель б давления (например, манометры) в:измерительной камере 2, задатчик 7 и регулятор 8. Причем один вход регулятора 8 соединен с эадатчиком 7 температуры, второй вход — c преобразователем 3, выход регулятора 8 соединен е регулирующим клапаном 4.

Компрессор 1 всасывает анализируемый гаэ из объекта и нагнетает его в измерительную камеру 2, иэ которой через регулирующий клапан

4 под давлением газ выходит в окруЗ0-жающую среду. В процессе нагнетания температура газа возрастает, а относительная влажность понижается, что предотвращает компенсацию водяного пара в. канале движения газа.

Ç5 До тех пор, пока температура смеси насыщенного водного раствора и кристаллов гигроскопической соли в преобразователе 3 ниже заданного на задатчике 7 значения, регулятор 8 пу40 тем воздействия на регулирующий клапан 4 обеспечивает меньший расход газа из камеры 2 по сравнению с поступлением, вследствие чего давление. газа в измерительной камере 2 воз4 растает. Одновременно с общим давлением газа возрастает и парциальное давление водяного пара в измерительной камере 2, что приводит к соответствующему повышению температу50 ры гигроскопической соли в преобразователе 3. При равенстве температуры ссйпи в преобразователе 3 за,данному на эадатчике 7 значению

911284

10 давлений. Подставляя полученные диапазоне измеряемых значений. Прирезультаты измерений давлений анали- менение предлагаемого способа измеэируемого газа Р . в. объекте и газа рения влажности газа, при использов измерительной камере Р> наряду вании, например, хлористого лития с заданным значением равновесной в качестве гигроскопической соли температуры tpv известным значением 5 обеспечивает повышение точности изкозффициента пропорциональности k мерений в зонах температуры - 12 и в приведенную выше формулу, опреде- 41 С соответственно в 7 и 3 раза ляют влажность анализируемого газа (во столько раз возрастает погрешв объекте. ность преобразования парциального

При реализации данного техничес- g давления водяного пара и темперакого решения .основными критериями тура в зонах указанных значений выбора гигроскопической соли, обес" при изменениях гидратных состояпечиваюцими высокую точность измере- ний кристаллов хлористого лития) ния влажности газа, является только . только за счет предотврашеяия воэхимическая индифферентность ее по от- никновения метастабильных состояний ношению к компонентам анализируемо- > гигроскопической соли даже при го газа и крутизна наклона характе- . отсутствии химического вэаимодейс » ристики преобразования парцяального вия ее с окружаюшим газом. давления Водяного пара в равновесную температуру. При этом температура за-. мерзания насыщенного водного раетво- 26, Формула изобретения ра гигроскопической соли, относительная ВЛажяость Газа над .повеРкиоатью : сйособ измерения влажности газа, этого раствора., количество точек.-. .. заключающийся В том, что аяализируеязивиеиий. гидратнмх состояиий крис- : .му@ арада.подЖот в измерительную катахщоз я ..интервалы меящу иими..йо .: фф:меру, В которой помещена смесь насытемявратуре .т., е.. фЙзичеекиа .свой -: : 4еияОгО водиого раствора -и кристал-eTs4tp ìñþîðüì были eyigeeiseh :йри . лов x è1ð0cêîsé÷Ôñêîé соли:, при pasвыбсре гигробкоиической сола:для:яз-.. - Йовесяой .темйературе этой смеси ревестйоФе способа; .становятся"Aeey««. :-;:. -хулйРуют и измеряют давлеяие в изществьянйми,. Йодксхльку Оии Йе элия": hajj мерительной kit4e9e и Определяют влажют яа ИРадМЫ и. тОчиостъ измерения ..: :ность В анализируемой среде по равВлажности газа Всоответствии. с:: ::., :. . новаой эй.теьшературе с учетом отяо-. ,префлМ@емий:.спфсобом. . :, :-:-:, - .:, .ШеяЙй давления В- анализируемой среде .:., "к. @аЬлеиий В Йзмерительяой камере, T@xmhe,О рфзом иредлагаемое тех в. j$ О % .л я ч а ю щ " " с я тем что

НИЧЕОКОЕ-РЕШЕИИЕ,ОбЕСПЕЧИВаЕт.ра„я .. IC ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ тоЧНОСти ИЗМЕРЕНИЯ,рение вой46жнобти ВЫ@эра хиииЧескя-.; .:.:. РавнОВЕСНуй теияературу смеси насыиндя,р е „,нтиой.гйгрО,.КОпической с@ 1и .. ..:. @ейного раствора и кристаллов гигро дл„ заранее известИОгО С,,става аИ Я1 .. : скойИЧеокой бОли ПОддержйвают постозяруемого.газа, что» В конечном::.сне-.. 6 Инной. те, приводит. к существенному:расши- -. 4 .:. :. Источиики ин@ормации, рейию номенклатуры айализируеймя :::. : "нринятие во ВВМмание. при экспертизе влажных газов и испОЛЬзуеМых. гигРо: .: 1,.: Авторское свидетельство СССР скопических солей и обеспечивает,:":..: Р 214155 ю кл, 6 01 И 25/56у 1968. практическое решение проблейы изме- . ". . 2. АэтарскоЕ сВИДетельство СССР реиия различных по составу Влажных:.. 43 Ф .30160Оу кл. 6 01 и 25/56, 1971 гаэОВ с ВысОкой тОчностью В ширОкОм (прот0тип) °

ВНИИПИ Заказ 1109/28 ТиРаж 883 Подписное

«

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4