2. Метод точки росы

Метод точки росы
предусматривает охлаждение испытуемого
газа до наступления насыщения, т. е. до
точки росы. Методом точки росы можно
измерять влажность газа при любых
давлениях.

При постоянном
давлении точка росы не зависит от
температуры исследуемого газа. Для
определения момента наступления точки
росы обычно используют охлаждаемое
металлическое зеркало, температуру
которого в момент выпадания на нем
конденсата фиксируют как точку росы.
Рабочая поверхность зеркала должна
быть обезжирена. При наличии в исследуемом
газе пыли, масел, тяжелых углеводородов
и других загрязнений необходимо
предусмотреть автоматическую очистку
поверхности зеркала перед каждым
измерением.

В автоматических
приборах появление точки росы на
зеркальной поверхности определяется
обычно по ослаблению светового потока,
отраженного от зеркала и воспринимаемого
фотоприемником.

На рис. 2 показана
принципиальная схема конденсационного
гигрометра точки росы.

Охладителем
является полупроводниковая
термоэлектрическая батарея 4,
работающая
по принципу эффекта Пельтье. Этот эффект
состоит в повышении температуры одного
спая и понижении температуры другого
спая при прохождении тока в термоэлектрической
цепи. К холодному спаю полупроводникового
термоэлемента припаяно металлическое
зеркало 5; сила тока, проходящего через
термоэлемент, регулируется реостатом
R,
К
его поверхности припаян малоинерционный
термоэлектрический преобразователь
6,
подключенный
к вторичному прибору 7, шкала которого
отградуирована в единицах измерения
влажности. Лучи света от источника 1
через линзу 2
направляются
на зеркало и, отразившись от его
поверхности, попадают на фотоэлемент
8,
Фотоэлемент
включен в электронный блок 9,
к
выходу которого включено поляризованное
реле 10.

При
отсутствии конденсата на поверхности
зеркала падающий на него световой поток
почти полностью отражается и освещает
фотоэлемент. При этом срабатывает реле,
замыкается контакт 11,
включающий
питание полупроводниковой батареи.
Последняя охлаждает зеркало до появления
на его поверхности конденсата. При
температуре точки росы возрастает
рассеяние светового потока, что резко
снижает освещенность фотоэлемента. Ток
в реле изменяет свое направление, и
контакт его выключает питание батареи
4,
Поверхность
зеркала обдувается вентилятором 3,
в
результате чего конденсат испаряется,
а световой поток, падающий на фотоэлемент,
возрастает. Рассмотренный цикл
повторяется.

Рис.
3. Принципиальная схема электролитического
гигрометра

Существуют влагомеры
с несколько измененным принципом
действия. В них температура зеркала
поддерживается постоянной, а конденсат
выпадает на поверхности зеркала при
изменении давления газа.

Сорбционно-электролитические
влагомеры. Влажность
газа определяют по электрической
проводимости ненасыщенных водных
растворов электролитов, содержащихся
во влагочувствительном элементе
(электролитические гигрометры).

В
электролитическом гигрометре (рис. 3) в
качестве влагочувствительного элемента
используется хлористый литий. Насыщенный
раствор хлористого лития нагревается
до температуры, при которой парциальное
давление водяного пара над раствором
равно парциальному давлению паров в
окружающей атмосфере. Следовательно,
по принципу действия электролитические
гигрометры с подогревным преобразователем
аналогичны гигрометрам точки росы, но
обладают тем преимуществом, что нагреть
преобразователь значительно легче и
проще, чем охладить зеркало в
приборах
точки
росы.

Чувствительный
элемент 1
прибора
(трубка) представляет собой тонкостенную
трубку из коррозионностойкой стали,
покрытую слоем стеклянной ваты 2,
которая
пропитана раствором хлористого лития.
На стеклянную вату намотаны изолированные
одна от другой спирали 3
(электроды)
из серебряной проволоки. Сверху на
элемент надета металлическая трубка с
сетчатой вставкой, которая задерживает
сильные газовые струи. Внутри трубки 1
помещается малоинерционный термометр
сопротивления 4,
к
которому подключен измерительный прибор
5. Серебряные спирали питаются переменным
током (во избежание поляризации)
напряжением 25—30 В через резистор R.

