Плотномер газа

ИСАВ ИЕИЗОБРЕТЕНИЯ т:.ъте:,О П Союз Соеетскик Социалистических Республик(22) Заявлено 261228 (21) 2702493/18-25с присоединением заявки Ио(51)М. Кл.з С 01 Н 9/Зб Государственный коннтет СССР яо делан нзобретений н открытияДата опубликования описания 07.1280:(54) ПлотНОМЕР ГАЗА Изобретение относится к устройствам для анализа газовых смесей посредством измерения плотности.Известен плотномер газа, содержащий сравнительный, выходной и рас- з положенный между ниии измерительный вертикальные каналы, которые сое- динены между собой вверху и внизу горизонтальными каналами с установленными в них термоанемометрами Я . 10Ряд усовершенствований этого плотномера был направлен на повыщение их чувствительности и точности за счет, главным образом, применения более чувствительных термоанемо метров и усложнения газовой схемы. Однако существенный недостаток плотномера, заключающийся в ограниченности диапазона измеряеьых плотностей, не был устранен. 20Йзвестен плотномер газа, являющийся прототипом изобретения и содержащий сравнительный, выходной и расположенный между ними измерительный вертикальные каналы, причем газовые вводы и выводы присоединены к средним точкам соответствующих вертикальных каналов, а термоанемометры установлены на участках горизонтальных каналов, соединяющих между собой 30 сравнительный и измерительный вертикальные каналы. Чувствительные элементы термоанемометров включены в схему электрического измерительного моста с подключенным к нему регистратором 2 .Недостатком этих плотномеров газа является ограниченность диапазойа измеряемых плотностей газа вследствие запирания отдельных каналов газовой схемы нри достаточно больших разностях плотностей анализируемого и сравнительного газов. Попытка устранения этого недостатка эа счет изменения геометрических размеров каналов газовой схемы приводит к снижению чувствительности. Подбор же подходящего по свойствам сравнительного газа весьма ограничен и также не позволяет эффективно устранить отмеченный недостаток. Вследствие этого плотномеры газа внастоящее время, несмотря на ряд их важных достоинств, применяются главным образом в качестве детектора в хроматографии, где в большинстве случаев диапазон измеряемых плотностей.может быть сделан достаточно узким. В то же время во многих случаях, в частностг в ряде процессов нефтехимической промышленности и промышленности СК, необходимоизмерять плотность газовых смесей углеводородов,изменяющуюся в широкомдиапазоне, что не может быть осуществлено укаэанными газовыми весами.Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых плотностей,Указанная цель достигается тем,что вертикальный канал для газа сбольшей плотностью, вместе с частью 1 Оприсоединенного к нему газовоговвода, имеющей внутреннюю поверхность(2+5) 10 Зм, снабжен нагревателемвертикальный канал для газа с меньшей плотностью снабжен устройством, 35для отвода, тепла, а части горизонтальных каналов, соединяющие между собой указанные вертикальные каналы,выполнены со следующим соотношениемразмеров, характеризующим их тепло- щвое сопротивление:аооЦ(лР) 20,где- длины укаэанных чатей горизонтальных каналов, мГ - площади поперечных сечений 3 Ястенок каналов, м.Х - коэффициент теплопроводности материала каналов,Вт/м С.оПри этом нагрев канала для газа сбольшей плотностью и охлаждениеканала для газа с меньшей плотностьюприводит к уменьшению разности плотностей анализируемого и сравнительного газов и, следовательно, кпредотвращению явления эаниранияотдельных каналов газовой схемы плотномера, приводящего к ограничениюдиапазона измеряемых плотностей газов.Части горизонтальных каналов,заключенные между нагреваемым и 40охлаждаемым вертикальными каналами,должны обладать достаточным тепловым сопротивлением, чтобы предотвратить значительный разогрев канала для газа с меньшей плотностью. 