專利名稱：阻容式在線水份測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種水份含量測(cè)定儀，具體地說，是一種用于在線分析非極性氣體中水份含量的測(cè)定儀。
目前，用于分析測(cè)量氣體樣品中水含量的儀器主要有電解式測(cè)定儀、冷凝露點(diǎn)測(cè)定儀和阻容式測(cè)定儀。電解式測(cè)定儀是利用干燥劑吸收水份，再經(jīng)電解池電解成氫氣和氧氣排出，電解電流的大小與樣品水份含量成正比。這種方法直觀快速，但測(cè)量范圍窄，通常用于測(cè)定水含量為1000ppm以下的氣體，且對(duì)被測(cè)氣體的腐蝕性和清潔性要求較高。冷凝露點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定較為精確，但造價(jià)高、維護(hù)繁瑣，要求應(yīng)用環(huán)境相當(dāng)潔凈。阻容式測(cè)量?jī)x響應(yīng)快速，靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，最適宜于在線測(cè)量，如CN2273416Y即公開了一種具有針狀觸頭傳感器的水份測(cè)量?jī)x。該儀器適用于測(cè)定木材、糧食、谷糠、布料等固體樣品中的水份或環(huán)境濕度，其測(cè)定值為2～100重％，因此難以適應(yīng)石油化工領(lǐng)域中在線分析氣體中所含的數(shù)值為百萬分之幾的微量水含量的需要。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定氣樣中微量水份的阻容式在線測(cè)定儀。
本實(shí)用新型所述的阻容式在線水份測(cè)定儀包括采樣部件、檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其中采樣部件包括固定于采樣器內(nèi)的阻容傳感器，檢測(cè)系統(tǒng)包括交流信號(hào)源、交直流變換電路、濾波放大器、壓/頻變換器和光電耦合器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)處理器和顯示器，阻容傳感器串接于交流信號(hào)源和交直流變換電路之間；交流信號(hào)源產(chǎn)生的固定電壓通過阻容傳感器，當(dāng)氣樣中水含量發(fā)生變化時(shí)，阻容傳感器的介電常數(shù)隨之改變，其變化量被交直流變換電路變成直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過濾波放大器放大后傳給壓/頻變換器轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，電平信號(hào)經(jīng)光電耦合器后傳給信號(hào)處理器處理，再由顯示器顯示。
本實(shí)用新型的采樣器包括防護(hù)罩、過濾網(wǎng)、進(jìn)氣管、排氣管和密封蓋，其中防護(hù)罩的側(cè)壁和底部均設(shè)有開口，分別與進(jìn)氣管和排氣管連接，其連接方式可采用任何方式，如焊接或螺紋密封連接，若用螺紋連接，其連接處應(yīng)放置密封膠墊。密封蓋頂部設(shè)有插孔，且與防護(hù)罩密封連接，過濾網(wǎng)固定于防護(hù)罩內(nèi)，并與防護(hù)罩保持一定間隔，阻容傳感器固定于過濾網(wǎng)內(nèi)。
采樣器中的防護(hù)罩和過濾網(wǎng)最好采用不銹鋼制品，其中過濾網(wǎng)是為防止氣樣中的大顆粒進(jìn)入網(wǎng)內(nèi)污染阻容傳感器而影響其使用壽命，網(wǎng)上的微孔直徑優(yōu)選5～150微米，最好為80～120微米。
為便于攜帶和測(cè)試，本實(shí)用新型檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的部件均放置于一個(gè)機(jī)殼內(nèi)成為一體，采樣部件中的阻容傳感器通過屏蔽電線串接于機(jī)殼內(nèi)的交流信號(hào)源和交直流變換電路之間。
所述信號(hào)處理器可用單片機(jī)，顯示器優(yōu)選液晶顯示器。
本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理是將電壓信號(hào)隨水份含量變化構(gòu)成的對(duì)數(shù)曲線分成若干段，每一段通過多項(xiàng)式最小擬合得到與實(shí)際值相吻合的平滑曲線，將每一段的多項(xiàng)式方程存入信號(hào)處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。實(shí)際測(cè)試時(shí)，水份測(cè)定儀測(cè)得的電壓值被自動(dòng)送入其所在段的多項(xiàng)式，即可得到相應(yīng)的水份含量值。
本實(shí)用新型測(cè)定儀適用于石油化工領(lǐng)域各種現(xiàn)場(chǎng)裝置上非極性氣體中水份含量的測(cè)試，所述的非極性氣體包括氮?dú)?、氫氣、氧氣、天然氣、烷烴、烯烴、烴或它們中任意組分的混合物。
下面通過附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型。


