Датчик точки росы

 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для контроля влажности природного газа при наличии в потоке газа капельножидких и твердых примесей. Цель изобретения - 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.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 25/68

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827301/25 (22) 21.05,90 (46) 30.12,92. Бюл. ¹ 48 (75) И,Х,Злочин, В,А.Кожевников и А.В.Фирсов (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 390428, кл, G 01 N 25/68, 1971, Патент Франции N 2574552, кл. G 01 N25/66,,опублик. 1986. (54) ДАТЧИК ТОЧКИ РОС6! (57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для контроля влажности природного газа при наличии в потоке газа капельножидких и твердых примесей. Цель изобретеИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля и измерения влажности природного газа и может быть использовано в гаэоперерабатывающей 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 его поверхность конденсируется капельки воды, что приводит к изменени1о величины интенсивности оптического излучения, попадающего на светочувствительный элемент. Для очистки зеркала от пыли и капельно-жидких веществ периодически включают очиститель.,, Ы„„1784894 А1 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 ретулировать чувствительность датчика. 1 ил, К недостаткам устройства относятся громоздкость конструкции, малая надежность из-за быстрого выхода из строя охлаждаемого зеркала, что также снижает ресурс работы гигрометра, Известен оптический датчик росы, в котором в качестве конденсационной поверх- ности используется поверхность световода, соединенного с источником и приемником света, на которой имеются неровности для рассеяния света, полученные путем механи- д ческой деформации.

Недостатком такого датчика является осаждение на неровностях капельно-жидких и твердых примесей. присутствующих в исследуемом газе, что приводит к потере чувствительности, точности и снижает ресурс работы датчика.

1784894

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 конденсационной поверхности, равном заданному порогу чувствительностии.

Предлагаемый датчик отличается от прототипа наличием пьезоэлектрических пластин, установленных на конденсационную паве рхйость, в которых сформированы световоды. Это позволяет изготавливать конден сационную поверхность из металла, что повышает точность измерения амплитуды, Создается возможность регулировки чувствительности датчика nyreM расположения световодов на определенном расстоянии над конденсационной 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: б«а, где d — расстояние между вертикальными пластинами; а — капиллярная постоянная, а = V . ц$ где а- поверхностное натяжение жидкости;

S — плотность жидкости. ц — ускорение свободного падения. Для воды

2,76 10 н/м

9Я м/с 10 кг/мз

Фиксация момента появления росы осуществляется 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 и покрывают 1/10 площади зеркала, Числовая аппертура Ак капельки, преломляющей свет, в воздухе равна;

10 Ак = I slntarctg(2 тУ)) 3, где д — показатель преломления конденсата; Для воды, у которой y - 1,33, A» - 0,93, 1S типичная числовая апертура используемых многомодовых световодов

Асв =0,2

Следовательно, интенсивность света, преломленного капелькой влаги, уменьшится в

20 21 раэ.

1вых Ак 0,93

3,14 . 2 52 мкм2

40 1к = 1 — — = 1

Sce

0,92, 50,5 мкм мкм где $к — площадь поперечного сечения ка45 пельки, $ в — площадь поперечного сечения световода, При ширине зазора между пластинами

5р равном 2 мм, на конденсационной поверхности между двумя световодами в первые

1 — 2 с сконденсируется около N - 500 капелек влаги

55 $кп k 2000,50 0,1 мкм мкм

Sk 3.14 2,52 мкм2

= 500, где $кп — площадь конденсационной поверхности между световодами;

25 где 1вх — интенсивность света, падающего на капельку конденсата. алых- интенсивность света, прошедшего через капельку конденсата, т.е. происходит

0 почти полное рассеивание пучка лучей.

Если размер световода в направлении, перпендикулярном конденсационной поверхности, равен 5 мкм, а в направлении вдоль зазора между пластинами 50 мкм, то . наличие одной капельки воды с диаметром

5 мкм в зазоре между световодами приведет к относительному уменьшению пропускания до величины

1784894

k — часть площади конденсационной твердых примесей, присутствующих в потоповерхности, 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 ульт1=(4) =(0,92) =О.

N 500 развуковые волны.

Пример. На конденсационную поверхность 1 латунного зеркала толщиной 2,5 мм

В предлагаемом датчике точки росы устанавливались с зазором между собой конденсационная поверхность с установ- . 10 равном 3 мм две пластин 2 толщиной 3,6 мм, ленными на ней пластинами, в рабочем по- изготовленные из ЫМЬОз. В пластинах были ложении расположена горизонтально и сформированы TiLiNb0g 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- 15 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- ИЛ ПН-301 и фотодиодом типа ФД-290. 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 на - МБС-9. При охлаждении конденсзционной пьезоэлектрических пластинах, облегчается поверхности 1, сигнал, регистрируемый фоудаление осажденных примесей со стенок топриемником 6, начинал уменьшаться еще щели, Незначительное количество микро- 25 до того, как капельки влаги, конденсируюпримесей, осаждающихся на дне щели,-при щиеся из воздуха, обнаруживались визуальсоответствующем выборе порога чувстви- но с помощью микроскопа. Это указывает тельности; не оказывает существенного на 01ень высокую чувствительность устройвлияния на работу датчика. ствэ. Для понижения чувствительности, но

Таким образом, применение светово- 30 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 зэ зором между собой позволя- 35 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 этапе

На чертеже представлена схема датчи- испытаний провбдились измерения темпека точки росы. ратуры точки роса товарного газа при давДатчикточкиросысостоитизконденса- лении 35 атм. Точность определения ционной поверхности 1, на которой уста- температуры точки росы составила -0.5 С. новленысзазороммеждусобойпластины 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 конденсационно о световоды 4, соединенные соответственно зеркала 30 с. В течение двух дней испытзс источником 5 и приемником 6 света. 50 ний датчик продемонстрировал устойчивую

Датчик точки росы работает следующим работу. образом. В процессе охлзждения, нз кон- Нз втором этапе испытаний датчик устаденсационной поверхности 1, в зазоре навливзлся на трубопровод отбора газа немежду пластинами 2, происходит конденса- посредственна из скважины, йри давлении ция -капелек влаги, которые рассеивают 55 70 атм. В потоке исследуемого газа присутсвет. распространяющийся вдоль конденса- ствовало значительное количество конденционнойповерхностимеждусветоводами4. сата, влаги и др. примесей. После подачи

Щель, образованная между пластинами 2, газа оптический сигнал упал на 30 /, однапредохраняет конденсационную поверх-" Ko прибор остался работоспособным. Была ность 1 от осаждения капельно-жидких и

17R4894

Составитель М. Злочин

Редактор Т, Егорова Техред M,Ìîðãåíòàë . Корректор А. Мотыль

Заказ 4361 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 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 rasoeoro промысла при разных состояниях природного газа: как очищенного, так и загрязненного.

Формула изобретения

Датчик точки росы, содержащий конденсационную поверхность, световоды, соединенные соответственно с источником и приемником света, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и ресурса работы, на конденсационной по5 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.