4Этой же цели служит и применениеохлаждающего устройства. При этомуменьшение величины (./(ХГ) ниже20 фС/Вт приводит к заметному воз"растанию теплового потока между ука" урванными каналами, а увеличениетоЯ же величины свыше 200 ОС/Втявляется неоправданным и требуетприменения специальных материаловс Миэкой теплопроводностью. Необ"ходимость нагрева части ввода длятяжелого газа вызвана тем, что поверхности вертикального канала длятяжелого газа обычно недостаточнодля нагрева проходящего газа до необходимой температуры. При этом ЮОв случае поверхности нагрева газового ввода, меньшей 2 10м , газне будет нагреваться до необходимойтемпературы, а увеличение поверхности нагрева свыше 5 10м приводит 65 к неоправданному усложнению конструкции.С целью увеличения точноСти и чувствительности газовый плотномер может быть снабжен устройством для автоматического уравновешивания электрического измерительного моста, подключенным к выходу этого моста и к источнику питания нагревателя, причем о величине плотности анализируемого газа судят по величине тока нагревателя. В этом случае измерение производится в момент, равенства плотностей газов в сравнительном и измерительном каналах и, следовательно, при равенстве расходов сравнительного газа в горизонтальных каналах. Вследствие этого воздействия помех (колебания расхода сравнительного газа на входе, напряжения литания измерительного моста, температуры окружающей среды) на расходы сравнительного газа в горизонтальных каналах и токи в противоположных плечах измерительного моста взаимно компенсируются, что приводит к увеличению точности. Применение же высокочувствительного усилителя в устройстве автоматического уравновешивания позволяет увеличить также и чувствительность газовых весов, Для уменьшения динамйческой погрешности нагреватель в этом случае должен быть достаточно малоинерционным.На чертеже изображен общий вид плотномера газа в разрезе, а также вид на плотномер сверху.Плотномер состоит мз двух металлических блоков, измерительного 1 и сравнительного 2, в которых высверлены вертикальные каналы 3 (срав нительный), 4 (измерительный) и 5 (выходной), а также соединяющие их горизонтальные каналы, которые на участках между блоками выполнены в виде металлических трубок б и 7. Вертикальные каналы снабжены в сред-. них точках вводами 8 и 9, соответственно для сравнительного и анализируемого газов, а также выводом 10 для отходящих газов, причем ввод для анализируемого газа имеет змеевик 11, находящийся в измеритель ном блоке 1 и служащий дЛя предварительного нагрева анализируемого газа. Измерительный блок 1 снабжен электронагревателем 12 иэ электро- изоляционного нихромового провода, расположенным на боковой поверхности блока и подключенным .через переменное сопротивление установки тока к стабилизатору постоянного напряжения. Измерительный блок 1 с электронагревателем 12 для уменьшения тепловых потерь имеет снаружи слой тепловой изоляции 13 иэ асбеста. В гбриэонтальных каналах сравнительного блока 2 установлены вольфрамовые нити 14 и15 термоанемометров, подключенныек измерительному мосту с регистратором на выходе, питаемому от, стабилизатора постоянного напряжения.Для улучшения теплоотвода сравнительный блок 2 снабжен ребрами16., Плотномер газа помещен в термостат,Блоки 1 и 2 с каналами 6 и 7 изготовлены из нержавеющей стали,причем каналы, имеющие толщину стенок0,5 мм, прикреплены к блокам с помощью пайки. Каналы в блоках выполнены путем сквозного сверления споследующей заглушкой концов. Нити14 и 15 термоанемометров с точностью до +2подобраны в пару по 15величине электрического сопротивления.