Датчик точки росы

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК я)5 6 01 Н 25/68 НИ ИЦЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ ир на- Ндьно- ететва относятся малая надежа иэ строя охакже снижает росы, в коной поверх-световода, рием ником вности для ем механиа является ел ь но-жидтствующих в ит к потере снижает речик кап ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 39кл, 6 01 М 25/68, 1971,Патент Франции М 2574552,кл. 6 01 й 25/66, опублик. 1986.(54) ДАТЧИК ТОЧКИ РОСЫ(57) Изобретение относится к областилитического приборостроения и преднчено для контроля влажности природгаза при наличии в потоке газа капежидких и твердых примесей. Цель изоб Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля и измерения влажности природного газа и может быть использовано в газоперерабатывающей промышленности, а также при проведении метрологических исследований,Известен конденсационный гигрометр, содержащий рабочую камеру. в которой размещены охлаждаемое зеркало, осветитель, светочувствительный элемент, термопара и механический очиститель зеркала. В результате охлаждения зеркала на егоповерхность конденсируется капельки воды, что приводит к изменению величины интенсивности оптического излучения, попадающего на светочувствительный элемент. Для очистки зеркала от пыли и капельно-жидких веществ периодически включают очиститель. 5 О, 178489 ния - увеличение чувствительности, точности и ресурса работы. Использование пьезоэлектрических пластин, установленных на конденсационную поверхность с зазором между собой, снабженных электродами емкостного электровибратора, предохраняет конденсационную поверхность от осаждения капельно-жидких и твердых примесей и способствует ее очищению в случае загрязнения, Применение для регистрации момента появления росы световодов, расположенных в пластинах на расстоянии от конденсационной поверхности,равном заданному порогу чувствительности, позволяет регулировать чувствительность датчика. 1 ил,К недостаткам устрои громоздкость конструкции ность из-за быстрого выход лаждаемого зеркала, что ресурс работы гигрометра,Известен оптический датчитором в качестве конденсационности используется поверхностсоединенного с источником исвета, на которой имеются неррассеяния света, полученные пуческой деформации,Недостатком такого датосаждение на неровностяхких и твердых примесей. присуисследуемом газе, что приводчувствительности, точности исурс работы датчика,Цель изобретения - увеличение чувствительности, точности и ресурса работы датчика.Указанная цель достигается тем, что в датчике точки росы, содержащем конденсационную поверхность, световоды, соединенные соответственно с источником и прйемником света, на конденсационной поверхности установлены пластины с зазором меЖду собой; кбФорый йревышает капиллярную постоянную. снабженные электродами емкостного электровибратора. Световоды расположены в этих пластинах на расстоянии от канденсационной поверхности, равном заданному порогу чувствительности.Предлагаемый датчик отличается от прототипа наличием пьезоэлектрических пластин, установленных на конденсационную паве рхйость, в которых сформированы свето- воды. Это позволяет изготавливать конденсационную поверхность из металла, что повышает точность измерения амплитуды, Создается возможность регулировки чувствительности датчика путем расположения световодов на определенном расстоянии над конденсаМионной поверхностью. Кроме того конденсационная поверхность предохраняется от осаждения капельножидких и твердых примесей целью, образованной пластинами, установленными с зазором между собой. Удаление примесей со стенок и дна щели облегчается с помощью возбуждения в пластинах ультразвуковых волн.Для того, чтобы в зазоре между пластинами не сказывался капиллярный эффект, необходимо соблюдение следующего условия:ба,где б - расстояние между вертикальнымипластинами;а - капиллярная постоянная,а = К 7 а аЯ где а- поверхностное натяжение жидкости; Я - плотность жидкости.ц - ускорение свободного падения. Дляводы2 76 10 н/м 9,8 м/с 10 кгlмз Фиксация момента появления росы осуществляетсяь с помощью световодов, расположенных над конденсационной поверхностью, на расстоянии 0-50 мкм от нее.Капельки влаги, конденсирующиеся на бронзовом хромированном зеркале, отполированном па десятому классу чистоты, в начальный период конденсации (первые 1 - 5 2 с) имеют средний размер 4 - 5 мкм ипокрывают 1/10 площади зеркала,Числовая аппертура Ак капельки, преломляющей свет, в воздухе равна: 10 Ак = 1 зп(агст 9(2 юу)3,где д - показатель преломления конденсата, Для воды, у которой д,33,А - 0,93,15 типичная числовая апертура используемыхмногомодовых световодовАсв =0,2Следовательно, интенсивность света, преломленного капелькой влаги, уменьшится в20 21 раз. живых Ак 0 93 3,14 2 52 мкм 2 40 Як1 к = 1Ясв0,92,50,5 мкм мкм где Як - площадь поперечного сечения ка 45 пельки,Ясв - площадь поперечного сечения световода,При ширине зазора между пластинами 50 равном 2 мм, на конденсационной поверхности между двумя световодами в первые 1 - 2 с сконденсируется около й - 500 капелек влаги 55Якп2000,50 0,1 мкм мкм314 252 мкм= 500,где Якп - площадь конденсационной поверхности между световодами; 25где 1 вх - интенсивность света, падающего накапельку конденсата.вых- интенсивность света, прошедшегочерез капельку конденсата, т.е. происходит 0 почти полное рассеивание пучка лучей.