Плотномер газа

 

-ИСАИ И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Сееетскик

Социалистических

Республик

«i>785689

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-sy— (22) Заявлено 261278 (2l) 2702493/18-25 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 07.l 280- Бюллетень М 45 (51)м Кл 3

0l N 9/36

Государственный коннтет

СССР яо делан нзобретений н открытия (53) УДКЬЗ2. i4 (088.8) Дата опубликования описания 07.1280 (72) Авторы изобретения

В.П. Иванов, Г.Н. Абаев и В.Н. Липавский

P1) Заявитель (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 соединены между собой вверху и внизу горизонтальными каналами с установленными в них термоанемометрами (1$ .

Ряд усовершенствований этого плотномера был направлен на повыщение их чувствительности и точности за счет, главным образом, применения более чувствительных термоанемо- 13 метров и усложнения газовой схемы.

Однако существенный недостаток плотномера, заключающийся в ограниченности диапазона измеряеьых плотностей, не был устранен. 20

Йзвестен плотномер газа, являющийся прототипом изобретения и содерmammA 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 при 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

rэдходящего по свойствам сравнительного газа весьма ограничен и также не позволяет эффективно устранить отмеченный недостаток.

Вследствие этого плотномеры газа в настоящее время, несмотря на ряд нх 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 про785689 цессов нефтехимической промышленнос. ти и промышленности СК, необходимо измерять плотность газовых смесей углеводородов,изменяющуюся в широком диапазоне, что не может быть осуществлено укаэанными газовыми весами.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых плотностей.

Указанная цель достигается тем, что вертикальный канал для газа с большей плотностью, вместе с частью 1О присоединенного к нему газового ввода, имеющей внутреннюю поверхность (2+5) .10 З м, снабжен нагревателем вертикальный канал для газа с меньшей плотностью снабжен устройством . 35 для отвода. тепла, а части горизонтальных каналов, соединяющие между собой указанные вертикальные каналы, выполнены со следующим соотношением размеров,.характеризующим их тепло- щ вое сопротивление:

2оо)(/(ЛР)>20, где L — длины укаэанных чатей горизонтальных каналов, м

F — - площади поперечных сечений ЯЯ стенок каналов, м . — коэффициент теплопроводности материала каналов,Вт/м С. о

При этом нагрев канала для газа с большей плотностью и охлаждение . gg канала для газа с меньшей плотностью приводит к уменьшению разности плотностей анализируемого и сравнительного газов и, следовательно, к предотвращению as eH> a 3a HpaHHa 33 отдельных каналов газовой схемы плотномера, приводящего к ограничению диапазона измеряемых плотностей гаэов.

Части горизонтальных каналов, заключенные между нагреваемым и 4О охлаждаемым вертикальными каналами, должны обладать достаточным тепловым сопротивлением, чтобы предотвратить значительный разогрев канала для газа с меньшей плотностью. 4$

Этой же цели служит и применение охлаждающего устройства. При этом уменьшение величины (./(Г) ниже

20 С/Вт приводит к заметному возрастанию теплового потока между ука- ур ванными каналами, а увеличение тоЯ же величины свыше 200eC/Вт является неоправданным и требует применения специальных материалов с 9иэкой теплопроводностью. Необходимость нагрева части ввода для тяжелого газа вызвана тем, что поверхности вертикального канала для тяжелого газа обычно недостаточно для нагрева проходящего газа до необходимой температуры. При этом 46 в случае поверхности нагрева газового ввода, меньшей 2 10 м, газ не будет нагреваться до необходимой температуры, а увеличение поверхности нагрева свыше 5 10 м 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 иэмерительного 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 средних 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 электроизоляционного 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 и

785689

15 термоанемометров, подключенные к измерительному мосту с регистратором на выходе, питаемому от, стабилизаторара постоянного напряжения.

Для улучшения теплоотвода сравнительный блок 2 снабжен ребрами

16.. Плотномер газа помещен в термастат.

