УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЖАТОГО ГАЗА

2
Настоящая полезная модель предназначена для измерения влажности сжатых газов (воздух, азот, аргон, CO) и может быть использована в составе технологических воздушных систем для постоянного или периодического контроля влагосодержания газов.
В частности, предложенное устройство может применяться для контроля влагосодержания сжатого воздуха высокого давления (от 15,0 до 42,0 МПа) либо после блоков осушки и очистки сжатого воздуха, либо после компрессорных станций воздуха высокого давления на надводных судах и подводных лодках.
Спецификой замера влагосодержания воздуха высокого давления, применяемого в системах ВВД на надводных судах и подводных лодках ВМФ, является высокое давление до 42,0 МПа, низкая точка росы (абсолютное значение влагосодержания) сжатого воздуха после осушки и очистки в блоках осушки сжатого воздуха или встроенных системах осушки воздуха компрессорных станций (типа СКАВ 7,5; ЭКСА25-2; СКАВ1; ЭКСА7,5-3М-1) ниже минус 60°C.
Известен индикатор влажности автоматический фотоэлектронный 8Ш31 (техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.772.005ТО), который предназначен для непрерывного и периодического контроля влагосодержания воздуха, находящегося под избыточным давлением до 15,0 МПа.
Недостатком известного индикатора является: отсутствие возможности измерения влажности воздуха давлением выше 15,0 МПа без дополнительного приспособления - редуктора, состоящего из двух запорно-регулирующих клапанов, предохранительного клапана и манометра, а также необходимость подачи воздуха, как на анализ, так и на охлаждение зеркала, при этом для охлаждения зеркала должен подаваться воздух давлением не менее 15,0 МПа, что требует осуществлять дополнительную осушку воздуха подаваемого на охлаждение, и делает трудоемким, а в некоторых случаях невозможным, процесс измерения влагосодержания воздуха с давлением ниже 15,0 МПа.
Известен гигрометр точки росы MDM300 производства компании Michell Instruments (Великобритания), предназначенный для измерения влагосодержания различных газов в интервале значений температуры точки росы от минус 100°C до 20°C, давлении на входе до 2,0 МПа, с показаниями температуры точки росы при рабочем давлении (руководство по эксплуатации гигрометров точки росы Michell Instruments модификации MDM300).
Недостатком известного гигрометра точки росы является низкое рабочее давление (до 2,0 МПа), для измерения влажности газа с более высоким давлением необходимы дополнительные приспособления редуктор, предохранительный клапан, манометр, соединительные трубопроводы.
В конструкции известного гигрометра отсутствует фильтр для очистки газа перед подачей на датчик гигрометра, а также прибор контроля расхода газа на датчик, что не обеспечивает объективных измерений при недостаточном или избыточном расходе газа через датчик. Кроме того, в составе гигрометра отсутствует манометр и предохранительные клапаны, что делает его использование небезопасным и требует установку дополнительного оборудования (руководство по эксплуатации гигрометров точки росы Michell Instruments модификации MDM300, сайт компании http://www.michell.com).
Известен гигрометр точки росы, предназначенный для измерения влажности газов, содержащий измерительное зеркало, охладитель, детектор точки росы, приборы контроля температуры, давления и расхода, при этом в измерительном зеркале выполнены сквозные каналы для прохода анализируемого газа, а датчик температуры расположен между поверхностью измерительного зеркала и сквозными каналами (патент РФ №2213344, МПК G01N 25/66, G01N 21/81, публикация 2003 г.).
Недостатками известного гигрометра точки росы являются:
- отсутствие автоматического индикатора для возможности преобразования сигнала датчика, измеряющего влажность газа, а также отображения текущего значения влажности газа и передачи сигнала о предельных значениях влагосодержания газа во внешнюю систему управления;
- отсутствие устройств, предназначенных для защиты датчика от загрязнений (например, паров масла), которые, попадая на зеркало, могут значительно искажать показания гигрометра;
- измерение известным устройством носит единичный характер и для проведения повторного измерения точки росы необходимо привести гигрометр в исходное состояние.
Известно устройство для измерения влажности сжатого газа, включающее датчик влажности, чувствительный орган которого заключен в полость, сообщенную с трубопроводами подвода и отвода газа, дроссельное устройство и приборы контроля давления и расхода, при этом на трубопроводе перед датчиком влажности последовательно установлены два дроссельных вентиля, а также размещенный между ними манометр и предохранительный клапан, а на трубопроводе после датчика влажности установлены дроссельный вентиль, предохранительный клапан и ротаметр (патент РФ №66543, МПК G01N 25/56, публикация 2007 г.).
Недостатками известного устройства являются:
- большое количество трубопроводной арматуры (три дроссельных вентиля, два предохранительных клапана);
- значительное время требуется для выхода устройства на рабочий режим, что связано с тем, что во внутренних полостях трубопровода при остановках скапливается влага, которая поглощается датчиком, имеющим сорбционный принцип действия;
- большое количество трубопроводов и, как следствие, большой внутренний объем системы, что увеличивает время выхода устройства на рабочий режим;
- отсутствие автоматического устройства для преобразования сигнала, отображения и передачи информации по текущему значению и о достижении предельных значений влагосодержания газа;
- неудобство обслуживания, связанное с тем, что при прекращении замера или при отсутствии газа на входе необходимо закрывать клапаны для исключения возможности насыщения влагой датчика, при этом происходит изменение положения клапанов (сбивается настройка), что требует повторной регулировки потока при каждом включении;
- отсутствие фильтра тонкой очистки на входе, что снижает срок службы датчика;
- при редуцировании газа перед датчиком температура его снижается, что может привести к обмерзании арматуры.