Если размер световода в направлении,перпендикулярном конденсационной поверхности, равен 5 мкм, а в направлениивдоль зазора между пластинами 50 мкм, то,наличие одной капельки воды с диаметром5 мкм в зазоре между световодами приведетк относительному уменьшению пропускания до величины1 - часть площади конденсационной твердых примесей, присутствующих в пото- поверхности, покрывающаяся капельками кеисследуемогогаза,движущегося поперек росы в первые 1 - 2 с конденсации. Это щели, Для удаления осажденных примесей приведет к практически полному погаше-со стеной и днэ щели, в пластинах 2, при нию оптического сигнала 5 помощи, электродов 3, возбуждаются ульт 1=0) =(0,92) =О,й 500развуковые волны,П р и м е р. На конденсационную поверхность 1 латунного зеркала толщиной 2,5 ммВ предлагаемом датчике точки росы устанавливались с зазором между собой конденсационная поверхность с установ равном 3 мм две пластин 2 толщиной 3,6 мм, ленными на ней пластинами, в рабочем по- изготовленные из ОМЬОз. В пластинах были ложении расположена горизонтально и сформированы ТЮМЬОз диффузионные обращена вниз, Щель, образованная между световоды 4, имеющие глубину 4 мкм и шипластинами, расположена поперек потока, рину 50 мкм и электроды емкостного электисследуемого газа, В этом случае, при соот ровибратора 3, Световоды соединялись при ветствующем выборе отношения ширины и помощи оптических волокон соответственвысоты щели, капельно-жидкие и твердые но с полупровоДниковым лазером типа примеси под действием сил инерции и тяже- ИЛПНи фотодиодом типа ФД.сти осаждаются в основном на стенках ще- В процессе лабораторных испытаний ли, не достигая ее дна, Под действием 20 состояние конденсэционной поверхности ультразвуковых вибраций, получаемых с по- контролировалось при помощи микроскопа мощью электродов, сформированных наМБС. При охлаждении конденсзционной пьезоэлектрических пластинах, облегчается поверхности 1, сигнал, регистрируемый фоудаление осажденных примесей со стенок топриемником 6, начинал уменьшаться еще щели, Незначительное количество микро до того, как капельки влаги, конденсируюпримесей, осаждающихся на дне щели,-при щиесяиз воздуха, обнаруживались визуальсоответствующем выборе порога чувстви- но с помощью микроскопа. Это указывает тельности; не оказывает существенного на 01 ень высокую чувствительность устрой- влияния на работу датчика, ствэ, Для понижения чувствительности, ноТаким образом, применение светово повышения при этом защищенности от дов, расположейных вблизи металлической осаждаемых примесей, световоды отдаляконденсационной поверхности. сформиро- лись от конденсационной поверхности на ванных в пьезоэлектрических пластинах, величины от 1 до 50 мкм, Это достигалось снабженных электровибраторами и уста- путем нанесения пленок соответствующей новленных с зэзором между собой позволя толщины на внешние поверхности световоет эффективно защитить конденсационную дов до их установки на конденсационную поверхность от осаждения капельнб-жид- поверхность,ких и твердых примесей с сохранением или Промышленные испытания устройства увеличением чувствительности и точности, производились в производственном объесвойственным оптическим методам,40, динении "Кубаньгазпром", На первом этапеНа чертеже представлена схема датчи-испытаний провбдились измерения темпека точки росы. ратуры точки росъ товарного газа при давДатчикточкиросысостоитизконденса- лении 35 атм, Точность определения ционной поверхности 1, на которой уста- температуры точки росы составила й 0,5 С. новленыс зазороммеждусобой пластины 2 45 Воспроизводимость отдельных измерений из пьезоэлектрического материала, снаб-. + 0,25 С, Время отдельного измерения соженные электродами емкостного электро- ставило 3 мин, время восстановления сигвибрзтора 3, В пластинах сформированы нала при нагревании конденсационноо световоды 4, соединенные соответственно зеркала 30 с. В течение двух дней испытзс источником 5 и приемником 6 света. 50 ний датчик продемонстрировал устойчивуюДатчик точки росы работает следующим работу,образом. В процессе охлзждения, нз кон- Нз втором этапе испытаний датчик устаденсационной поверхности 1, в зазоре навливался на трубопровод отбора газа не- между пластинами 2, происходит конденса- посредственно из скважины, йри давлении ция .капелек влаги, которые рассеивают 55 70 атм. В потоке исследуемого газа присутсвет. распространяющийся вдоль конденса- ствовало значительное количество конденционнойповерхностимеждусветоводами 4. сата, влаги и др. примесей. После подачи Щель, образованная между пластинами 2, газа оптический сигнал упал на 30 , одна- предохраняет конденсационную поверх-""ко"прибор остался работоспособным, Была ность 1 от осаждения капельно-жидких и1784894 Корректор А. Мотыль Составитель М. Элоч Техред М,Моргентал едактор Т, Егорова Заказ 4361 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 произведена серия измерений температуры точкй росы исследуемого газа с точностью + 1 С, т.е. некоторое загрязнение датчика привело к определенному ухудшению точности.Таким образом, датчик точки росы продемонстрировал устойчивую работу в условиях газового промысла при разных состояниях природного газа: как очищенного, так и загрязненного.формула изобретения Датчик точки росы, содержащий конденсационнуа поверхность, световоды, соединенные соответственно с источником и приемникомсвета, отл ича ю щийс я тем, что, с целью увеличения чувствительности и ресурса работы, на конденсационной по верхности установлены с зазором между собой, снабженные электродами емкостного электровибратора пьезоэлектрические пластины, в которых расположены на расстоянии от конденсационной поверхности, 10 равном заданному порогу чувствительности, световоды, причем зазор между пьезоэлектрическими пластинами больше величины капиллярной постоянной.