圖1為本實(shí)用新型的各系統(tǒng)連接示意圖；圖2為本實(shí)用新型采樣部件的軸向剖面圖圖3為圖1所示測(cè)定儀的電路圖。
由圖1可知，本實(shí)用新型測(cè)定儀由采樣部件1、檢測(cè)系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3三部分組成。其中采樣部件1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，從圖2可看出，本實(shí)用新型的采樣器包括防護(hù)罩7、過濾網(wǎng)6、進(jìn)氣管4、排氣管8、密封蓋15和連接插頭16，其中防護(hù)罩7的側(cè)壁和底部均設(shè)有開口，側(cè)壁開口與進(jìn)氣管4焊接，底部開口與排氣管8通過螺紋連接，其接連處放置密封墊圈。所述的密封蓋15頂部設(shè)有插孔，連接插頭16穿過該孔并通過螺紋和過濾網(wǎng)6連接，從而將過濾網(wǎng)6固定于密封蓋15有螺紋的一端，阻容傳感器5固定于連接插頭16的一側(cè)置于過濾網(wǎng)6內(nèi)，過濾網(wǎng)6上的微孔直徑為100微米。密封蓋15與防護(hù)罩7螺紋連接，將過濾網(wǎng)6置于防護(hù)罩7內(nèi)，為了密封，在螺紋接連處放置密封墊圈。防護(hù)罩7與過濾網(wǎng)6之間保持一定間隔。
圖1所示側(cè)定儀的電路連接如圖3所示，其中的檢測(cè)系統(tǒng)包括交流信號(hào)源9、交直流變換電路AC-DC、濾波放大器10、壓/頻變換器11和光電耦合器12，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)處理器13和顯示器14。為便于取得測(cè)試信號(hào)，在線路中連接了采樣電阻R，測(cè)試時(shí)R上的電壓隨阻容傳感器5上的電壓變化發(fā)生相應(yīng)的變化。同時(shí)為進(jìn)一步校正電平信號(hào)，在壓/頻變換器11后接了一個(gè)信號(hào)整形電路，該電路由邏輯與非門15和電阻、電容、三極管組成，所述的光電耦合器12接在信號(hào)整形電路三極管的集電極和另一個(gè)邏輯與非門之間，實(shí)現(xiàn)電-光-電信號(hào)轉(zhuǎn)換，將檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)隔離，以提高電路抗干擾能力。具體連接方式如圖3所示。
上述部件中交流信號(hào)源9為ICL8038函數(shù)發(fā)生器，交直流變換電路采用兩級(jí)運(yùn)算放大器OP07-1和OP07-2構(gòu)成全波精密整流電路，將交流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。濾波放大器10為OP07-3構(gòu)成的低通濾波器，使得直流電壓在大小上等于交流平均值，同時(shí)將這一信號(hào)放大以便于測(cè)量。壓/頻變換器11為L(zhǎng)M331集成電路，光電耦合器12型號(hào)為4N35，信號(hào)處理器13為8031單片機(jī)，顯示器14為液晶顯示器。
為便于攜帶，將圖3中虛框外，除阻容傳感器5和采樣電阻R以外的部件均布置于一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。采樣部件1中的阻容傳感器5和采樣電阻R固定于連接插頭16的一側(cè)，彼此串連，通過屏蔽電纜串接于機(jī)箱中的交流信號(hào)源9和交直流變換電路AC-DC之間。
本實(shí)用新型的使用方法是將采樣器的進(jìn)氣管4與裝置氣體管線連接并擰緊，保持密封，再將排氣管8與裝置放空管線接通，待測(cè)氣體即通過采樣器。此時(shí)，位于采樣器內(nèi)的電阻傳感器5的容抗值發(fā)生改變，從而使交流信號(hào)源9產(chǎn)生在電阻傳感器5上電壓隨之發(fā)生改變，其改變量隨氣樣水含量的不同而變化。由交流信號(hào)源9、阻容傳感器5和采樣電阻R構(gòu)成的回路為維持節(jié)點(diǎn)平衡，采樣電阻R上的電壓也相應(yīng)地發(fā)生改變，其變化量被交直流變換電路AC-DC轉(zhuǎn)變成直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過濾波放大器10放大后傳給壓/頻變換器11變?yōu)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)可以接受的電平信號(hào)，電平信號(hào)經(jīng)過光電耦合器12變?yōu)楣庑盘?hào)，光信號(hào)再由光敏端變成電信號(hào)輸入單片機(jī)。單片機(jī)的工作方法是將阻容傳感器5不斷變化的電平信號(hào)實(shí)時(shí)地進(jìn)行采集，經(jīng)過甄別判斷，將真實(shí)有效的數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的多項(xiàng)式方程中進(jìn)行計(jì)算，然后將得到的氣體水份含量數(shù)據(jù)在液晶顯示器的屏幕上進(jìn)行顯示。