В процессе измерения известным устройством необходимо пересчитывать влажность на рабочее давление (атмосферное давление), что приводит к уменьшению точности измерения, вследствие малых абсолютных абсолютных значений влагосодержания.
Задача предложенного технического решения состоит в увеличении срока службы датчика и повышении удобства его эксплуатации.
Предложенное техническое решение позволяет повысить точность измерения, а также обеспечивает возможность автоматизации процесса измерения.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Устройство для измерения влажности сжатого газа включает размещенные в едином корпусе датчик влажности, чувствительный элемент которого заключен в полость, сообщенную с трубопроводом подвода и отвода газа, приборы контроля давления и расхода, невозвратные клапаны. На входном трубопроводе перед датчиком влажности последовательно установлены фильтр, регулирующий вентиль и невозвратный клапан, а на трубопроводе газа после датчика влажности установлены невозвратный клапан, регулирующий клапан, и параллельно включенные предохранительный клапан и прибор измерения расхода, при этом прибор контроля давления установлен на входном трубопроводе между регулирующим вентилем и невозвратным клапаном.
Чувствительный элемент датчика влажности электрически подключен к автоматическому цифровому индикатору влажности сжатого газа.
В полости с чувствительным элементом датчика влажности установлен нагреватель.
Прибор контроля давления содержит датчик с выходным электрическим сигналом.
Схема устройства для измерения влажности сжатого газа представлена на чертеже.
Устройство для измерения влажности сжатого газа содержит датчик влажности 1, с чувствительным элементом 2, который помещен в полость 3, сообщенную с трубопроводом подвода газа 4 и трубопроводом отвода газа 5. На трубопроводе подвода газа 4 установлены регулирующий вентиль 6, фильтр 7, прибор контроля давления (манометр) 8, невозвратный клапан 9.
На трубопроводе отвода газа 5 установлены невозвратный клапан 10, регулирующий клапан 11, предохранительный клапан 12, прибор измерения расхода газа (ротаметр) 13.
Для преобразования сигнала, его отображения и передачи текущего значения влажности, либо предельных значений влажности газа устройство содержит индикатор 14, электрически соединенный с чувствительным элементом датчика влажности 1. Все оборудование размещено в едином корпусе 15.
В качестве прибора измерения давления используется датчик давления 16, электрически связанный с индикатором 14.
Устройство для измерения влажности сжатого газа работает следующим образом.
Газ (например, воздух) высокого давления (до 42,0 МПа) поступает на вход устройства во входной трубопровод 4, далее газ очищается в фильтре 7 и его расход регулируется с помощью регулирующего клапана 6. Далее газ высокого давления (давлением до 42,0 МПа) поступает через невозвратный клапан 9 в полость 3, в котором размещен чувствительный элемент датчика 2, измеряющий влажность газа с помощью сорбционного метода. Далее газ высокого давления выходит из полости 3 в выходной трубопровод 5, проходит через невозвратный клапан 10 и посредством регулирующего клапана 11 давление газа снижается с высокого давления (до 42,0 МПа) до давления порядка 0,3-4,0 МПа, соответствующее рабочему давлению ротаметра 13.
Для предотвращения выхода из строя ротаметра на выходном трубопроводе предусмотрен предохранительный клапан 12, настроенный на давление порядка 0,4-4,1 МПа (при максимальном рабочем давлении ротаметра 1,6 МПа). Газ выходит после редуцирования из регулирующего клапана 11 с низким давлением и производится замер расхода ротаметром 13.
При подаче газа с рабочим давлением необходимо выполнить первоначальную настройку - регулирование необходимого расхода газа и давление на ротаметр, далее при снятии давления будет происходить герметизация полости 3 с помощью невозвратных клапанов 9 и 10, при этом предотвращается насыщение датчика влагой из трубопроводов устройства, и гарантируется более быстрый выход устройства на режим. При повторной подаче газа с рабочим давлением на вход устройства дополнительная настройка не требуется. В случае изменения рабочего давления, осуществляется настройка на любое необходимое давление от 0,2 до 42,0 МПа.
Электрический (токовый) сигнал датчика 1 передается в индикатор 14, где преобразуется в цифровое значение влажности сжатого газа и отображается на индикаторе. При необходимости данные о текущем значении влажности газа, либо данные о превышении предельных значений влажности газа могут передаваться во внешнюю систему управления (не показана).
В качестве прибора контроля давления может применяться датчик давления 16 с электрическим (токовым) сигналом. При этом в индикаторе 14 по сигналам от датчика влажности 2 и давления 16 происходит автоматическое вычисление и отображение значения текущей температуры точки росы газа при атмосферном давлении.
Для обеспечения быстрого выхода устройства на режим в полости 3 может быть установлен обогреватель, включаемый при запуске устройства, при этом при нагреве датчика происходит его осушка (от влаги, накопленной во время остановки) и показания прибора 2 становятся более точными и объективными.
Предложенное техническое решение значительно повышает срок службы устройства для измерения влажности сжатого газа, обеспечивает удобство его эксплуатации, позволяет осуществить автоматизацию процесса измерения влажности сжатого газа и возможность передачи данных измерения во внешнюю систему управления.