9.2.2. Конденсационные влагомеры

Конденсационный метод измерения влажности газов, или метод точки росы, основан на использовании следующей зависимости:

где Е_Р — упругость насыщенного пара при температуре точки росы, Па: Е_Т, — упругость насыщенного пара при температуре t, Па.

Таким образом, зная температуру точки росы и температуру исследуемого газа , можно определить его относительную влаж­ность. Метод точки росы обладает существенным достоинством, так как позволяет измерять влажность практически при любых давлениях газов. Измерение влажности по этому методe сводится, по существу, к измерению температуры.

Момент насыщения в современных конденсационных влагомерах, или влагомерах точки росы, определяется визуально или с по­мощью фотоэлектрических элементов по изменению интенсивности отраженного от поверхности конденсации светового потока в мо­мент выпадения линзообразных зародышей жидкой фазы — капель росы.

В одном из типов автоматического влагомера (рис 9.2.) изме­рение точки росы производится следующим образом. Плоская не сорбирующая влагу площадка конденсации 2 освещается от осве­тителя 1 и при этом постоянно охлаждается с помощью элемента 8 холодильника 7. Пока площадка конденсации сухая, световой поток отражается от нее и попадает на фотосопротивление 3. Ког­да температура площадки конденсации при охлаждении достигнет температуры конденсации воды и покроется пленкой конденсата, световой поток рассеется, что вызовет появление на входе усилите­ля 4 сигнала разбаланса. Сигнал через исполнительное устройство 5 и релейный блок 6 включит холодильник 7 на уменьшение подачи хладагента на охлаждающий элемент 8. Слой конденсата на пло­щадке конденсации 2 испарится, све­товой поток перестанет рассеиваться, и на фотосопротивление снова будет па­дать световой поток, т. е. цикл, описан­ный выше, будет повторяться и т. д. Таким образом, температура площадки конденсации поддерживается на уров­не появления конденсата, которая и является точкой росы в газовой среде. Температура точки росы измеряется с помощью термочувствительного уст­ройства, например термоэлектрическо­го преобразователя температуры 9 и измерительного прибора 10.

Рис.9.2. Структурная схема автоматического влагомера по точке росы

Для обнаружения момента конден­сации влаги на площадке конденсации используются различные методы: опти­ческий, кондуктометрический, диэлькометрический и др.

Точность измерения температуры точки росы +0,2 °С при диа­пазоне изменения температуры точки росы 0—17° С.

Зависимость между давлением насыщения и температурой изу­чена достаточно подробно, поэтом информация о влагосодержании, полученная с ее помощью, не нуждается в корректировке и может быть выражена в любых единицах влажности. Однако в работе су­ществующих конденсационных гигрометров наблюдаются отклоне­ния от этой зависимости, обусловленные наличием градиента тем­пературы между исследуемым газом и охлаждающей поверхностью.

В настоящее время разработаны полупроводниковые измери­тельные преобразователи точки росы, чувствительный элемент ко­торых представляет собой кремниевую пластинку, в центре кото­рой размещен «п—р—п»-транзистор для измерения температуры пластинки путем измерения напряжения от базы к эмиттеру. Тран­зистор окружен алюминиевыми проводниками, нанесенными на слой окиси кремния толщиной I мкм и служащими конденсаторами емкостью около 20 пФ. Пластинка смонтирована на специальном полупроводниковом охлаждающем устройстве. Точка росы измеря­йся в тот момент, когда при понижении температуры пластинки на ней конденсируется влага из окружающей газовой среды и ем­кость конденсатора повышается до 40—80 пФ.