本實(shí)用新型中，信號(hào)處理器的數(shù)據(jù)處理依賴于阻容傳感器的標(biāo)定值，其標(biāo)定是使不同水含量的氣體樣品通過阻容傳感器。以阻容傳感器產(chǎn)生的電壓值為橫坐標(biāo)，以氣樣水份含量值為縱坐標(biāo)所構(gòu)成的圖形為一對(duì)數(shù)曲線，將該曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬和后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，再由軟件將實(shí)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)與多項(xiàng)式擬和方程比較，即可得出水份含量數(shù)據(jù)。所述的標(biāo)準(zhǔn)曲線的多項(xiàng)式擬和可由Matlab軟件設(shè)計(jì)完成。
本實(shí)用新型測(cè)定儀的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小便于攜帶，使用時(shí)只需將采樣器的進(jìn)氣管與裝置的管線連接，使待測(cè)氣體通過采樣器，并由排氣管導(dǎo)出即可，所以操作使用特別簡(jiǎn)單。同時(shí)在采樣器中設(shè)置的過濾網(wǎng)能去除氣體中大顆粒的油、氣、粉塵污染，從而有效延長(zhǎng)阻容傳感器的使用壽命。
權(quán)利要求1.一種阻容式在線水份測(cè)定儀，其特征在于該測(cè)定儀包括采樣部件(1)、檢測(cè)系統(tǒng)(2)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)，其中采樣部件(1)包括固定于采樣器內(nèi)的阻容傳感器(5)，檢測(cè)系統(tǒng)包括交流信號(hào)源(9)、交直流變換電路、濾波放大器(10)、壓/頻變換器(11)和光電耦合器(12)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)處理器(13)和顯示器(14)，阻容傳感器(5)串接于交流信號(hào)源(9)和交直流變換電路之間；交流信號(hào)源(9)產(chǎn)生的固定電壓通過阻容傳感器(5)時(shí)產(chǎn)生的變化量被交直流變換電路變成直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過濾波放大器(10)放大后傳給壓/頻變換器(11)轉(zhuǎn)變成電平信號(hào)，電平信號(hào)經(jīng)光電耦合器(12)后傳給信號(hào)處理器(13)處理，再由顯示器(14)顯示。
2.按照權(quán)利要求1所述的測(cè)定儀，其特征在于所述的采樣器包括防護(hù)罩(7)、過濾網(wǎng)(6)、進(jìn)氣管(4)、排氣管(8)和密封蓋(15)，其中防護(hù)罩(7)的側(cè)壁和底部均設(shè)有開口，分別與進(jìn)氣管(4)和排氣管(8)連接，密封蓋(15)頂部設(shè)有插孔，且與防護(hù)罩(7)密封連接，過濾網(wǎng)(6)固定于防護(hù)罩(7)內(nèi)，并與防護(hù)罩(7)保持一定間隔，阻容傳感器(5)固定于過濾網(wǎng)(6)內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求2所述的測(cè)定儀，其特征在于所述檢測(cè)系統(tǒng)(2)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3)的部件均放置于一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，采樣部件(1)中的阻容傳感器(5)通過屏蔽電纜串接于機(jī)殼內(nèi)的交流信號(hào)源(9)和交直流變換電路之間。
4.按照權(quán)利要求2所述的測(cè)定儀，其特征在于過濾網(wǎng)(6)上的微孔直徑為5～150微米。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的測(cè)定儀，其特征在于所述的信號(hào)處理器(13)為單片機(jī)，顯示器(14)為液晶顯示器。
專利摘要一種阻容式在線水份測(cè)定儀,包括采樣部件(1)、檢測(cè)系統(tǒng)(2)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(3),其中采樣部件(1)包括固定于采樣器內(nèi)的阻容傳感器(5),檢測(cè)系統(tǒng)包括交流信號(hào)源(9)、交直流變換電路、濾波放大器(10)、壓/頻變換器(11)和光電耦合器(12),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)處理器(13)和顯示器(14)。該儀器適用于非極性氣體,特別是石油化工領(lǐng)域中各種非極性氣體中水份含量的在線分析。
文檔編號(hào)G01N27/22GK2449226SQ00257769
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月2日
發(fā)明者王亞敏, 張金銳, 魏月萍 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院