ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА СВЧ ГИГРОМЕТРА

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к измерению влажности природного газа по методу точки росы и может быть использована в качестве первичного преобразователя для измерения точки росы по воде и высших углеводородов природного газа.
Известны методы измерения влажности газов по методу точки росы с помощью конденсационных гигрометров, в которых наблюдение за процессом выпадения влаги или ее испарения с полированной металлической площадки ("зеркальца") или линейки ведется глазом или оптическими средствами (см. Халиф А.Л., Туревский Е.И., Сайкин В.В., Сахаров В.Е., Бахметьев П.И. Приборы для измерения влажности природного газа. М.: ИРЦ Газпром, 1995 г., 45 с., а также Лыжникова С.А. Приборы для измерения влажности газов и их поверка. М.: Изд-во стандартов. 1988, 59 с.).
Их недостатком является зависимость результата измерения от характера и состояния поверхности зеркальца (в частности, от ее загрязненности), сложности конструкции, а также от присутствия в газе паров высших углеводородов с температурой точки росы (ТТР) выше, чем ТТР по влаге.
Известны также СВЧ гигрометры с использованием в качестве датчика влажности объемного резонатора, частота которого определяется влажностью газа (см. Лебедев И.В., Мецнер Е.П., Потапов А.А. Высокоточный СВЧ пирометр. Измерительная техника, 1985, N7, 56 с.).
Известна измерительная ячейка СВЧ-гигрометра, содержащая опорный и измерительный резонаторы, выполненные в виде моноблока, при этом полость опорного резонатора соединена с камерой, выполненной в виде сильфона из гидрофобного материала (см. А.С. SU 1354079, МПК G01N 22/04).
Устройство имеет высокие метрологические характеристики, но обладает низкой чувствительностью.
Наиболее близкой к предлагаемому решению является измерительная ячейка СВЧ гигрометра, содержащая объемный резонатор, датчик температуры, охлаждающее устройство, питающий и приемный волноводы, в основании объемного резонатора размещено зеркало из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью и низким коэффициентом поглощения в СВЧ диапазоне, на конденсационной поверхности которого установлен датчик температуры, при этом объемный резонатор расположен на поверхности термоэлектрического охлаждающего устройства, а толщина диэлектрического зеркала выбирается из условия нахождения его конденсационной
поверхности в области максимального электрического поля объемного резонатора (см. патент РФ №2174226, МПК G01N 22/04).
Однако данное устройство имеет относительно большие габариты, в связи с этим практически невозможно проводить измерения влажности при низких температурах и высоком давлении газа. Кроме того, измерения, возможно, проводить только при низкой скорости прохождения газа.
Задачей предлагаемого решения является создание малогабаритного устройства для измерения влажности природного газа по методу точки росы. Техническим результатом является обеспечение возможности проведения измерений при низких температурах, высоком давлении газа и увеличении скорости прохождения газа.
Поставленная задача решается тем, что измерительная ячейка СВЧ гигрометра, включающая резонатор, связанный с СВЧ питающим и приемным волноводами, датчик температуры, расположенный на подложке, термоэлектрический модуль, согласно решению, она содержит теплоотводящий элемент, размещенный между подложкой и термоэлектрическим модулем, подложка представляет собой микрополосковую линию передачи, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, резонатор выполнен диэлектрическим, а волноводы выполнены в виде коаксиальных линий передачи, при этом термоэлектрический модуль расположен вне камеры высокого давления.
Подложка может быть выполнена из поликора. Теплоотводящий элемент может быть изготовлен в виде сплошного цилиндра, например, из меди.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен вид сбоку в разрезе заявляемая ячейка, расположенная в камере высокого давления, на фиг.2 - вид сверху, где
1 камера высокого давления;
2 диэлектрический резонатор;
3 датчик температуры;
4 подложка;
5 СВЧ приемный волновод;
6 СВЧ питающий волновод;
7 теплоотводящий элемент;
8 термоэлектрический модуль;
9 вводы высокого давления;
10 разъем СВЧ.
Измерительная ячейка СВЧ гигрометра состоит из размещенных в камере высокого давления 1, диэлектрического резонатора 2 и датчика температуры 3, размещенных на
подложке 4. Подложка 4 представляет собой микрополосковую линию, соединенную с противоположных сторон с питающим и приемным СВЧ волноводами 6, 5. Ячейка содержит термоэлектрический модуль 8, охлаждающий торец теплоотводящего элемента 7 и размещенный вне камеры высокого давления. Теплоотводящий элемент 7 размещен между подложкой 4 и термоэлектрическим модулем 8, при этом он служит для развязки по высокому давлению термоэлектрического модуля 8, что обеспечивает возможность проводить измерения при высоких давлениях газа. Камера содержит вводы для подачи газа 9. Подача СВЧ мощности осуществляется через разъемы СВЧ 10.
Подложка 4 выполнена из материала обладающего высокой теплопроводностью для осуществления передачи тепловой энергии между теплопроводящим элементом 7 и диэлектрическим резонатором 2. Термоэлектрический модуль 8 необходим для управления процессом охлаждения диэлектрического резонатора по заданной программе. Теплоотводящий элемент 7 предназначен для передачи тепловой энергии от термоэлектрического модуля 8 к подложке 4. На подложке расположен температурный датчик 3, осуществляющий контроль за температурным режимом диэлектрического резонатора 2. СВЧ волноводы 5, 6 подключены к подложке, которая является микрополосковой линией. Подача газа осуществляется через вводы высокого давления 9.
Работа измерительной ячейки происходит следующим образом:
Газ, влажность которого необходимо измерить, проходит через камеру высокого давления 1 по вводам высокого давления 9. На питающий СВЧ волновод 6 подается зондирующий сигнал, обусловленный параметрами диэлектрического резонатора 2. На приемном волноводе 5 появляется СВЧ сигнал на резонансной частоте диэлектрического резонатора 2, амплитуда которого регистрируется детектором (на фиг. не показан). Управляя термоэлектрическим модулем 8 охлаждаем диэлектрический резонатор 2 до точки росы, что регистрируется по изменению амплитуды и резонансной частоты выходного сигнала.
Предложенная конструкция позволяет снизить габариты за счет использования диэлектрического резонатора. Расположение термоэлектрического модуля вне области высокого давления позволяет измерять температуру точки росы при более низких значениях (до -30°С).