CC BY
42
ЭЛЕКТРОННЫЙ МЫЛЬНО-ПЛЕНОЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛЫХ
РАСХОДОВ ГАЗА
А.Ю. Мурашкин, А.А. Евдокимов, С.А. Ваньчков
Рассмотрен принцип действия точного лабораторного измерителя, позволяющего в реальном масштабе времени определять и обрабатывать данные объемного расхода газа. Высокая точность измерений в широком динамическом диапазоне (от 1 см3 до 30 дм3) достигается благодаря функции обработки данных и использованию комплекта сменных ячеек, в зависимости от измеряемого расхода.
В современных условиях развития аналитического приборостроения проблема точного измерения малых расходов газовых потоков является особенно важной и требует наличия точного и высоконадежного оборудования. Определение малых расходов возможно несколькими основными способами, среди которых можно выделить первичные и вторичные (требующие калибровки) методы:
• гравиметрический метод;
• метод поршня с ртутным или графитовым уплотнением;
• колокольный метод;
• мыльно-пленочный метод;
• метод барабанного счетчика;
• тепловой метод;
• метод определения по разнице давления
Электронный мыльно-пленочный измеритель малых расходов газа (далее расходомер) представляет собой автономный, точный лабораторный измеритель объемного
3 3
расхода газа в широком динамическом диапазоне от 1 см до 30 дм . Расходомер предназначен для измерения невзрывоопасного газа, не содержащего пары и механические частицы, вызывающие коррозию или обладающие абразивными свойствами.
Расходомер является малогабаритным лабораторным электронным прибором, позволяющим быстро и надежно проводить научные эксперименты и работы, связанные с применением газовых смесей, где требуются измерения расходов.
Основная область применения: при градуировке и поверке генераторов газовых смесей, наладки и подготовке к работе газоанализаторов, хроматографов и других средств газоизмерительной техники.
Принцип действия расходомера основан на измерении времени, за которое пленка поверхностно-активного вещества проходит калиброванный объем измерительной трубки. Объемом измерительной трубки является измеренный объем пространства между двумя парами инфракрасных датчиков. Время - интервал, который необходим для перемещения мыльной пленки между парами датчиков, ограничивающими объем. Соотношение объем - время является объемом прошедшего газа в единицу времени или объемным расходом газа.
Для обеспечения максимально возможной точности измерений данным методом расходомер оснащен функциями «среднее» и «удаление». Функция «среднее» позволяет рассчитать среднее арифметическое значение по результатам серии последовательных измерений, функция «удаление» - отбросить из обрабатываемой последовательности результат, полученной при плохо сформировавшейся пленке.
Технические характеристики расходомера. Диапазоны измерений:
- с малой ячейкой потока от 1 до 250 см3/мин;
- со средней ячейкой потока от 20 см3/мин до 6 дм3/мин;
- с большой ячейкой потока от 2 до 30 дм3/мин. Пределы допускаемой основной погрешности ± 5 %. Номинальная цена единицы наименьшего разряда цифрового индикатора:
- в диапазоне значений от 0,001 до 9,999 см /мин 0,001 см /мин;
- в диапазоне значений от 10,00 до 99,99 см3/мин 0,01 см3/мин;
- в диапазоне значений от 100,0 до 999,9 см3/мин 0,1 см3/мин;
- в диапазоне значений от 1,000 до 9,999 м3/мин 1 см3/мин;
- в диапазоне значений от 10,00 до 30,00 м3/мин 10 см3/мин. Предел допускаемой вариации показаний, в долях предела допускаемой основной погрешности - 0,5.
Рис. 1. Внешний вид электронного мыльно-пленочного расходомера: 1 - контрольно-управляющий блок; 2 - сменная ячейка потока в составе генератора пленки; 3 - сенсорный блок; 4 - мыльный раствор
Конструктивно расходомер состоит из следующих узлов (рисунок 1):
• контрольно-управляющий блок (1);
• сменная ячейка потока в составе генератора пленки (2);
• сенсорный блок (3);
• мыльный раствор (4).
В полный комплект поставки расходомера входят три сменных ячейки потока -малая, средняя и большая (рис. 2), а также емкость для дозирования мыльного раствора и чемоданчик для хранения и транспортировки.
