Сорбционно-частотный влагомер

ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистически кРеспублик ц 735964(23) П риоритет Опубликовано 25,05,80. Беллетень 19 ло делам изобретений и открытий(088,8) Дата опубликования описания 28.05.80 В. М. Баженов, В. Е. Иващенко, В, П. Коломыйцев,Г, Е. Плаксин и И, А, Рудых(54) СОРБЦИОННО-ЧАСТОТНЫЙ ВЛАГОМЕР Изобретение относится к области ана- литического приборостроения и может быть использовано в газовом анализе, в частности, для измерения влажности газовых смесей,5 Известен влагомер, содержащий двачувствительных элемента - измерительный и эталонный, в качестве которых используются кварцевые резонаторы, при 10 чем измерительный чувствительный элемент покрыт влагочувствительной пленкой, а эталонный или не имеет покрытия или покрыт пленкой, не чувствительной к влаге 1 схему электрического питания и измерения, которая содержит два .электронных генератора, возбуждающих и поддерживающих колебания чувствительных элементов, схему смешения частот колебаний названных генераторов, благодаря которой выделяется сигнал разностной частоты, пропорциональный влажности газа 111. Однако этот влагомер не обладает достаточной точностью и требует 2для периодической проверки и юстировкиналичия эталонных парогазовых смесей,Наиболее близким по техническойсущности к данному изобретению является сорбционно-частотный влагомер, содержащий две термостатированные камеры с идентичными сорбционными чувствительными элементами, включенными визмерительную схему, магистрали подвода и отвода анализируемой среды и газовый переключатель 121,Известный влагомер также обладаетнедостатками - требует наличия источника осушенного газа, обладает пониженной точностью из-за влияния атмосферного давления, для поверки необходимоналичие эталонных смесей или образно,вых средств измерения.Целью изобретения является повышениеточности анализа и поверки.Это достигается за счет того, чтовлагомер содержит дроссель, установленный между соединенными последовательно камерами с чувствительными элемен5964 ф 4 3 73 тами, регулятор перепада давлений, полость высокого давления которого соединена с входом первой по ходу газа камеры, полость низкого давления - с магистралью отвода анализируемой среды, а газовый переключатель выполнен двухходовым и его нормально закрытый канал соединен с первой хамерой, общий канал со второй камерой, а нормально-открытый канал с магистралью отвода, соединенный через дроссель подпора с дополнительным выходом второй камеры.На чертеже представлена схема описываемого влвгомера, который содержит магистраль подвода 1 анализируемой среды, регулятор 2 перепада давления с полостью 3 высокого давления и полостью 4 низкого давления, камеры 5 и 6, в которых расположены идентичные кварцевые сорбционные чувствительные элементы 7 и 8, вход 9 и выход 10 камеры 5, основной 11 и дополнительный 12 выходы камеры 6, дроссель 13 и, дроссель 14 подпора, двухходовой газовый переключатель 15 с электромагнитным приводом нормально-закрытый канал 16, нормально-открытый канал 17 и общий канал 18 газового переключателя, магистраль отвода 19 анализируемой среды, канал 20 соединения камеры 4 низкого, давления регулятора перепада давления с магистралью отвода, термостат 21, электронные генераторы 22 и 23, смеситель сигналов 24, преобразователь 25 разностной частоты.Газовые элементы схемы за исключением регулятора перепада давления Расположены в термостате 21. Электрические элементы схемы могут быть расположены вне термостата или в термостате.В режиме измерения анализируемый газ под давлением через вход поступает в регулятор 2 перепада давления, при этом в его полостях 3 и 4 устанавливается определенный перепад давления. Из полости 3 высокого давления через вход 9 газ поступает в камеру 5 с чувствительным элементом 7.Таким образом, давление в камере 5 имеет то же,значение,что и в полости 3. После камеры 5 анализируемый газ проходит через дроссель 13, где давление его понижается, и поступает в камеру 6 с чувствительным элементом 8. Из камеры 6 через основной выход 11, общий 18 и нормально открытый 17 каналы газового переключателя 15 газ поступает к выходу влагомера. Так как выход влагомера напрямую с помощью канала 20соединен с полостью 4 низкого давления.регулятора 2 перепада давления, то давление в камере 6 имеет то же значение,5что и в полости 4 низкого давления. Таким образом, в режиме измерения в каме.рах 5 и 6 поддерживается строго определенный перепад давления. Причем этотперепад будет сохраняться при измене 10 нии дренажного давления на выходевлагомера.Поскольку анализируемый гаэ представляет собой парогаэовую смесь то,благодаря наличию разности давлениямежду камерами 5 и 6, имеется разность парциальных давлений паров водыв камерах 5 и 6, причем парциальноедавление паров воды в камере 5 превышает парциальное давление паров водыв камере 6. Разность парциальныхдавлений зависит от объемного влагосодержания газа и при изменении последнего соответственно изменяется, Каждыйсорбционный кварцевый чувствительный25 элемент при постоянной температуре реагирует на изменение парциального давления паров воды соответствующим изменением частоты колебания, котораяфиксируется электронным генератором.