Блоки 1 и 2 с каналами 6 и 7 изготовлены из нержавеющей стали, причем каналы, имеющие толщину стенок

0,5 мм, прикреплены к блокам с помощью пайки. Каналы в блоках выполнены путем сквозного сверления с последующей заглушкой концов. Нити

14 и 15 термоанемометров с точностью до +2 Ъ подобраны в пару по l$ величине электрического сопротивления.

В качестве устройства для автоматического уравновешивания измерительного моста может быть использован, например усилитель от электронного Щ автоматического потенциометра с реверсивным двигателем, соединенным механически с движком сопротивления установки тока электронагревателя 12.

Плотномер газа работает следующим образом.

Сравнительный газ, например азот, поступает по входу 8 в среднюю точку сравнительного канала 3 и разделяется на два потока, поступающие в верхний 6 и нижний 7 горизонтальные, каналы. Более тяжелый анализируемый газ поступает из ввода 9 через змеевик 11 в среднюю точку иэмерительного канала 4, где разделяется на два потока, идущие вверх и вниз. Из точек соединения измерительного канала 4 с горизонтальными каналами 6 и 7 смешанные потоки анализируемого и сравнительного газов поступают в 40 выходной канал 5 и по выводу 10 сбрасываются в атмосферу. При отключенном электронагревателе 12 и равенстве плотностей анализируемого и сравнительного газов величины газовых по- 45 токов в горизонтальных каналах 6 и 7 будут равны. При этом нагретые проходящим электрическим током нити

14 и 15 термоанемометров будут иметь равные сопротивления H измерительный 50 мост будет уравновешен.При возрастании плотности анализируемого газа вес газового столба в канале 4 также возрастает, что приводит к увеличению давления 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 изменениям температур и сопротивлений йитей 14 ) и 15 термоанемометров и,следовательно, к нарушению равновесия измерительного моста, что будет отмечено подключенным к нему регистратором. Если теперь включить электронагреватель д

12 и подобрать необходимую величину тока его питания, то плотность анализируемого газа в измерительном канале

4, вследствие возрастания его тем- пературы, уменьшится и станет равной плотности сравнительного газа в канале 3. Таким образом, начало шкалы плотномера будет смещено в новую точку, отличную от плотности сравнительного газа. При дальнейшем возрастании плотности анализируемого газа и неизменной температуре измерительньго блока 1 в газовой схеме будут иметь место процессы, аналогичные вышеописанным. °

Подбор температуры нагреваемого газа позволяет сместить начало шкалы прибора в любую заданную точку шкалы плотностей, не ухудшая при этом его чувствительность и используя тот же саьый сравнительный газ. При этом диапазон измеряе— мых плотностей расширяется в 2-5 раз. С другой стороны, использование нагревателя позволяет выбирать для каждого конкретного применения плотномера газа сравнительный газ с наиболее подходящими свойствами без снижения чувствительности прибора, поскольку в этом случае, путем подбора необходимОЙ температуры нагревателя,можно избежать попадания в нелинейную область его характеристики, Формула изобретения

Плотномер газа, содержащий сравнительный выходной и расположенный между ними измерительный вертикальные каналы, соединенные сверху и снизу горизонтальными каналами .с расположенными в них термоанемометрами, включенными в электрический измерительный мост., а также газовые вводы и вывод, присоединенные к .серединам вертикальных каналов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряеьых плотностей, измерительный канал снабжен нагреватеЛем, сравнительный канал снабжен устройством для отвода тегла, при этом площадь внутренней поверхности газового ввода измерительного канала лежит в пределах (2-:5) ° 10 м, а размеры горизонтальных каналов, соединяющих сравнительный и измерительный каналы, выбраны в соответствии с формулой

200>1 /(Л F) )g 0 где L — - длина горизонтальных, кана. налов (в отдельности),м, F — - площадь поперечного сечения стенок канала, м, Х - коэффициент теплойроводности материала каналов,Вт/м С

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 450991 1974.

2. Патент C2IA 9 3082619, кл. G 0 1 и 9/36, 1963 (прототип).

785689

Составитель В. Сиэеиев

Редактор Н.Ахмедова Техред Н. Граб Корректор С.Шекмар

Заказ 8830/44 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ .ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул,Проектная,4