Гигрометр работает в циклическом режиме. В начале цикла электронный блок 4 включает токи питания холодильника 3и 6 разного значения, обеспечивая разность температур поверхностей конденсации 2ْْ С. В течение цикла температуры обеих рабочих поверхностей понижается и наступает момент, когда одна из них достигает температуры начала конденсации влаги. Температура второй рабочей поверхности более высокая, и на ней конденсации влаги не происходит. Однако при конденсации на поверхности первого холодильника выделяется скрытая теплота парообразования и разность температур поверхности уменьшается. Это фиксируется электронным блоком 4, который не небольшое время подключает измеритель 5 к термопаре и измеряет температуру точки росы газа. Измеритель 5 запоминает измеренное значение, и его индикатор показывает температуру точки росы и после отключения от термопары. Затем электронный блок изменяет направление тока через термоэлектрические холодильники, и они нагреваются. После нагрева до заданной температуры начинается новый цикл измерений.
Данный метод является новым и обещает повысить надежность работы гигрометров точки росы при определении влажности плохо очищенных газов. Со временем этот метод может найти широкое применение в газовой промышленности для определения влажности природного газ.
Рис.1.Схема теплового конденсационно-термометрического гигрометра.
3.Выбор гигрометра измерения влажности газов с помощью конденсационного метода
Оптическийгигрометр
Большинство датчиков влажности обладают не очень хорошей воспроизводимостью. Например, величина их гистерезиса составляет от 0.5...1% RH. Поэтому при помощи них нельзя проводить прецизионные измерения. Для этих целей требуется применение косвенных методов определения влажности. Самым эффективным из них является вычисление абсолютной и относительной влажности по температуре точки росы. Как было указано ранее, точка росы определяется по температуре, при которой жидкая и газовая фазы воды (в данном случае любого вещества) находятся в равновесии. Температура, при которой пар и твердая фаза воды находятся в термодинамическом состоянии равновесия, называется точкой замерзания. Каждой температуре точки росы соответствует только одно значение давления насыщенного пара. Поэтому, измеряя температуру точки росы при известном значении давления, всегда можно найти абсолютную влажность. Оптический способ определения влажности является оптимальным методом, которому соответствует минимальный гистерезис. Стоимость оптического гигрометра намного выше, чем у предыдущих датчиков, но он позволяет отслеживать низкие уровни содержания воды в продукции, что приводит к повышению ее качества, делает эту цену вполне оправданной. Основным элементом оптического гигрометра является зеркало, температура поверхности которого точно регулируется при помощи термоэлектрического насоса. Пороговая температура зеркала настраивается на температуру точки росы. Исследуемый воздух при помощи насоса прогоняется над поверхностью зеркала. Если температура зеркала пересекает точку росы, на его поверхности конденсируются
капли воды. При этом отражающие свойства зеркала изменяются, поскольку капли воды рассеивают лучи света, что детектируется соответствующим фотодетектором. На рис. 2 показана упрощенная схема гигрометра с охлаждаемым зеркалом. Он состоит из термоэлектрического насоса, работающего на эффекте Пельтье. Этот насос отводит тепло от поверхности тонкого зеркала, внутрь которого встроен детектор температуры, входящий в состав цифрового термометра, отображающего температуру зеркала.
Оптический баланс
Источник
питания
Рис.2.Блок –схема датчика точки росы с охлаждаемым зеркалом
Данный датчик является дифференциальным устройством, в котором верхняя оптопара - светоизлучающий диод (СИД) и фотодетектор — используется для компенсации дрейфа, а вторая (нижняя)— для измерения коэффициента отражения зеркала. Симметричность датчика регулируется при помощи клиновидного оптического балансира, размещенного на пути лучей света верхней оптопары. Нижняя оптопара наклонена под углом 45° к зеркалу. При температуре выше точки росы, поверхность зеркала является сухой, а его отражающая способность — максимальной. Под управлением контроллера насос снижает температуру зеркала. При появлении капель воды отражающая способность зеркала резко падает, что вызывает уменьшение тока фотодектора. Сигнал фотодетектора поступает на контроллер, который теперь должен подавать на насос такой ток, чтобы температура зеркала оставалась равной точке росы, при которой не происходит ни дополнительной конденсации влаги, ни ее выпаривания с поверхности. В действительности, при этой температуре молекулы воды то прилипают к зеркалу, то отрываются от него, но среднее количество конденсата остается неизменным, т.е. устанавливается равновесие.
Поскольку полученная температура зеркальной поверхности точно определяет действительную точку росы, этот метод считается наиболее прецизионным способом измерения влажности. В рассмотренном датчике отсутствует гистерезис, а его чувствительность составляет 0.03°С от температуры точки росы. При известном давлении по точке росы можно определить все характеристики влажности: %RH, давление пара и т.д.
Этот метод имеет ряд недостатков: сравнительно высокую стоимость, возможность загрязнения зеркальной поверхности и достаточно высокое потребление электроэнергии тепловым насосом. Проблема, связанная с загрязнением, решается при помощи фильтров и специальной техники охлаждения зеркала, при которой температура сначала понижается ниже точки росы, чтобы выступило много конденсата, а потом резко нагревается. Это позволяет смыть загрязнение и оставить поверхность чистой.
4.ДАТЧИКИ НА ОХЛАЖДАЕМОМ ЗЕРКАЛЕ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.