УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ ПО УГЛЕВОДОРОДАМ

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для исследования конденсации тонких пленок углеводородов из природного газа и предназначено для определения точки росы по углеводородам.
Многие из существующих устройств, предназначенных для измерения точки росы, используют методы, основанные на визуальном наблюдении за конденсатом на охлажденной поверхности зеркала. Они состоят из конденсационного зеркала, контактирующего с исследуемым газом, при этом освещение конденсационной поверхности, осуществляется источником видимого света, датчика температуры, измеряющего температуру поверхности зеркала и системы охлаждения зеркала, построенной на основе элемента Пельтье или за счет расширения газа (эффект Джоуля-Томсона). При охлаждении конденсационного зеркала производится визуальное наблюдение за поверхностью зеркала и при появлении конденсата фиксируется температура зеркала, которая является температурой точки росы. Однако конденсат воды относительно легко обнаружить, поскольку она конденсируется в виде капель, в то время как углеводороды в процессе конденсации образуют тончайшую прозрачную пленку на поверхности зеркала, которую достаточно сложно обнаружить. Соответственно чувствительность данных устройств к конденсации пленок углеводородов невысокая, а наблюдение и интерпретация визуального образования пленки зависят от грамотности оператора. Таким образом, достаточно трудно обеспечить высокую точность и повторяемость результатов измерения при конденсации тонких пленок углеводородов.
Известен измеритель точки росы, содержащий охлаждаемый участок оптически прозрачного тела, заключенный в корпусе и соединенный через световоды с излучателями и с преобразователем светового потока, подключенным к регистратору, охладитель и датчик температуры (SU №1744618,1989 г.).
Недостатком известного технического решения является невысокая надежность из-за возможного загрязнения примесями исследуемого газа оптически прозрачного тела, из-за чего может возникнуть ненужный слой, который может привести к неточным измерениям и потере работоспособности.
По технической сущности наиболее близким к предложенному устройству является измеритель точки росы, содержащий заключенные в корпусе, снабженном пробоотборной трубкой, охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, соединенный через оптический элемент с излучателем, регистратор, охладитель и датчик температуры (См. патент РФ №2085925, кл. G01N 25/08, от 20.07.1995 г.).
Недостатком известного устройства является отсутствие данных, касающихся выбора конкретного типа диэлектрика для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента. Действительно при использовании в качестве диэлектрика, например, стекла с коэффициентом преломления 1,5 или кварца с коэффициентом преломления 1,45 устройство не будет обладать высокой чувствительностью, так как показатель преломления сконцентрированных жидких углеводородов близок к 1,45. Поэтому контрастность на границе пленки углеводородов и стекла будет незначительной, что затрудняет регистрацию момента конденсации углеводородов, снижает точность измерения точки росы и увеличивает переходный процесс при фиксации точки росы. Кроме того, достаточно трудно обеспечить повторяемость результатов измерения при конденсации тонких пленок углеводородов.
Техническим результатом является повышение быстродействия, чувствительности и точности измерения точки росы по углеводородам.
Достигается это тем, что устройство для измерения температуры точки росы по углеводородам содержит заключенные в корпусе с прозрачным окном, имеющем отверстия для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, охладитель, датчик температуры, источник света, расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента через апертуру наблюдения на регистратор отраженных лучей, причем охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью выполнен из диэлектрика с коэффициентом преломления большим коэффициента преломления жидких углеводородов, кроме того в качестве диэлектрика взят кремний или алмаз. Причем корпус снабжен прозрачной перегородкой, разделяющей внутренний объем его на газовую часть, в которой расположены охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, охладитель, датчик температуры и отверстия и часть, в которой размещены источник света и апертура наблюдения.
Сущность технического решения заключается в том, что выполнение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента из диэлектрического материала с высоким коэффициентом преломления по сравнению с коэффициентом преломления жидких углеводородов позволяет обеспечить значительное увеличение чувствительности к появлению конденсируемых примесей и точность измерения точки росы по углеводородам.
Кроме того, повышается быстродействие процесса измерения.
Сравнение предлагаемого устройства с ближайшими аналогами позволяет судить о соответствии критерию «новизна».
Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного применения.
На фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства. Устройство для измерения температуры точки росы по углеводородам содержит заключенные в корпусе (1), имеющем отверстия (2) и (3) для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5), датчик температуры (6), источник света (7), расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) в апертуру (8) наблюдения оптической системы на регистратор (9) отраженных лучей. Охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью выполнен из диэлектрика с коэффициентом преломления большим коэффициента преломления жидких углеводородов.
В качестве диэлектрика взят кремний, коэффициент преломления которого равен 4, или взят алмаз с коэффициентом преломления равным 2,42.
Корпус (1) снабжен прозрачной перегородкой (10), разделяющей внутренний объем его на газовую часть, в которой расположены охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5), датчик (6) температуры и отверстия (2) и (3) и часть, в которой размещены источник (7) света и апертура (8) наблюдения. Устройство работает следующим образом. Осуществляют подачу исследуемого газа на охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под определенным углом, и регистрируют отраженный от конденсационной поверхности световой поток через апертуру (8) наблюдения.
При наличии конденсируемых примесей в исследуемом газе на конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) при определенной температуре образуются слой конденсата, при появлении которого значительно изменяется интенсивность отраженного светового потока. При этом по датчику (6) температуры фиксируется значение температуры конденсационного зеркала.
Следует отметить, что регистрация светового потока при этом происходит даже при незначительном появлении конденсата на конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4). Это определяет высокую чувствительность устройства, а следовательно и точность измерения.
Усовершенствование устройства заключается в использовании диэлектрического материала с высоким коэффициентом преломления в качестве материала конденсационной поверхности (конденсационного зеркала) охлаждаемого элемента. Источник (7) видимого света, размещенный в корпусе (1), обеспечивает освещение конденсационного поверхности через стекло - прозрачную перегородку (10), являющееся частью измерительной ячейки, под малым углом, гарантирующим попадание отраженного света в апертуру (8) оптической системы. В результате, при охлаждении конденсационной поверхности (конденсационного зеркала) охлаждаемого элемента, снабженного датчиком (6) температуры, системой охлаждения - охладителем (5) до температуры образования тонкой пленки конденсата - жидких углеводородов (11), на диэлектрической поверхности появляется хорошо видимый регистратору (9) отраженных лучей (наблюдателю или видеокамере) визуальный эффект, обусловленной изменением коэффициента отражения луча (12) от зеркала без конденсата и луча (13) от пленки конденсата.
Таким образом в предлагаемом техническом решении достигается поставленный технический результат - повышение быстродействия, чувствительности и точности измерения точки росы по углеводородам.