Испарительные и конденсационные анализаторы

 

По принципу действия (см. табл. 9.1) испарительные и конденсационные газоанализаторы относятся к тепловым средствам измерений, так как в их работе используются тепловые эффекты испарения, кипения и конденсации жидкости.

Одним из старейших и распространенных газоанализаторов является психрометрический, или психрометр (от греч. psyohria — холод и metreo — мерю). Действие его основано на измерении изменений температуры жидкости при ее испарении в анализируемый газ, содержащий в качестве определяемого компонента пары этой жидкости. Психрометры могут использоваться для измерения концентрации паров любых жидкостей в газах, однако наиболее широко они применяются для измерения концентрации паров воды, т. е. в качестве гигрометров.

Концентрацию паров жидкости в газах принято характеризовать абсолютной или относительной влажностью.

Абсолютная влажность определяется как масса паров жидкости в единице объема сухого или влажного газа в нормальных условиях.

Относительная влажность, или степень насыщения газа парами жидкости, определяется как отношение массы паров в единице объема к максимально возможной массе паров в единице объема при той же температуре, выраженное в %:

(11.26)

где А — значение абсолютной влажности газа при данной температуре; — максимально возможное значение абсолютной влажности при данной температуре, соответствующее насыщению.

На практике относительную влажность с достаточной точностью определяют из выражения

(11.27)

где — парциальное давление паров жидкости в газовой смеси при данной температуре и нормальном давлении; — давление насыщенных паров жидкости при тех же условиях.

В настоящее время известно большое число конструкций психрометрических анализаторов.

Схема одного из распространенных психрометров показана на рис. 11.5, а. Этот газоанализатор предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Воздух с помощью вентилятора, 1 cо скоростью 3-4 м/с прокачивается через фильтры 4 и 5 камер 2 и 6, в которых размещены платиновые терморезисторы 3 и 8. Терморезистор 3 служит для измерения температуры воздуха, его называют сухим термометром. Термометр 8 обернут в хлопчатобумажную ткань 7 (фитиль), конец которой погружен в ванночку 9, заполненную дистиллированной водой. Этот терморезистор называют мокрым термометром. При испарении воды с поверхности фитиля в потоке воздуха температура терморезистора 8 уменьшается, причем тем больше, чем меньше его влажность. Сопротивления терморезисторов 3 и 8 измеряются специальным вторичным прибором 13.

Для поддержания в ванночке некоторого уровня воды служит бачок 12 с трубками 10 и 11. По мере испарения воды с фитиля ее уровень в ванночке 9 понижается, открывается нижний конец трубки 11, через него в бачок поступает воздух и из бачка в ванночку 9 стекает вода. Когда вода перекрывает нижнее отверстие трубки 11, в газовом пространстве бачка постепенно (по мере истечения из него воды) образуется разряжение. Вода из бачка вытекает до тех пор, пока это разряжение станет достаточным для уравновешивания гидростатического давления, определяемого разностью уровней воды в бачке и ванночке. Определение относительной влажности по температурам сухого и мокрого термометров в рассматриваемом психрометре базируется на приближенной зависимости [24]:

(11.28)

Вычисление относительной влажности по приведенному выражению осуществляется вычислительным устройством, представляющим собой двойной мост, которым снабжен вторичный прибор 13.

Диапазон измерений психрометра 20—100% относительной влажности, классы точности 4—6; время реакции 3—5 мин.

На рис. 11.5, б показана схема анализатора состава бинарных или псевдобинарных жидкостей, сигнал которого однозначно определяется ее удельной объемной теплотой испарения. Поток анализируемой жидкости подается с постоянным объемным расходом из блока подготовки 6 во внутреннюю полость 1 пористого цилиндра 2, в котором размещен платиновый терморезистор 4. Под действием капиллярных сил анализируемая жидкость проникает к нагревателю 5. За счет тепловой энергии нагревателя жидкость испаряется, что вызывает понижение температуры пористого цилиндра, которая преобразуется в унифицированный электрический сигнал с помощью терморезистора 4 и нормирующего преобразователя 3. Анализатор может осуществлять измерения суммарной объемной концентрации углеводородов алканового ряда в многокомпонентных смесях жидких углеводородов, так как удельные объемные теплоты испарения углеводородов ароматического и циклоалканового рядов практически одинаковы и составляют кДж/м³, а для алканов кДж/м³.

Схема конденсационного газоанализатора приведена на рис. 11.5, в. В настоящее время такие газоанализаторы используются в основном в качестве гигрометров. В основу их работы положено измерение температуры, при которой анализируемый газ достигает при неизменном давлении состояния насыщения. Из него выпадает конденсат (роса) жидкости, концентрация паров которой в газе измеряется. Эту температуру принято называть температурой точки росы (или инея), а анализаторы, основанные на измерении этой температуры, — гигрометрами точки росы. Анализируемый газ с постоянным объемным расходом прокачивается через камеру 3, в которой размещен полупроводниковый термоэлемент (термопара) 1, служащий холодильником. К холодному спаю этой термопары припаяно металлическое зеркальце 2. К горячему спаю термопары подается напряжение постоянного тока от автоматического регулятора 8. При протекании через полупроводниковую термопару постоянного тока ее холодный спай, а с ним и зеркальце 2 охлаждаются. Охлаждение происходит до тех пор, пока на поверхности зеркальца не образуется конденсат (иней). При этом световой поток, поступающий от лампы 4 к фотоприемнику 7, уменьшается за счет рассеяния на поверхности зеркальца, покрытой инеем. Это вызывает уменьшение входного сигнала регулятора и отключение или уменьшение (в зависимости от принятого закона регулирования) напряжения питания термопары 1. За счет теплоты, вносимой в камеру 3 потоком анализируемого газа, зеркальце и холодный спай постепенно нагреваются. При этом конденсат с поверхности зеркальца испаряется и световой поток, поступающий к фотоприемнику, восстанавливается до начального значения. Регулятор 8 подключает или увеличивает напряжение питания термопары и холодный спай ее начинает опять охлаждаться. Таким образом, температура зеркальца автоматически поддерживается равной температуре точки росы. Эта температура преобразуется в унифицированный сигнал с помощью термоэлектрического чувствительного элемента 6 и нормирующего преобразователя 5. Гигрометры точки росы обычно имеют диапазон измерений от -80 до +40°С при давлении анализируемого газа 0, 05—10 МПа. Абсолютная погрешность измерения ±0, 5°С.

Известны конструкции конденсационных газоанализаторов, обеспечивающие измерение температуры точки росы по воде, углеводородам и температуры начала гидратообразования.

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Поделиться: