CN2449226Y - 阻容式在线水份测定仪 - Google Patents

Abstract

一种阻容式在线水份测定仪,包括采样部件(1)、检测***(2)和数据处理***(3),其中采样部件(1)包括固定于采样器内的阻容传感器(5),检测***包括交流信号源(9)、交直流变换电路、滤波放大器(10)、压/频变换器(11)和光电耦合器(12),数据处理***包括信号处理器(13)和显示器(14)。该仪器适用于非极性气体,特别是石油化工领域中各种非极性气体中水份含量的在线分析。

Description

阻容式在线水份测定仪

本实用新型为一种水份含量测定仪，具体地说，是一种用于在线分析非极性气体中水份含量的测定仪。

目前，用于分析测量气体样品中水含量的仪器主要有电解式测定仪、冷凝露点测定仪和阻容式测定仪。电解式测定仪是利用干燥剂吸收水份，再经电解池电解成氢气和氧气排出，电解电流的大小与样品水份含量成正比。这种方法直观快速，但测量范围窄，通常用于测定水含量为1000ppm以下的气体，且对被测气体的腐蚀性和清洁性要求较高。冷凝露点测定仪测定较为精确，但造价高、维护繁琐，要求应用环境相当洁净。阻容式测量仪响应快速，灵敏度高，操作简单，最适宜于在线测量，如CN2273416Y即公开了一种具有针状触头传感器的水份测量仪。该仪器适用于测定木材、粮食、谷糠、布料等固体样品中的水份或环境湿度，其测定值为2～100重％，因此难以适应石油化工领域中在线分析气体中所含的数值为百万分之几的微量水含量的需要。

本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便、适用于现场测定气样中微量水份的阻容式在线测定仪。

本实用新型所述的阻容式在线水份测定仪包括采样部件、检测***和数据处理***，其中采样部件包括固定于采样器内的阻容传感器，检测***包括交流信号源、交直流变换电路、滤波放大器、压/频变换器和光电耦合器，数据处理***包括信号处理器和显示器，阻容传感器串接于交流信号源和交直流变换电路之间；交流信号源产生的固定电压通过阻容传感器，当气样中水含量发生变化时，阻容传感器的介电常数随之改变，其变化量被交直流变换电路变成直流电压信号，再经过滤波放大器放大后传给压/频变换器转变成电平信号，电平信号经光电耦合器后传给信号处理器处理，再由显示器显示。

本实用新型的采样器包括防护罩、过滤网、进气管、排气管和密封盖，其中防护罩的侧壁和底部均设有开口，分别与进气管和排气管连接，其连接方式可采用任何方式，如焊接或螺纹密封连接，若用螺纹连接，其连接处应放置密封胶垫。密封盖顶部设有插孔，且与防护罩密封连接，过滤网固定于防护罩内，并与防护罩保持一定间隔，阻容传感器固定于过滤网内。

采样器中的防护罩和过滤网最好采用不锈钢制品，其中过滤网是为防止气样中的大颗粒进入网内污染阻容传感器而影响其使用寿命，网上的微孔直径优选5～150微米，最好为80～120微米。

为便于携带和测试，本实用新型检测***和数据处理***的部件均放置于一个机壳内成为一体，采样部件中的阻容传感器通过屏蔽电线串接于机壳内的交流信号源和交直流变换电路之间。

所述信号处理器可用单片机，显示器优选液晶显示器。

本实用新型的数据处理是将电压信号随水份含量变化构成的对数曲线分成若干段，每一段通过多项式最小拟合得到与实际值相吻合的平滑曲线，将每一段的多项式方程存入信号处理器的存储***中。实际测试时，水份测定仪测得的电压值被自动送入其所在段的多项式，即可得到相应的水份含量值。

本实用新型测定仪适用于石油化工领域各种现场装置上非极性气体中水份含量的测试，所述的非极性气体包括氮气、氢气、氧气、天然气、烷烃、烯烃、烃或它们中任意组分的混合物。

下面通过附图详细说明本实用新型。

图1为本实用新型的各***连接示意图；

图2为本实用新型采样部件的轴向剖面图：

图3为图1所示测定仪的电路图。

由图1可知，本实用新型测定仪由采样部件1、检测***2和数据处理***3三部分组成。其中采样部件1的结构如图2所示，从图2可看出，本实用新型的采样器包括防护罩7、过滤网6、进气管4、排气管8、密封盖15和连接插头16，其中防护罩7的侧壁和底部均设有开口，侧壁开口与进气管4焊接，底部开口与排气管8通过螺纹连接，其接连处放置密封垫圈。所述的密封盖15顶部设有插孔，连接插头16穿过该孔并通过螺纹和过滤网6连接，从而将过滤网6固定于密封盖15有螺纹的一端，阻容传感器5固定于连接插头16的一侧置于过滤网6内，过滤网6上的微孔直径为100微米。密封盖15与防护罩7螺纹连接，将过滤网6置于防护罩7内，为了密封，在螺纹接连处放置密封垫圈。防护罩7与过滤网6之间保持一定间隔。