ЗО В схеме влагомера генератор 22 связанэлектрически с чувствительным элементом 7, а генератор 23 - с чувствительным элементом 8, поэтому электромеханические колебания каждого чувствиЗ 5 тельного элемента возбуждаются и поддерживаются, соответственно, этими генераторами. Сигналы высокой частоты сгенераторов 22 и 23 поступают в смеситель 24, где выделяется сигнал разнос 40 тей частот, который поступает в преобразователь 25 частоты, где преобразуетсяв постоянный ток, напряжение или код.В данной схеме частота колебаниякаждого чувствительного элемента за 45 висит от парциального давления паровводы, а разностная частота, соответственно, зависит от разности парциа 1 тьныхдавлений паров воды между хемерами 5и 6 и следовательно от объемного влагосодержаник газа. Таким образом, в режиме измерения раэностная частота служит мерой влагосодержания газа,Схема влагомера, представленная начертеже позволяет оперативно произво 55 дить проверку исправности влагомера, ипри необходимости его юстировку безприменения эталонных газовых смесей.Проверка исправности и юстировхавлагомера производится путем выравни59 6же. В режиме измерения между камерами 5 и 6 поддерживается перепад давлений, равный 98,1 кПа (1 кгс/см ).Температура в камерах .5 и 6 поддерживается равной +50+0,1 ОС с помощью двухконтурной системы термостатирования. Влагомер предназначен для измерения влажности сжатых газов. Испытания влагомера показали его работоспособ- О ность, простоту и надежность, малоинер-ционность, отсутствие дополнительной погрешности от изменения атмосферного давления, а также возможность провергки его исправности и юстировки на ана лизируемом газе,64 5 73 вания давлений анализируемого газа между камерами 5 и 6, Б режиме юстировки на электромагнитный привод газового переключателя 15 подается электрическое напряжение, при атом нормально- закрытый канал 16 открывается, а нормально-открытый канал 17 - закрывается.В этом случае анализируемый газ с выхода 10 камеры 5 в камеру 6 проходит, минуя дроссель 13, через нормально-закрытый канал 16 и общий канал 18, а из камеры 6 через дроссель 14, дополнительный выход 12 к выходу влагомера. Так как в этом случае между камерами 5 и 6 сопротивления движению газа нет, то давление в обеих камерах будет одинаковым и равным давлению в полости 3 регулятора перепада давления. Дроссель 14 служит для создания подпора газа. Сечение его про ходкого сечения одинаково с дросселем 13,При выравнивании давлений анализируемого газа в камерах 5 и 6 разность парциальных давлений паров воды становится равной нулю, а так как чувст вительные элементы идентичны и имеют при одинаковом давлении и температуре идентичные частотно-влажностные характеристики, то разностная частота становится равной нулю или значению, заданному при градуировке влагомера на сухом газе. Если этого не произойдет, то производится юстировка влагомера, например, при помощи перестройки частоты одного из генераторов. 35Одним из примеров выполнения влагомера является разработанный измеритель влажности газов, В качестве чувствительных элементов в этом влагомере использованы кварцевые резонаторы с час- фо тотой колебанийпорядка 9 мГц с сорбционной биополимерной пленкой на основе натуральной шерсти. Влагомер имеет диапазон измерения от 0 до 25000 млнперекрываемый тремя шкалами О 250 млн, О 2500 млн и О 25000 млнВлагомер состоит из первичного преобразователяи блоков измерения, Первичный преобразователь влагомера вы-, 50 полнея по схеме, приведенной на чертеформула изобретения Сорбционно-частотный влагомер, содержащий две термостатированные камерыс идентичными сорбционными чувствительными элементами, включенными в измерительную схему, магистрали подвода иотвода анализируемой среды и газовыйпереключательо т л и ч а ю щи й с ятем, что, с целью повышения точностианализа и поверки, он содержит дроссель,установленный между соединенными последовательно камерами с чувствительными элементами, регулятор перепада давлений, полость высокого давления которого соединена с входом первой о ходугаза камеры, полость низкого давленияс магистралью отвода анализируемойсреды, а газовый переключатель выполнен двухходовым, и его нормально-закрытый канал соединен с первой каме-.рой, общий канал с второй камерой, анормально открытый канал с магистральюотвода, соединенной через дроссель подпора с дополнительным выходом второйкамеры.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР463901, кл. О 01 М 25/58,3 1. 10.73.2. Берлинер М. А. Измерения влажности., - М., 1973, с. 281-284 (прототип) ., ул. Проектная, 4 34 Тираж 101 ЦНИИПИ,Государс по делам изо 13035, Москва, Ж венногобретений 5, Рауш Подписноеомитета СССРоткрытий .ая наб., д, 4/