Температура
хлористого лития непрерывно и
автоматически
устанавливается на точке росы. Это
достигается следующим образом. При
подаче напряжения на серебряные спирали
через раствор хлористого лития проходит
электрический ток, нагревая раствор до
температуры
кристаллизации хлористого лития;
образование твердой соли приводит к
резкому увеличению сопротивления
пространства между электродами, сила
тока уменьшается и
температура
преобразователя снижается. Понижение
температуры продолжается
до
тех пор, пока вследствие поглощения
влаги из окружающей среды проводимость
раствора между электродами вновь не
повысится, что вызовет увеличение силы
тока и повышение температуры
преобразователя. Таким образом,
температура в преобразователе
автоматически поддерживается на уровне
равновесной, соответствующей влажности
окружающей преобразователь газовой
среды.

Для точного
измерения влажности температура
исследуемого газа должна быть ниже
равновесной температуры чувствительного
элемента, но выше точки росы.

Вторичный прибор,
подключенный к термометру сопротивления
(уравновешенный мост или логометр),
градуируют в единицах абсолютной
влажности. При наличии второго термометра
сопротивления, измеряющего температуру
окружающей среды, можно измерять
относительную влажность.

Электролитические
гигрометры можно применять для любых
газов, не воздействующих на раствор
хлористого лития. Градуировка
преобразователей устойчива во времени;
преобразователи взаимозаменяемы.
Показания приборов не зависят от
давления. Основной недостаток влагомеров
с подогревными преобразователями —
узкие пределы их применения.

Сорбционно-кулонометрические
влагомеры. Принципиальная
схема
кулонометрического влагомера приведена
на рис. 4. Во внутреннем канале
цилиндрического пластмассового корпуса
1
размещены два металлических электрода
2,
выполненных
в виде геликоидальных несоприкасающихся
спиралей. Между электродами нанесена
пленка 3
частично
гидратированной пятиокиси фосфора,
обладающей очень хорошей высушивающей
способностью. Через чувствительный
элемент в направлении, указанном
стрелками, непрерывно проходит
анализируемый газ со строго постоянным
расходом. Геометрические размеры
чувствительного элемента и расход
анализируемого газа подбирают таким
образом, чтобы влага практически
полностью извлекалась из газа. Обычно
длина канала чувствительного элемента
несколько десятков сантиметров, диаметр
0,5—2 мм; диаметр электродов (платиновых,
родиевых) не более 0,2 мм.

Поглощенная
влага, соединяясь с веществом пленки
3,
образует
концентрированный раствор фосфорной
кислоты с высокой удельной электрической
проводимостью.

К
электродам подключен источник постоянного
напряжения, которое должно превышать
потенциал разложения воды; поэтому
одновременно с поглощением влаги
происходит ее электролиз. Получающиеся
в процессе электролиза кислород и
водород уносятся потоком анализируемого
газа. В установившемся режиме количество
поглощенной и разложенной в единицу
времени воды одинаково и, следовательно,
в соответствии с законом Фарадея сила
тока, измеряемая микроамперметром,
включенным последовательно с источником
питания, является мерой концентрации
влаги в анализируемом газе. При этом
предполагают, что сила тока, обусловленная
побочными явлениями проводимости,
ничтожно мала и ею можно пренебречь.
Влажность, г/см³:

где I
— сила тока электролиза, A;
Q
—
расход газа, см³/с;
Э
—
электрохимический эквивалент.

Рис.
4. Принципиальная схема кулонометрического
влагомера

Рис.
5. Принципиальная схема диффузионного
кулонометрического влагомера

Преимущества
кулонометрических влагомеров —
независимость показаний от напряжения
источника питания и состава газа.
Частичное загрязнение пленки сорбента
и даже унос части пленки существенно
не влияют на показания прибора. Метод
является абсолютным и не требует
градуировки прибора на эталонных газовых
смесях.

