Загрузка...
Измерение влажности газовой среды. Влагомер АВП-201
Измерение
влажности газовой среды. Влагомер АВП-201
.
особенности измерения влажности газов
Необходимость контроля влажности возникает во многих отраслях
промышленности: при кондиционировании воздуха, в газосборниках, холодильниках и
сушильных установках.
Содержание влаги в газе характеризуется его абсолютной и относительной
влажностью.
Под абсолютной влажностью газа понимают массовое количество водяного
пара, содержащегося в 1 м3 этого газа.
Относительная влажность — это отношение массы водяного пара в 1 м3 газовой
смеси к массе 1 м3 насыщенного пара при той же температуре и
давлении.
Из определения абсолютной влажности следует, что это плотность водяного
пара rп находящегося в парогазовой смеси, т. е.
где
Pп — парциальное давление водяных паров, Па; Rп — газовая постоянная водяного
пара; Т — абсолютная температура влажного газа, °К.
Так
как при температуре до 100°С максимально возможная масса водяного пара,
заключающегося в 1 м3 газовой смеси, есть его плотность в насыщенном
состоянии rп н,
то относительная влажность газа равна
С
достаточной для практики точностью отношение плотности можно заменить
отношением парциальных давлений, т.е.
Таким образом, относительная влажность j газа показывает степень насыщения смеси водяными
парами. Она равна отношению парциального давления содержащегося в газе водяного
пара Рп к парциальному давлению насыщенных водяных паров Рпн
при той же температуре.
Относительная влажность газов обычно выражается в процентах:
Измерение
влажности газов обычно производится одним из трех методов: 1) психометрический;
2) по точке росы, заключающемся в определении температуры, при которой
содержащийся в газе водяной пар достигает состояния насыщения при неизменном
давлении и 3) поглотительным, основанным на поглощении гигроскопическим телом
влаги из окружающего газа и изменении при этом физических свойств этого тела.
Наибольшее
распространение получил психрометрический метод, основанный на зависимости
интенсивности испарения влаги в окружающую газовую среду от влажности этой
среды. Интенсивность испарения тем больше, чем суше испытуемая среда и наоборот
— тем меньше, чем больше количество водяных паров
содержит газовая среда. Так как процесс испарения влаги требует затраты
определенного количества тепла (скрытой теплоты испарения), заимствуемого из
влаги, то температура последней, а также соприкасающихся с ней тел понижается и
притом тем значительней, чем интенсивнее идет испарение (чем суше окружающая
среда).
тело, с поверхности которого происходит испарение, принимает некоторую
температуру, известную под названием температуры «мокрого» термометра; чем
меньше влажность испытуемой газовой среды, тем ниже температура «мокрого»
термометра и тем больше разность показаний «сухого» и «мокрого» термометров или
психрометрическая разность. Приборы, построенные на этом принципе, называются психрометрами.
Измерение относительной влажности исследуемого газа сводится к измерению
разности показаний двух одинаковых термометров, установленных рядом. Один из
них постоянно смачивается водой, а другой остается сухим. Приравнивая расход
тепла на испарение влаги с «мокрого» термометра и приток тепла, передаваемого
последнему из газовой среды в момент равновесия между потерей и притоком тепла,
можно вывести зависимость между относительной влажностью газа и
психрометрической разностью. Эта зависимость выражается уравнением:
где
— парциальное давление
содержащегося в испытуемой среде водяного пара при температуре «сухого»
термометра; 
— парциальное давление
насыщенного водяного пара при температуре tc «сухого» термометра; 
— парциальное давление
насыщенного водяного пара, насыщающего испытуемую среду при температуре tм «мокрого» термометра;
tc — температура «сухого»
термометра; tм — температура «мокрого» термометра; А — психрометрическая постоянная, зависящая от конструкции прибора,
скорости обдувания влажного термометра исследуемым газом и давления газа.
Коэффициент
А определяется по психрометрическим таблицам, составленным для
определенных конструкций психрометров. При скоростях обдувания влажного
термометра больше 2,5-3 м/с величина А практически остается постоянной.
Зная температуру tм
«мокрого» термометра и tc
«сухого» термометра, по таблицам находят величины и и с
учетом А вычисляют относительную влажность j.
2.
Автоматический психрометрический влагомер АВП-201
Влагомер
АВП-201 предназначен для непрерывного контроля относительной влажности
парогазовой смеси в замкнутых технологических объемах и помещениях.
Первичный
преобразователь влагомера рассчитан для работы с измерительным прибором,
разработанным на базе стандартного прибора типа КСМ-3 модификации 1300,
снабженного контактным задатчиком для 2-х и 3-х позиционного регулирования с
ручной установкой задания. Это позволяет использовать влагомер АВП-201 в
системах автоматического регулирования.
