Гигрометр точки росы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК з(5) 0 01 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ПОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТЪ 9(54 ) (57 ) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ, сжащий источник ионизирующего излния, охладитель и измеритель темптуры ионизируемого объема, а такоптический детектор росы, о т лч а ю щ и й с я тем, что, с цельповышения точности измерения, исник ионизирующего излучения выполв виде кольца с радиусом, равнымне пробега частиц, испускаежх иником, а оптическая ось детекторсы проходит через центр кольца.Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля и измерения влажности смеси газов,в частности воздуха, и может бытьиспользовано при проведении метрологических исследований в технологиихимического, нефтеперерабатывающего,металлургического и других производствНаиболее точными и чувствительными гигрометрами в настоящее время яв ляются гигрометры, основанные на принципе оптической регистрации светового потока, отражаемого от охлаждаемой конденсационной поверхности, ирегистрации точки росы в момент изменения величины светового потока.Известен гигрометр, содержащийзеркальную конденсационную поверхность, например, сложной формы, которой является сама камера, за счетчего достигается высокая чувствительность гигрометра 1 3Однако технология изготовления такой поверхности очень сложна. Кроме того, необходимо поддерживатьвысокую чистоту этой поверхности,что значительно усложняет условия эксплуатации таких гигрометров, 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 О тура не соответствует точке росы. Вблизи охлаждаемой поверхности возникает пересыщение пара, что еще более увеличивает погрешность определения точки росы, так как глубина 45 пересыщения может достигать 10 ОС,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гигрометр точки росы, содержащий источник ионизирующего излучения, ц охладитель и измеритель температуры иониэируемого объема, оптический детектор росы, В этом гигрометре ионизируют воздушную среду, понижают ее температуру и доводят газ до насыщения, формируя область конденсата на образовавшихся ионах, регистрируют выходной поток ионизирующего излучения, а температуру точки росы измеряют в момент изменения величины выходного потока 23 Способ определения точки росы, основанный на ионизации воздушной среды, и устройство для его осуществления обладают значительно большей точностью по сравнению со способамй устройствами ), 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 1 конденсирую:щей поверхности и окружающей среды, ,Кроме того, ионизация среды позволяет 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 чрезвычайно низка и составляет Р=0,02, так как энергия ультрафиолетовоо кванта Й =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 целив гигрометре точки росы, содержащемисточник ионизирующего излучения,охладитель и измеритель температуры ионизируемого объема, а также оптический детектор росы, источникионизирующего излучения выполнен ввиде кольца с радиусом, равным длинепробега частиц, испускаемых историком, а оптическая ось детектора расыпроходит через центр кольца,С целью упрощения устройства вкачестве источника ионизирующегоизлучения выбран Ы -источник.Сущность изобретения заключаетсяв том, что иониэацию среды производятисточником, характеризующимся макси 1073668мальными потерями энергии, конкретно источником с -излучения, что обеспечивает максимальную удельную плотность ионизации с вероятностью, близкой к единице. На ионах происходит уверенная конденсация пара при дос тижении точки росы, а так как параметры потока при этом практически не изменяются, то измеряют. величину не ионизирующего потока, а светового потока, проходящего через область 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 которого размещен источник 3 ионизирующего излучения с -частиц в виде соли - нитрата уранила 802(8012. У центра симметрии кольца расположен измеритель температуры изониэированного объема - термочувствительный элемент 4, а вне области ионизации в исследуемом объеме расположен второй термочувствительный элемент 5. 30 Оба термочувствительных элемента подключены к термомосту б для осуществления автоматизации измерения. С одной стороны плоскости кольца 2 расположен источник 7 света, с дру гой - фотоприемник 8, т.е. оптическая ось детектора росы приходит через цепь кольца. Радиус кольца равен длине пробега частиц, испускаемых источником. 40При прохождении через воздух-частицы теряют кинетическую энергию в основном на ионизацию мо" лекул воздуха. Средняя энергия, затрачиваемая сс -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 частицы характеризуются максимальной потерей энергии на ионизацию по сравнению с другими видами ионизирующих 60 излучений, интенсивность ионизации максимально возможная с вероятностьюблизкой Р й 1. Фотоприемник 8 измеряет интенсивность света от источника 7 света, проходящего через центр 65 ионизации ( центр симметрии кольца 2),При охлаждении среды, в частнОстималого объема, заключенного в кольцевой охладитель 1, на ионах образуется конденсат при достижении температуры точки росы. С выпадением конденсата резко меняется интенсивностьсветового потока, регистрируемого фотоприемником 8, в этот момент отмечают величи ну температуры, определяемую термочувствительным элементом 4,расположенным в области конденсации.Включение двух термочувствительныхэлементов 4 и 5 в диагональ термостата 6 позволяет автоматизировать процесс определения точки росы, так какв диагонали термостата б протекаетток, пропорциональный разности температур термочувствительных элементов4 и 5, второй из которых, элемент 5,показывает темпера туру окружающей среды,В предлагаемом устройстве область,где в основном происходит ионизация,ограничена кольцом 2 сравнительномалого диаметра (8 мм 1, фактическиопределение точки росы производятчувствительным элементом с габаритами, значительно меньшими габаритовобщего исследуемого объема, поэтомутакой чувствительный элемент практически не влияет на состояние исследуемой среды, и нежелательные процессы, происходящие в гигрометрах точкиросы известных конструкций, типавозникновения обширных областей метастабильности, значительного различия в температурах конденсационных(и других ) поверхностей и среды,практически отсутствуют, поэтому большие ошибки измерения, связанные сэтими явлениями, исчезают. Кроме того, чувствительный элемент стопь 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 максимальнойвероятности ионизации по -сравнению сдругими ионизирующими источниками,наиболее удобно в эксгшуатации, таккак нет необходимости решать вопросырадиационной защиты обслуживающегоперсонала с( -источник характеризуется чрезвычайно большим временем жизни 104 л, что также немаловажно сточки зрения уменьшения энергетических затрат.Сравнительные измерения относительной влажности воздуха в солевом гигростате показали увеличение точностирегистрации более чем в 2,5 раза посравнению с одним из наиболее точныхгигрометров, основанном на оптическом принципе регистрации и содержащем конденсационную поверхность.