Устройство для градуировки и поверки гигрометров

 

Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: устройство содержит измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещены насытитель и рабочая камера. Последние соединены между собой через регулируемый дроссель. Устройство содержит помещенный в термостат увлажнитель, заполненный дозированным количеством воды. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к гигрометрии, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для градуировки и поверки гигрометров.

Известны устройства для градуировки и поверки гигрометров, которые реализуют метод двух давлений для получения газа с известной влажностью. Такие устройства, представляющие собой генераторы влажного газа, содержат измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещены насытитель и рабочая камера (для размещения поверяемых датчиков влажности), пневматически соединенные между собой через регулируемый дроссель.

Насыщение газа влагой в насытителях таких генераторов производится либо путем пропускания газа через слой насыщенного водой пористого сорбента, либо путем пропускания газа над поверхностью воды или льда, покрывающего стенки газового канала насытителя.

Для уменьшения влажности получаемой парогазовой смеси (далее ПГС) температуру насытителя понижают в соответствии с термодинамической зависимостью парциальной упругости водяного пара от температуры.

Недостатком таких генераторов является то, что их термостаты предоставляют собой сравнительно сложные и громоздкие системы. Охлаждение термостатирующей жидкости производят путем подачи в теплообменник термостата жидкого азота или использованием двухступенчатого фреонового холодильного агрегата.

Кроме того, для измерения температуры термостата ниже минус 30^оС используется сложная система, так как вместо простых ртутных термометров приходится использовать платиновые преобразователи температуры.

По указанным причинам эти генераторы целесообразно поставлять только ограниченному кругу потребителей (например, государственным и наиболее крупным ведомственным метрологическим службам).

Известны попытки упрощения генератора для получения малых значений влажности. Однако такие системы обладают значительной нестабильностью во времени и широкого распространения не получили.

Известен генератор влажности газа, выбранный в качестве прототипа, работающий на методе двух давлений.

Генератор содержит измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещены насытитель и рабочая камера (для размещения в ней поверяемых датчиков влажности), пневматически соединенные между собой через регулируемый дроссель. Этот генератор отличается тем, что работает только при положительной температуре, так как содержит насытитель барботажного типа. Это обусловило применение в нем простого термостата, работающего на нагрев.

Недостатком генератора является невозможность получения ПГС с малыми значениями влажности. Например, минимальная объемная доля влаги получаемой ПГС 860-1000 млн^-1 при температуре +5^оС (нижнее предельное значение). Понижение температуры термостата до +5^оС в эксплуатационной документации на генератор рекомендуется производить путем подачи холодной водопроводной воды с температурой +3^оС или охлажденной (с помощью других холодильных устройств) жидкости в змеевик теплообменник термостата. Понижение температуры термостата до +5^оС обычно вызывает затруднение, так как температура водопроводной воды в большинстве случаев равна 10-16^оС и выше. Наиболее реальное нижнее значение температуры термостата у большинства потребителей можно обеспечить на уровне 15-18^оС, соответственно: минимальную объемную долю влаги ПГС - 1680 млн^-1.

Целью изобретения является расширение диапазона воспроизводимых генератором малых влажностей ПГС и упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее измерители давления и температуры, жидкостный термостат, в который помещены насытитель и камера для преобразователей влажности, пневматически соединенные между собой через регулируемый дроссель, дополнительно введен увлажнитель, заполненный пористым адсорбентом с увлажненным дозированным количеством воды, последний помещен в термостат генератора и пневматически присоединен с рабочей камерой и штуцером "к внешнему гигрометру" через переключатель потоков и регулируемый дроссель.

В отличие от известных аналогов, которые обеспечивают получение малых влажностей ПГС только при отрицательных температурах, введение в конструкцию генератора указанного термостатируемого увлажнителя позволяет получать те же малые влажности ПГС при положительных температурах, что существенно упрощает применяемое устройство.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство для градуировки и поверки гигрометров отличается тем, что в термостат устройства (генератора) помещен дополнительный увлажнитель, заполненный пористым адсорбентом, увлажненным дозированным количеством воды, и пневматически соединенный с рабочей камерой и штуцером "к внешнему гигрометру" через переключатель потоков и регулируемый дроссель.