Серьезное ограничение
— требование отсутствия в анализируемых
газах следов компонентов, имеющих
щелочную реакцию. Даже небольшие примеси
аммиака или аминов приводят к быстрому
выходу из строя чувствительных элементов
прибора. Примеси паров спиртов в
анализируемом газе могут привести к
значительному искажению в показаниях
прибора, так как спирты гидролизируются
на пятиокиси фосфора с образованием
воды. Мешающие компоненты можно удалить
использованием соответствующих фильтров.

Сорбционно-кулонометрические
влагомеры применяют для измерения
микроконцентрации влаги в газах.

На
рис. 5 дана принципиальная схема
диффузионного кулонометрического
влагомера. На центральном цилиндрическом
стержне 1
из
электроизоляционного материала размещены
два спиральных металлических электрода
2.
Между
электродами нанесен слой 3
частично
гидратированной пятиокиси фосфора.
Миллиамперметр подключен непосредственно
к торцовым металлическим вставкам 4.
Соосно
со стержнем расположена проницаемая
для влаги перегородка 5
(из
полимерных пленок, металлокерамики и
т. п.), образующая диффузионный барьер.
Можно использовать и непроницаемые
материалы (металлы, стекло и др.), но
тогда в перегородке просверливают
каналы, по которым водяные пары
диффундируют к поверхности чувствительного
элемента, покрытой пятиокисью фосфора.
Преобразователь можно помещать
непосредственно в технологический
аппарат или трубопровод, через который
протекает анализируемый газ.

Количество влаги,
поступающей к активной пленке
чувствительного элемента в единицу
времени, определяется диффузионным
сопротивлением барьера и концентрацией
влаги в анализируемом газе. Конструктивные
параметры чувствительного элемента
подбирают так, чтобы вся поступающая к
активной пленке влага поглощалась и
подвергалась электролизу. В этом случае
сила тока электролиза, измеряемая
микроамперметром, определяется
влагосодержанием.

Отличие описанного
прибора от чувствительного элемента
обычного кулонометрического влагомера
состоит в том, что из потока анализируемого
газа извлекается не вся влага, а только
та часть, которая проникает через
диффузионный барьер.

Диффузионные
кулонометрические влагомеры по сравнению
с обычными кулонометрическими обладают
рядом преимуществ. Отпадает необходимость
в устройстве для поддержания точного
расхода газа. По существу, функцию
регулятора расхода в этом приборе
выполняет диффузионный барьер. Возможность
помещения преобразователя непосредственно
в анализируемую среду позволяет
значительно улучшить динамические
характеристики прибора, так как
исключаются транспортные запаздывания,
связанные с наличием подводящих
коммуникаций. Диапазон измерения можно
расширить в сторону больших концентраций.

Пьезосорбционные
гигрометры. Чувствительный
элемент пьезо-сорбционных гигрометров
представляет собой пластину кварцевого
резонатора, на поверхность которой
нанесена пленка гигроскопичного
материала.

В результате
процессов сорбции или десорбции водяных
паров пленкой увеличивается или
уменьшается масса гигроскопичного
покрытия и, как следствие этого, изменяется
частота колебаний пьезосорбционного
чувствительного элемента. В установившемся
режиме частота колебаний является мерой
влажности окружающей среды.

Изменения массы
вещества на кварцевой пластине и
собственной частоты колебаний связаны
уравнением

(1)

где
— изменение собственной частоты
колебаний;
— собственная частота колебаний; N
—
частотный коэффициент;
— плотность кварца; s
—
площадь пластины;
—
изменение массы сорбированного водяного
пара.

Отношение

определяется
свойствами пьезоэлектрического
материала, поэтому уравнение (1) принимает
вид

Конструктивно
пьезосорбционный чувствительный элемент
довольно
прост.

Метрологические
характеристики пьезосорбционных
чувствительных элементов определяются
главным образом правильным выбором
материала сорбента и технологии его
нанесения на поверхность пьезоэлемента.