Контрольно-управляющий блок расходомера предназначен для управления процессом измерений, вычисления, обработки и отображения их результатов, обеспечения электропитания и состоит из следующих элементов:
• микропроцессорный контроллер;
• жидкокристаллический дисплей;
• клавиатура;
• контрольные светодиоды;
• аккумуляторная батарея.
Каждая ячейка потока состоит из следующих узлов (рис. 2): сенсорный блок (1); генератор пленки (2).
Генератор пленки предназначен для создания мыльной пленки, которая под действием газового потока протягивается от основания трубки генератора к его верху. Образование пленки происходит после нажатия на кнопку запуска (рис. 3). Основным элементом генератора является труба (поз. 1 рис.3), по которой движется пленка. Геометрические размеры трубы определяют диапазон измерений ячейки потока.
Генератор пленки имеет два штуцера: нижний (входной) для подключения к генератору исследуемого газа и верхний (выходной) для организации сброса газа.
Рис. 2. Комплект сменных ячеек потока: 1 - сенсорный блок; 2 - генератор пленки
Рис. 3. Образование мыльной пленки: 1 - трубка генератора мыльной пленки;
2 - мыльный раствор
Сенсорный (измерительный) блок, включающий в себя две пары датчиков, предназначен для измерения времени прохождения мыльной пленки по трубке генератора от нижней до верхней пары датчиков.
Контрольно-управляющий блок расходомера оснащен 4-кнопочной клавиатурой. Кнопки имеют символьное или текстовое обозначение согласно их функциональному назначению: кнопка включения/выключения прибора, кнопка сброса, кнопка удаление и кнопка среднее.
Сброс - при нажатии данной кнопки происходит удаление всей текущей последовательности результатов измерений из памяти прибора. После выполнения операции на дисплей вместо последнего результата измерений выводятся символы «тире».
Удаление - при нажатии данной кнопки происходит удаление последнего результата измерений из текущей последовательности. Операция обозначается знаком «-» на
дисплее, после ее выполнения происходит перерасчет среднего значения и уменьшение на единицу счетчика результатов в последовательности.
Среднее - при первом нажатии и удержании данной кнопки на дисплей выводится среднее значение, рассчитанное для текущей последовательности результатов измерений. При повторном нажатии и удержании кнопки выводится текущее значение счетчика результатов в последовательности.
Мыльный раствор (поз. 2 рис. 3) имеет специальный состав с малым осадком, разработанный с целью обеспечения высокой прочности пленки и совместимости с материалами, используемыми при изготовлении ячеек потока.
Клавиатура выполнена по пленочной технологии с кнопками с тактильным эффектом, подтверждающим их нажатие.
Электропитание расходомера обеспечивается от встроенной перезаряжаемой Li-ion аккумуляторной батареи, либо от однофазной сети переменного тока напряжением через внешний блок питания, входящий в комплект поставки прибора. Аккумуляторная батарея расходомера обеспечивает автономное непрерывное электропитание прибора в течение не менее 20 ч.
Главная функция ячеек потока - генерация устойчивой мыльной пленки, движущейся по трубке потока. Измерение времени прохождения осуществляется двумя парами датчиков, установленных в нижней и верхней частях сенсорного блока, охватывающего прозрачную трубку генератора пленки. Объем трубки, ограниченный этими датчиками, может регулироваться путем перемещения верхней пары датчиков, что позволяет проводить градуировку расходомера при выпуске из производства по первичному эталону.
Информация о времени прохождения пленки в виде сигналов датчиков поступает в микропроцессор контрольно-управляющего блока, который ее обрабатывает и с учетом информации об объеме трубки рассчитывает результат измерений, который непосредственно отображается на ЖК-дисплее.
Интерфейс, соединяющий сенсорный блок с контрольно-управляющим, обеспечивает подачу питания на систему датчиков, а также передачу в обратном направлении информации о времени прохождения пленки и идентификационном коде ячейки потока.
Простота эксплуатации и обслуживания электронного мыльно-пленочного расходомера, надежность конструкции и метода измерения, сравнительно низкая цена полного комплекта измерительных ячеек превращают расходомер в незаменимый инструмент для анализа расходов газовых проб во всех отраслях аналитического приборостроения.