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. в измерительной технике, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого устройства для градуировки и поверки гигрометров, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия", так как новые признаки устройства позволяют его упростить и расширить диапазон воспроизводимой при положительных температурах влажности, т. е. характеристику, относящуюся к основным техническим (метрологическим) характеристикам.

На фиг. 1 схематически показано устройство для градуировки и поверки гигрометров.

Устройство содержит насытитель 1, рабочую камеру 5 (для преобразователей влажности), пневматически соединенные между собой через регулируемый дроссель 3 и переключатель 9, погруженные в жидкостный термостат 7.

Дополнительный увлажнитель 2 погружен в термостат 7 и пневматически соединен с рабочей камерой 5 и штуцером "к внешнему гигрометру" через переключатель 9 и регулируемый дроссель 3.

Измеритель 4 давления газа с помощью переключателя 8 подключается к насытителю 1 или к увлажнителю 2, а измеритель 10 давления подключен к рабочей камере.

Термометр 6 измеряет температуру насытителя 1 и увлажнителя 2.

Устройство работает следующим образом. Газ от источника сжатого газа (на фиг. 1 не показан) под давлением поступает "Вход 1" в тех случаях, когда требуется получить ПГС с объемной долей влаги от 1700 до 400000 млн^-1, и на "Вход 2" в тех случаях, когда необходимо получить ПГС с объемной долей влаги от 1 до 18000 млн^-1. В увлажнителе 2 газ увлажняется, ПГС проходит через переключатель 9 и регулируемый дроссель 3, который понижает давление смеси, и поступает в рабочую камеру 5 с измерительными преобразователями влажности или к внешнему гигрометру.

Объемная доля влаги ПГС (В, млн^-1), воспроизводимая генератором, рассчитывается по формуле B= P₀BK/P_н+P_а, где Р_о - нормальное атмосферное давление; B_нt - табличное значение влажности насыщения над водой для температуры увлажнителя, млн^-1; К - коэффициент, характеризующий степень увлажнения пористого адсорбента увлажнителя.

Коэффициент определяют экспериментально при аттестации генератора K= B_д/B, где В - измеренная высокоточным гигрометром влажность ПГС; B - влажность, рассчитанная для водяного насытителя для условий его работы при тех же давлении газа и температуре, при которых создается влажность В увлажнителем; Р_н - избыточное давление газа в увлажнителе; Р_а - атмосферное давление.

Выбор давления газа и температуры увлажнителя производят в соответствии с требуемой объемной долей влаги ПГС с учетом формулы (1) и графика зависимости коэффициента К от температуры, приведенного на фиг. 2.

Степень увлажнения пористого адсорбента увлажнителя обуславливает соответствующее равновесное парциальное давление водяных паров - от изменения дозы воды для увлажнения адсорбента изменяется равновесное парциальное давление паров воды. После увлажнения адсорбента полученное давление паров воды остается практически неизменным в течение довольно длительного времени в одних и тех же условиях (общее давление газа и его температура в увлажнителе). Причем парциальное давление водяных паров остается постоянным, что очень важно для практических целей и при измерении расхода газа через увлажнитель в довольно широких пределах. Экспериментально проверено, что изменение расхода газа через увлажнитель от 0,2 до 6 л/мин практически не вызывает изменения объемной доли влаги ПГС. Это объясняется чрезвычайно развитой удельной поверхностью адсорбента (более 700 мг/г).

По этой же причине влажность ПГС после увлажнителя практически не зависит от влажности входящего в увлажнитель газа. Проходя через увлажнитель, влага газа приходит в равновесное состояние с парциальным давлением паров воды над адсорбентом: избыток влаги сорбируется поверхностью адсорбента - восполняется с его поверхности.