С
помощью кварцевого резонатора,
колеблющегося на
частоте 15
МГц, можно определить изменение на
уровне 10^-11,
что
свидетельствует
о чрезвычайно высокой чувствительности
пьезокварцевых элементов. Кроме того,
к их преимуществам следует отнести
возможность определения влажности в
широком диапазоне, быстродействие,
легкость преобразования частотного
выхода в цифровую форму.

При использовании
высокоэффективных сорбентов, таких,
как цеолиты, силикагель, сульфированный
полистирол, пьезосорбционный метод
применим для измерения микроконцентраций
влаги в газах. В этом случае по
чувствительности он сравним с
сорбционно-кулонометрическим методом,
но в отличие от него может быть применим
для анализа сред, которые содержат
компоненты, реагирующие с пятиокисью
фосфора.

Теоретическое
определение изотерм сорбции воды
сорбентами вызывает затруднения; поэтому
статические характеристики пьезосорбционных
гигрометров, как правило, получают с
использованием экспериментальных
данных.

К недостаткам
пьезосорбционных гигрометров следует
отнести необходимость их градуировки
на газовых смесях с известной влажностью,
увеличение погрешности измерения при
наличии в анализируемой среде примесей,
сорбирующихся чувствительным элементом.

Пьезосорбционные
гигрометры широко применяют для измерения
относительной влажности в цехах по
производству химического и искусственного
волокна, в камерах искусственного
климата, при испытаниях различных
материалов и изделий.

ИЗМЕРЕНИЕ
ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Приборы для
автоматического измерения плотности
составляют весьма важный элемент в
комплексной автоматизации целого ряда
процессов химической промышленности.
Так, контроль и управление работой
выпарных установок, абсорберов,
дистилляционных, ректификационных и
других аппаратов требуют непрерывного
измерения плотности. Иногда плотность
производственных жидкостей измеряют
для определения концентрации растворенного
вещества.

Плотностью
называют
содержание массы вещества в единице
занимаемого им объема, т. е. р = m/V,
где
т
и
V
—
соответственно масса и объем вещества.
Единицей измерения плотности в СИ
является кг/м³.

Плотность жидкостей
зависит от температуры. Температурная
зависимость плотности приближенно
выражается формулой

где
—
плотность жидкости при рабочей
температуре; —
плотность жидкости при некоторой
температуре t’,
отличной
от рабочей температуры; β — средний
температурный коэффициент объемного
расширения жидкости в интервале
температур от t
до
t’.

Принято указывать
плотность жидкостей при нормальной
температуре (20 °С).

Для измерения
плотности жидкостей наибольшее применение
получили приборы поплавковые, весовые,
гидростатические, вибрационные и
радиоизотопные.

Поверка анализатора температуры точки росы по углеводородам 241CE II — Реестр 20443-11 Методика поверки Свидетельство об утверждении РЦСМ

Анализаторы температуры точки росы углеводородов модель 241 СЕ предназначены для измерения температуры точки росы (температуры конденсации) газообразных углеводородов. Прибор может применяться во взрывоопасных зонах. Поверка анализатора температуры точки росы по углеводородам 241CE II проходит в аккредитованной лаборатории РЦСМ и занимает от 1 до 5 дней.

Анализатор температуры точки росы углеводородов модель 241 СЕ представляет из себя автоматизированную систему, обеспечивающую измерение и обработку выходной информации.

В анализаторе используется метод определения точки росы по углеводородам, полностью соответствующий ГОСТ 20061-83 «Газы горючие природные. Методы определения точки росы углеводородов» и стандарту ИСО 6327 «Газовый анализ. Определение точки росы природного газа. Гигрометры с охлаждаемым зеркалом».

Поверка анализатора температуры точки росы по углеводородам 241CE II

Основным элементом анализатора является система из двух оптических поверхностей (матированной и зеркальной), расположенных под углом 90 ° друг к другу.

Газ циркулирует в камере, внутри которой расположена охлаждаемая поверхность -матированное зеркало, на котором образуется конденсат углеводородов при достижении температуры точки росы. Оптическая схема построена таким образом, что свет от источника (свегодиода), падая на поверхность зеркала и отражаясь от него, не попадает на фотоприемник (фототранзистор).