图1所示侧定仪的电路连接如图3所示，其中的检测***包括交流信号源9、交直流变换电路AC-DC、滤波放大器10、压/频变换器11和光电耦合器12，所述的数据处理***包括信号处理器13和显示器14。为便于取得测试信号，在线路中连接了采样电阻R，测试时R上的电压随阻容传感器5上的电压变化发生相应的变化。同时为进一步校正电平信号，在压/频变换器11后接了一个信号整形电路，该电路由逻辑与非门15和电阻、电容、三极管组成，所述的光电耦合器12接在信号整形电路三极管的集电极和另一个逻辑与非门之间，实现电-光-电信号转换，将检测***和数据处理***隔离，以提高电路抗干扰能力。具体连接方式如图3所示。

上述部件中交流信号源9为ICL8038函数发生器，交直流变换电路采用两级运算放大器OP07-1和OP07-2构成全波精密整流电路，将交流信号转变为直流电压。滤波放大器10为OP07-3构成的低通滤波器，使得直流电压在大小上等于交流平均值，同时将这一信号放大以便于测量。压/频变换器11为LM331集成电路，光电耦合器12型号为4N35，信号处理器13为8031单片机，显示器14为液晶显示器。

为便于携带，将图3中虚框外，除阻容传感器5和采样电阻R以外的部件均布置于一个机箱内。采样部件1中的阻容传感器5和采样电阻R固定于连接插头16的一侧，彼此串连，通过屏蔽电缆串接于机箱中的交流信号源9和交直流变换电路AC-DC之间。

本实用新型的使用方法是：将采样器的进气管4与装置气体管线连接并拧紧，保持密封，再将排气管8与装置放空管线接通，待测气体即通过采样器。此时，位于采样器内的电阻传感器5的容抗值发生改变，从而使交流信号源9产生在电阻传感器5上电压随之发生改变，其改变量随气样水含量的不同而变化。由交流信号源9、阻容传感器5和采样电阻R构成的回路为维持节点平衡，采样电阻R上的电压也相应地发生改变，其变化量被交直流变换电路AC-DC转变成直流电压信号，再经过滤波放大器10放大后传给压/频变换器11变为单片机***可以接受的电平信号，电平信号经过光电耦合器12变为光信号，光信号再由光敏端变成电信号输入单片机。单片机的工作方法是将阻容传感器5不断变化的电平信号实时地进行采集，经过甄别判断，将真实有效的数据送入相应的多项式方程中进行计算，然后将得到的气体水份含量数据在液晶显示器的屏幕上进行显示。

本实用新型中，信号处理器的数据处理依赖于阻容传感器的标定值，其标定是使不同水含量的气体样品通过阻容传感器。以阻容传感器产生的电压值为横坐标，以气样水份含量值为纵坐标所构成的图形为一对数曲线，将该曲线进行多项式拟和后存入单片机的存储***，再由软件将实时测试数据与多项式拟和方程比较，即可得出水份含量数据。所述的标准曲线的多项式拟和可由Matlab软件设计完成。

本实用新型测定仪的优点是结构简单、体积小便于携带，使用时只需将采样器的进气管与装置的管线连接，使待测气体通过采样器，并由排气管导出即可，所以操作使用特别简单。同时在采样器中设置的过滤网能去除气体中大颗粒的油、气、粉尘污染，从而有效延长阻容传感器的使用寿命。

Claims (5)

1、一种阻容式在线水份测定仪，其特征在于该测定仪包括采样部件(1)、检测***(2)和数据处理***(3)，其中采样部件(1)包括固定于采样器内的阻容传感器(5)，检测***包括交流信号源(9)、交直流变换电路、滤波放大器(10)、压/频变换器(11)和光电耦合器(12)，数据处理***包括信号处理器(13)和显示器(14)，阻容传感器(5)串接于交流信号源(9)和交直流变换电路之间；交流信号源(9)产生的固定电压通过阻容传感器(5)时产生的变化量被交直流变换电路变成直流电压信号，再经过滤波放大器(10)放大后传给压/频变换器(11)转变成电平信号，电平信号经光电耦合器(12)后传给信号处理器(13)处理，再由显示器(14)显示。

2、按照权利要求1所述的测定仪，其特征在于所述的采样器包括防护罩(7)、过滤网(6)、进气管(4)、排气管(8)和密封盖(15)，其中防护罩(7)的侧壁和底部均设有开口，分别与进气管(4)和排气管(8)连接，密封盖(15)顶部设有插孔，且与防护罩(7)密封连接，过滤网(6)固定于防护罩(7)内，并与防护罩(7)保持一定间隔，阻容传感器(5)固定于过滤网(6)内。

3、按照权利要求2所述的测定仪，其特征在于所述检测***(2)和数据处理***(3)的部件均放置于一个机壳内，采样部件(1)中的阻容传感器(5)通过屏蔽电缆串接于机壳内的交流信号源(9)和交直流变换电路之间。

4、按照权利要求2所述的测定仪，其特征在于过滤网(6)上的微孔直径为5～150微米。

5、按照权利要求1或2所述的测定仪，其特征在于所述的信号处理器(13)为单片机，显示器(14)为液晶显示器。

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