Кроме того, в предложенном устройстве соблюдается обратная пропорциональная зависимость получаемой влажности от давления газа в нем, т. е. сохраняется ("работает") "метод двух давлений". Это позволяет оперативно изменять задаваемую при поверке (градуировке) гигрометров влажность простым изменением давления газа в увлажнителе (без изменения температуры термостата).

Дозируя воду в количестве 5-11% от массы адсорбента для его увлажнения, изменяя температуру увлажнителя от 15 до 80^оС и давление газа в нем от 0,5 до 10 кгс/см², удалось получить объемную долю влаги ПГС на выходе из увлажнителя в диапазоне от 1 до 2000 млн^-1. Дальнейшее увеличение дозы воды на увлажнение адсорбента не имеет смысла, так как насытитель, заполненный водой, позволяет получать ПГС с влажностью 1680 млн^-1 (при температуре насыщения 15^оС и давлении 10 кгс/см²) и более до 400000 млн^-1 (Р_н = 1,15 кгс/см² и н = 80^оС).

Указанные свойства (обратная зависимость влажности от давления и длительная стабильность) увлажнителя показывают, что наличие дозированного количества воды в увлажненном сорбенте является одним из элементов новизны предложения, определяющего его технико-экономическую и практическую эффективность.

При экспериментальных исследованиях в качестве пористого адсорбента использовался цеолит марки NaA, увлажненный по массовой доле воды 9,26; 8,63; 7,51. 6,32. 11,2% . Результаты экспериментов показывают, что увлажнитель, заполненный цеолитом, увлажненным водой 6,5-7,5% (по массе), обеспечивает диапазон по объемной доле влаги ПГС от 1 до 1700 млн^-1 при изменении температуры увлажнителя от 15 до 80^оС и давления газа в нем от 1 до 10 кгс/см². Увлажнение цеолита дозой воды 10% обеспечивает объемную долю влаги в ПГС от 20 до 2500 млн^-1 при тех же условиях.

Полученный общий диапазон воспроизводимой объемной доли влаги генератором с дополнительным термостатируемым увлажнителем, заполненным пористым адсорбентом, увлажненным дозированным количеством воды, составил от 1 до 400000 млн^-1 для рабочей температуры термостата генератора от плюс 15 до 80^оС. Причем нет принципиальных ограничений для получения более низких значений объемной доли влаги ПГС. Необходимо дальнейшее уменьшение дозы воды для увлажнения сорбента. Однако в проводимой работе эта задача не ставится.

Предлагаемый генератор по сути перекрывает диапазон воспроизведения объемной доли влаги двух ранее разработанных генераторов РОДНИК-2 и РОДНИК-3 (прототип). Общий диапазон этих генераторов составляет от 0,3 до 150000 млн^-1 при температуре термостатирования от минус 70 до минус 10^оС (РОДНИК-3) и от плюс 5 до 60^оС (РОДНИК-2). Соответственно в 2-2,5 раза уменьшены масса и габариты генератора.

Использование увлажнителя, заполненного цеолитом, увлажненным дозированным количеством воды, дает положительный эффект, связанный с возможностью расширения диапазона малых влажностей, получаемых при положительных температурах термостатирования устройства. Как следствие, предложенное устройство позволяет исключить применение дорогостоящих и сравнительно сложных термокриостатов. (56) Авторское свидетельство СССР N 890350, кл. G 01 W 1/11, 1981.

Авторское свидетельство СССР N 534724, кл. G 01 W 1/11, 1976.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ, содержащее измерители температуры и давления, помещенные в термостат и последовательно соединенные насытитель, регулируемый дроссель и рабочую камеру, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона воспроизводимой влажности, оно содержит установленный между насытителем и дросселем переключатель потоков и подключеннный к второму входу этого переключателя увлажнитель, выполненный в виде заполненной сорбентом проточной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2