Поверхность матированного зеркала при наличии конденсата из сжиженных углеводородов становится чисто зеркальной, отражающей свет от светодиода на фотоприемник, при этом сигнал от фотоприемника возрастает. Это достигается специальной установкой свегодиода и фотоприемника.

При наличии на поверхности другого зеркала конденсата влаги световой пучок рассеивается и уже попадает на фотоприемник, расположенный на периферии от точки изображения источника. Температура, при которой на зеркале образуется конденсат, соответствует температуре точки росы влаги.

Температура зеркал определяется с помощью платиновых термопреобразователей сопротивления.

В процессе работы анализатора происходит нагревание и охлаждение зеркала с помощью элементов, работающих по принципу «эффекта Пельтье». Предельные температуры нагревания и охлаждения зеркал задаются оператором. Управление процессом нагревания и охлаждения зеркал производится автоматически с периодом 20 — 60 минут.

В анализаторе возможно охлаждение элементов Пельтье проточной водой.

Конструктивно анализатор модель 241 СЕ состоит из двух жестко соединенных основных частей:

• Измерительного блока,
• Блока управления.

Измерительный блок включает в себя измерительный датчик на основе зеркал, систему регулирования давления и расхода подачи газа и блок элементов «Пельтье».

Блок управления на основе микроконтроллера предназначен для управления работой всего анализатора, а также передачи выходной информации на внешние системы управления процессом. Информация о температуре и техническом состоянии анализатора высвечивается на жидкокристаллическом дисплее на передней панели блока управления. Имеются два токовых выхода 0-20 мА для непрерывной регистрации результатов измерений и условного кода состояния.

Анализатор может работать в режиме сигнализатора с установкой предельных значений по точкам росы. Свидетельство о взрывозащищённости ЦС ВЭ ИГД № 2000.С156.

Поверка анализаторов температуры точки росы углеводородов модель 241 СЕ проводится в соответствии с методикой поверки «Анализаторы температуры точки росы углеводородов модель 241 СЕ, фирмы «АМЕТЕК Process & Analytical Instruments Division», США. Методика поверки», разработанной и утвержденной ГУЛ ГЦИ СИ «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» 15.09.2000 г.

Основные средства поверки: Эталон сравнения пропан Хд2.706.141-ЭТ9, манометр MO-16G, ТУ 2505.1664-74, 0-16 МПа. Межповерочный интервал -1 год.

Определение влажности по методу точки росы

Оцените эту публикацию

Как рассчитать точку росы с помощью …

Включите JavaScript

Как рассчитать точку росы с помощью формулы влажности точки росы или психрометрической диаграммы 11 ПРЕДПОСЫЛКИ

Точка росы определяется как температура, до которой смесь воздуха и водяного пара должна быть охлаждена при постоянной влажности, чтобы стать насыщенной. Учитывают образование и исчезновение тумана и определяют точку росы. ^1,2  Температура точки росы отмечена на оси X температуры и перемещается вертикально на психрометрической диаграмме. Идентифицируется точка пересечения на насыщенной кривой (100%). Отмечаются координаты точки (температура, влажность). Точка оси Y – это влажность воздуха. Эти значения подставляются в уравнение. ^3,4

% Относительная влажность = влажность воздуха / влажность насыщенного воздуха × 100

ТРЕБОВАНИЯ

Аппаратура: Круглодонная длинногорлая колба (100 мл)

Термометр, 110 ⁰ c

Штатив

Вода

Лед

МЕТОДИКА

Круглодонную длинногорлую колбу тщательно очистили и высушили внешнюю поверхность. В колбу наливали воду на 2/3 ^rd объема. Вышеупомянутая колба хранилась на штативной подставке. Термометр (110 ⁰ c) опускали в воду. В воду медленно добавляют колотый лед (в колбу опускают); на внешней нижней поверхности колбы начинает образовываться туман. В этот момент отмечают температуру. Это точка росы (температура). На психометрической диаграмме от температуры (ось X) перемещается вертикально вверх до кривой насыщения и отмеченной точки пересечения. Координата Y — это влажность.