В качестве устройства для автоматического уравновешивания измерительного моста может быть использован,например усилитель от электронного Щавтоматического потенциометра среверсивным двигателем, соединенным механически с движком сопротивления установки тока электронагревателя 12,25Плотномер газа работает следующимобразом,Сравнительный газ, например азот,поступает по входу 8 в среднюю точкусравнительного канала 3 и разделяется на два потока, поступающие вверхний 6 и нижний 7 горизонтальные. каналы. Более тяжелый анализируемыйгаз поступает из ввода 9 через змеевик 11 в среднюю точку измерительного канала 4, где разделяется на двапотока, идущие вверх и вниз. Източек соединения измерительного канала 4 с горизонтальными каналами 6и 7 смешанные потоки анализируемогои сравнительного газов поступают в 40выходной канал 5 и по выводу 10 сбрасываются в атмосферу, При отключенном электронагревателе 12 и равенст,ве плотностей анализируемого и сравнительного газов величины газовых потоков в горизонтальных каналах б и 7будут равны. При этом нагретые проходящим электрическим током нити14 и 15 термоанемометров будут иметь"равне сопротивления и изритй 50мост будет уравновешен.При возрастании плотности анализируемого газа весгазового столба в канале 4 такжевозрастает, что приводит к увеличениюдавления в его нижней точке. Вследствие этого величина потока сравнительного газа в канале 7 уменьшается, а в канале б возрастает. Это перераспределение газовых потоков приводит к соответствующим изменениямтемператур и сопротивлений йитей 14 Яи 15 термоанемометров и,следовательно,к нарушению равновесия измерительного моста, что будет отмечено подключенным к нему регистратором. Еслитеперь включить электронагреватель д 12 и подобрать необходимую величинутока его питания, то плотность анализируемого газа в измерительном канале4, вследствие возрастания его тем-пературы, уменьшится и станет равной плотности сравнительного газа вканале 3. Таким образом, началошкалы плотномера будет смещено в новую точку, отличную от плотностисравнительного газа. При дальнейшемвозрастании плотности анализируемогогаза и неизменной температуре измерительньго блока 1 в газовой схемебудут иметь место процессы, аналогичные вышеописанным.Подбор температуры нагреваемогогаза позволяет сместить начало шкалы прибора в любую заданную точкушкалы плотностей, не ухудшая приэтом его чувствительность и используя тот же саьый сравнительныйгаз. При этом диапазон измеряемых плотностей расширяется в 2-5раз. С другой стороны, использованиенагревателя позволяет выбирать длякаждого конкретного применения плотномера газа сравнительный газ снаиболее подходящими свойствамибез снижения чувствительности прибора, поскольку в этом случае, путемподбора необходимОЙ температуры нагревателя,можно избежать попадания внелинейную область его характеристики,Формула изобретенияПлотномер газа, содержащий сравнительный выходной и расположенныймежду ними измерительный вертикальные каналы, соединенные сверху иснизу горизонтальными каналами .срасположенными в них термоанемометрами, включенными в электрический измерительный мост., а также газовыевводы и вывод, присоединенные к,Серединам вертикальных каналов, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения диапазона измеряеьых плотностей, измерительный канал снабжен нагреватеЛем, сравнительный канал снабжен устройством дляотвода тепла, при этом площадь внутренней поверхности газового вводаизмерительного канала лежит в пределах (2-;5) 10 3 м , а размеры горизонтальных каналов, соединяющихсравнительный и измерительный каналы, выбраны в соответствии с формулойооЦ(л г) о,где 1. - длина горизонтальных, кананалов (в отдельности),м,Г - площадь поперечного сечениястенок канала, м,Х - коэффициент теплойроводностиматериала каналов,Вт/мфСИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 450991, 1974.2. Патент США Р 3082619,кл. 6 01 й 9/36 1963 (прототип),785689 Составитель В. СиэеневРедактор Н.Ахмедова Техред Н. Граб ктор. С.Шекмар каз 8 писное илиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул,Проектная,4/44 Тираж 1019 НИКПИ ГосУдарственного комипо делам изобретений и от 3035,Москва, Ж,Раушская та СССРытийб.,д.4/5