конструкция
влагомера включает в себя три основных блока: первичный преобразователь,
панель, измерительный прибор.
Первичный
преобразователь (рис. 1) состоит из следующих узлов: чувствительных элементов
температуры — терморезисторов 1 и 2, установленных в полости
элемента 3, иглы 4 для подачи и распыления воды; штуцера подвода
воды 5; змеевика 6, поддерживающего температуру воды, равной
температуре измеряемой среды; эжектора — побудителя 7
расхода измеряемой воды; кронштейна 8 с отверстиями для крепления
первичного преобразователя; платы 9 для соединения электрических цепей
первичного преобразователя и измерительного прибора; защитного колпака 10
с отверстиями для поступления измеряемой парогазовой среды.
Рис. 1. Первичный преобразователь
В основу работы влагомера положен психометрический метод измерения
относительной влажности.
Чувствительный элемент влажности представляет собой полый термостойкий
корпус, в котором установлены «сухой» R14 и «мокрый» R15 термочувствительные элементы — термисторы типа ММТ-4аТ,
сопротивлением 1,8 кОм при 20°С (рис. 2).
При подаче в эжектор 7 (рис. 1) сжатого воздуха давлением 0.08 ±
0.005 МПа происходит отбор измеряемой среды, а также воды из бака через змеевик
6 и иглу 4. В результате в полости чувствительного элемента
влажности вокруг «мокрого» термометра 1 образуется водяной туман,
смачивающий его поверхность.
Температура «мокрого» термистора является функцией влажности измеряемой
среды. изменения сопротивлений «мокрого» и «сухого» терморезисторов,
пропорциональные относительной влажности и температуре измеряемой среды,
отрабатываются электрической схемой измерительного прибора (рис. 2).
Рис. 2. принципиальная электрическая схема
Электрическая схема прибора представляет собой равновесный мост
переменного тока, в смежные плечи которого включены «мокрый» и «сухой»
терморезисторы R14 и R15 соответственно.
При изменении влажности измеряемой среды изменяется сопротивление
терморезистора R15 и
нарушается равновесие измерительной схемы. В результате в диагонали моста
появляется напряжение разбаланса, которое через уравновешивающую схему вызывает
перемещение движка по реохорду к положению, обеспечивающему уравновешивание
измерительной схемы. В момент равновесия измерительной схемы положение
указателя на шкале определяет значение измеряемой величины.
При работе на 1-м поддиапазоне (21-39) °С в
электрическую схему подключаются резисторы: R1, R3,
R5, R7, R8,
и R11. Переменным резистором R8 осуществляется настройка верхнего
предела шкалы (100%), а нижний предел шкалы (10%) настраивается переменным
сопротивлением R11.
При переключении на 2-ой поддиапазон (31,5-59) °С в плечи моста включаются резисторы: R2, R4,
R6, R10, R12.
При этом резистором R10
производится настройка верхнего предела шкалы (100%), а резистором R12 — нижнего предела шкалы (10%).
На мост подается напряжение переменного тока ~6,3 В через резистор R13.
а) Режим работы —
непрерывный;
б) анализируемая среда — парогазовая смесь;
в) диапазон измерения относительной влажности от 10 до 100% при изменении
температуры измеряемой среды от 30 до 100°С;
г) шкала влагомера нелинейна, отградуирована в единицах относительной
влажности от 10 до 100% с ценой деления 1%;
д) допустимая температура окружающей среды от 10 до 50°С, допустимая
влажность от 20 до 80%;
е) предел основной абсолютной погрешности должен быть ±3% относительной
влажности и предел допускаемой приведенной погрешности влагомера должен быть не
более ±3% от верхнего предела шкалы;
ж) время установления показаний влагомера при скачкообразном изменении
влажности, не более 90 с;
з) расход анализируемой среды через первичный потребитель 25 ± 5 л/мин;
и) вероятность безотказной работы влагомера за 1000 ч. не менее 0,89.
Литература
влажность психрометрический влагомер
1. Волынский В.А. и др. Электротехника /Б.А. Волынский, Е.Н.
Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 2007. —
528 с., ил.
. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника: Учеб. пособие
для вузов. — 4-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 2009. — 440 с., ил.
. основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн.
спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В.
Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш.
шк., 2006. — 336 с., ил.
. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г.
Герасимова Кн.1. электрические и магнитные цепи. — М.: Высшая шк. — 2006 г.
. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г.
Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. — М.:
Высшая шк. — 2007 г.