Наблюдения и расчеты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Влажность и относительная влажность воздуха определены как ____.

ССЫЛКИ

1. Subrahmanyam CVS, Setty JT, Sarasija S. Лабораторное руководство по фармацевтической инженерии (отдельные операции), Delhi Vallabh Publications.
2. Pharmaceutical Engineering by K.Sanbamurty (New Age International, New Delhi)
3. Cooper and Gunn’s Tutorial Pharmacy Под редакцией S.J.Carter (CBS Publishers, Delhi)
4. Фармацевтические лекарственные формы фирмы Aulton (Churchill Livingstone, Edinburg)

Измерение точки росы много сделок. Например, точка росы, определяемая как температура, при которой влага воздуха начинает конденсироваться, является важным фактором в технологиях ОВКВ, отопления, вентиляции и охлаждения. Это также важно для определения потенциальной коррозии металлов и в многочисленных химических производственных процессах. Из-за своей жизненно важной роли в обширных процессах, точные инструменты измерения точки росы стали незаменимыми в повседневных промышленных функциях.

Измерение точки росы — эффективные инструменты: гигрометры

Как правило, гигрометры или охлаждаемые зеркала были обычными инструментами измерения воздуха, используемыми для точного измерения точки росы. Устройство считается эталоном переноса влажности. Процесс влечет за собой охлаждение зеркала до тех пор, пока водяной пар не начнет конденсироваться на поверхности. Измеряется температура зеркала. Это проецирует точку росы воздуха. Этот процесс обычно используется в лабораторной практике и для мониторинга среды складских помещений. Помимо использования в производстве материалов (например, в производстве красок и стекла), система также эффективна в производстве сухих пищевых продуктов.

Несмотря на то, что система зеркал считается наиболее эффективным методом измерения, ее недостатком является склонность к загрязнению. Поскольку аппарат чувствителен, его необходимо чистить, чтобы обеспечить постоянные результаты, но его обслуживание может быть дорогостоящим. Осмотр и техническое обслуживание можно выполнять с помощью зеркального микроскопа, и обычно датчик можно открыть вручную с помощью прикрепленных пружин. Современные измерительные гигрометры, разработанные на основе первого ручного гигрометра с охлаждаемым зеркалом, включают более сложные модели, такие как функции «самопроверки», которые позволяют устройству обнаруживать загрязняющие вещества и реагировать на них. Кроме того, эти устройства доступны в цифровом формате и позволяют проводить беспроводное считывание. Этот процесс позволяет устройству быть компенсатором конденсации и испарения на поверхности зеркала с помощью электронного механизма.

Датчики хлорида лития

Датчики хлорида лития

используются из-за их высокой надежности и относительно простой конструкции. Они имеют преимущество перед электрическими устройствами влажности, потому что они не легко загрязняются. Промышленное использование этого устройства включает измерения для осушителей и управления охлаждением. В этих приложениях каждый датчик состоит из металлических трубчатых стенок, пропитанных раствором хлорида лития и обмотанных проводами, которые подключены к источнику питания. Устройство не так легко загрязняется, его можно очистить аммиаком и перезарядить хлоридом лития. Как правило, эти датчики используются в промышленных целях, требующих умеренной точности.

Гигрометры на основе оксида алюминия

Другим распространенным устройством для измерения точки росы являются приборы на основе оксида металла, также известные как технология на основе оксида алюминия. Эти устройства обычно предназначены для измерения низкой точки росы. Как правило, они небольшого размера и часто могут быть размещены на стенах или воздуховодах в промышленных условиях. Эти датчики эффективны в широком спектре промышленных применений, поскольку их многочисленные сенсорные функции обеспечивают широкий диапазон измерений. Металлооксидные гигрометры обычно менее точны, чем зеркальные устройства, и не считаются эффективными для длительного использования. Датчики чувствительны к факторам окружающей среды, могут быть легко разрушены, если они подвергаются воздействию влаги. Из-за такой чувствительности необходима регулярная оценка и повторная калибровка инструмента (часто производителем).