Способ измерения температуры точки росы по углеводородам и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ ПО УГЛЕВОДОРОДАМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике. Для увеличения быстродействия,чувствительности и точности измерения точки росы по углеводородам в способе измерения температуры точки росы по углеводородам осуществляют подачу исследуемого газа на охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под углом, обеспечивающим отражение его в апертуру наблюдения, охлаждение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента и регистрацию величины отраженного от конденсационной поверхности светового потока, по которой судят о наступлении точки росы по углеводородам,причем в качестве материала для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента используют кремний. Устройство для измерения температуры точки росы по углеводородам содержит заключенные в корпусе (1), имеющем отверстия (2) и (3) для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5),датчик температуры (6), источник света (7), расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) в апертуру (8) наблюдения на регистратор (9) отражнных лучей, причм охлаждаемый элемент(4) с конденсационной поверхностью выполнен из диэлектрика с коэффициентом преломления большим коэффициента преломления жидких углеводородов. Деревягин Александр Михайлович,Селезнв Сергей Викторович, Фомин Александр Сергеевич (RU) Багян Л.Г. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ДЕРЕВЯГИН АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ (RU) 015730 Область техники Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам и устройствам для исследования конденсации тонких плнок углеводородов из природного газа и предназначено для определения точки росы по углеводородам. Предшествующий уровень техники Многие из существующих способов и устройств, предназначенных для измерения точки росы, используют методы, основанные на визуальном наблюдении за конденсатом на охлажденной поверхности зеркала. При этом в устройствах используют конденсационное зеркало, контактирующее с исследуемым газом, а освещение конденсационной поверхности осуществляют источником видимого света, с помощью датчика температуры измеряют температуру поверхности зеркала, система охлаждения которого построена на основе элемента Пельтье или за счт расширения газа (эффект Джоуля-Томсона). При охлаждении конденсационного зеркала производится визуальное наблюдение за поверхностью зеркала и при появлении конденсата фиксируется температура зеркала, которая является температурой точки росы. Однако конденсат воды относительно легко обнаружить, поскольку она конденсируется в виде капель, в то время как углеводороды в процессе конденсации образуют тончайшую прозрачную пленку на поверхности зеркала, которую достаточно сложно обнаружить. Соответственно чувствительность данных устройств к конденсации пленок углеводородов невысокая, а наблюдение и интерпретация визуального образования плнки зависят от грамотности оператора. Таким образом, достаточно трудно обеспечить высокую точность и повторяемость результатов измерения при конденсации тонких пленок углеводородов. Известен способ измерения точки росы, заключающийся в подаче исследуемого газа на охлаждаемый участок оптически прозрачного тела, через который пропускают световой поток, и регистрации изменения интенсивности светового потока, по которому судят о наступлении точки росы, а также реализованный в данном способе измеритель точки росы, содержащий охлаждаемый участок оптически прозрачного тела, заключенный в корпусе и соединенный через световоды с излучателями и с преобразователем светового потока, подключенным к регистратору, охладитель и датчик температуры (SU1744618, 1989 г.). Недостатком известных технических решений является невысокая надежность из-за возможного загрязнения примесями исследуемого газа оптически прозрачного тела, из-за чего может возникнуть ненужный слой, который может привести к неточным измерениям и потере работоспособности. По технической сущности наиболее близким к предложенному способу является способ измерения точки росы, заключающийся в подаче исследуемого газа на охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток, и регистрации величины отраженного от конденсационной поверхности светового потока, по которой судят о наступлении точки росы (см. патент РФ 2085925, кл. G01N 25/08, от 20.07.1995 г.). Недостатком известного способа является относительно низкая точность измерения, обусловленная наличием относительно длительного переходного процесса при измерении. По технической сущности наиболее близким к предложенному устройству является измеритель точки росы, содержащий заключенные в корпусе, снабженном пробоотборной трубкой, охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, соединенный через оптический элемент с излучателем, регистратор, охладитель и датчик температуры (см. патент РФ 2085925, кл. G01N 25/08, от 20.07.1995 г.). Недостатком известного устройства является относительно низкая чувствительность, что снижает точность измерения, так как переходный процесс при фиксации точки росы относительно длителен. Кроме того, недостатком известного устройства является отсутствие данных, касающихся выбора конкретного типа диэлектрика для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента. Действительно при использовании в качестве диэлектрика, например стекла с коэффициентом преломления 1,5 или кварца с коэффициентом преломления 1,45, устройство не будет обладать высокой чувствительностью,так как показатель преломления сконцентрированных жидких углеводородов близок к 1,45. Поэтому контрастность на границе плнки углеводородов и стекла будет незначительной, что затрудняет регистрацию момента конденсации углеводородов, снижает точность измерения точки росы и увеличивает переходный процесс при фиксации точки росы. Кроме того, достаточно трудно обеспечить повторяемость результатов измерения при конденсации тонких пленок углеводородов. Раскрытие изобретения В основу изобретения поставлена задача повышения быстродействия, чувствительности и точности измерения точки росы по углеводородам. Эта задача решается тем, что в способе измерения температуры точки росы по углеводородам осуществляют подачу исследуемого газа на охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под углом, обеспечивающим отражение его в апертуру наблюдения,охлаждение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента и регистрацию величины отраженного от конденсационной поверхности светового потока, по которой судят о наступлении точки росы по углеводородам, причем в качестве материала для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента используют кремний - диэлектрик с коэффициентом преломления большим коэффициента преломления жидких углеводородов. Согласно другому изобретению устройство для измерения температуры точки-1 015730 росы по углеводородам содержит заключенные в корпусе с прозрачным окном, имеющем отверстия для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, охладитель,датчик температуры, источник света, расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента через апертуру наблюдения на регистратор отражнных лучей, причм охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью выполнен из кремния, причм корпус снабжн прозрачной перегородкой, разделяющей внутренний объм его на газовую часть, в которой расположены охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, охладитель, датчик температуры и отверстия и часть, в которой размещены источник света и апертура наблюдения. Сущность изобретений заключается в том, что выполнение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента из диэлектрического материала с высоким коэффициентом преломления по сравнению с коэффициентом преломления жидких углеводородов позволяет обеспечить значительное увеличение чувствительности к появлению конденсируемых примесей и точность измерения точки росы по углеводородам. Кроме того, повышается быстродействие процесса измерения. Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного применения. На чертеже представлена конструкция заявляемого устройства, реализующего предлагаемый способ. Лучший вариант осуществления изобретения Способ измерения температуры точки росы по углеводородам заключается в подаче исследуемого газа на охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под углом, обеспечивающим отражение его в апертуру наблюдения. Далее осуществляют охлаждение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента и регистрацию величины отраженного от конденсационной поверхности светового потока, по которой судят о наступлении точки росы по углеводородам. Особенностью способа является то, что в качестве материала для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента используют кремний - диэлектрический материал с высоким коэффициентом преломления по сравнению с коэффициентом преломления жидких углеводородов. Устройство для измерения температуры точки росы по углеводородам содержит заключенные в корпусе (1), имеющем отверстия (2) и (3) для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент(4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5), датчик температуры (6), источник света (7), расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) в апертуру (8) наблюдения оптической системы на регистратор(9) отражнных лучей. Охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью выполнен из кремния - диэлектрика с коэффициентом преломления большим коэффициента преломления жидких углеводородов. Корпус (1) снабжн прозрачной перегородкой (10), разделяющей внутренний объм его на газовую часть, в которой расположены охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель(5), датчик (6) температуры и отверстия (2) и (3) и часть, в которой размещены источник (7) света и апертура (8) наблюдения. Устройство работает следующим образом. Осуществляют подачу исследуемого газа на охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под определнным углом и регистрируют отражнный от конденсационной поверхности световой поток через апертуру (8) наблюдения. При наличии конденсируемых примесей в исследуемом газе на конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) при определенной температуре образуются слой конденсата, при появлении которого значительно изменяется интенсивность отражнного светового потока. При этом по датчику (6) температуры фиксируется значение температуры конденсационного зеркала. Следует отметить, что регистрация светового потока при этом происходит даже при незначительном появлении конденсата на конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4). Это определяет высокую чувствительность устройства, а, следовательно, и точность измерения. Усовершенствование способа и устройства заключается в использовании диэлектрического материала с высоким коэффициентом преломления в качестве материала конденсационной поверхности(конденсационного зеркала) охлаждаемого элемента. Источник (7) видимого света, размещенный в корпусе (1), обеспечивает освещение конденсационной поверхности через стекло-прозрачную перегородку(10), являющийся частью измерительной ячейки, под малым углом, гарантирующим попадание отраженного света в апертуру (8) оптической системы. В результате, при охлаждении конденсационной поверхности (конденсационного зеркала) охлаждаемого элемента, снабженного датчиком (6) температуры, системой охлаждения - охладителем (5) до температуры образования тонкой плнки конденсата - жидких углеводородов (11), на диэлектрической поверхности появляется хорошо видимый регистратору (9) отражнных лучей (наблюдателю или видеокамере) визуальный эффект, обусловленный изменением коэффициента отражения луча (12) от зеркала без конденсата и луча (13) от пленки конденсата. Таким образом, в предлагаемых технических решениях достигается поставленный технический ре-2 015730 зультат - повышение быстродействия, чувствительности и точности измерения точки росы по углеводородам. Промышленная применимость Изложенные преимущества предлагаемых технических решений обеспечивают им возможность широкого промышленного использования в области измерительной техники для измерения температуры точки росы при исследовании конденсации тонких плнок углеводородов из природного газа и предназначено для определения точки росы по углеводородам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ измерения температуры точки росы по углеводородам, характеризующийся тем, что осуществляют подачу исследуемого газа на охлаждаемый элемент с конденсационной поверхностью, на которую направляют световой поток под углом, обеспечивающим отражение его в апертуру наблюдения как при наличии конденсата, так и при его отсутствии, охлаждение конденсационной поверхности охлаждаемого элемента и регистрацию величины отражнного от конденсационной поверхности светового потока, по которой судят о наступлении точки росы по углеводородам, причм в качестве материала для конденсационной поверхности охлаждаемого элемента используют кремний. 2. Устройство для измерения температуры точки росы по углеводородам, характеризующееся тем,что оно содержит заключенные в корпусе (1), имеющем отверстия (2) и (3) для входа и выхода исследуемого газа, охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5), датчик (6) температуры, источник (7) света, расположенный таким образом, что световой поток от него направлен после отражения от конденсационной поверхности охлаждаемого элемента (4) и от плнки конденсата через апертуру (8) наблюдения на регистратор (9) отражнных лучей, причм охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью выполнен из кремния. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус (1) снабжн прозрачной перегородкой (10),разделяющей внутренний объм его на газовую часть, в которой расположены охлаждаемый элемент (4) с конденсационной поверхностью, охладитель (5), датчик (6) температуры, отверстия (2) и (3), и часть, в которой размещены источник (7) света и апертура (8) наблюдения.