АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ВЛАЖНОГО ГАЗА
А.Я. Дикевич, А.Н. Копейкин, Р.Ю. Щербаков, В.А. Заикин
(Москва, ООО “Микрофор”, Зеленоград, ЮПЗ, пр.4922)
Приборы для измерения влажности газовых сред широко используются практически во всех областях человеческой деятельности - в промышленности, сельском хозяйстве, метеорологии, музеях, библиотеках, хранилищах и т.д., занимая значительную долю существующих средств измерений. Все они нуждаются в градуировке и поверке как при выпуске, так и в процессе эксплуатации, однако, только незначительное число региональных ЦСМиС обладают соответствующим метрологическим оборудованием.
Причиной этого, на наш взгляд, является отсутствие серийно выпускаемых средств поверки гигрометров, имеющих помимо оптимальных метрологических характеристик также высокую производительность, высокие эксплуатационные характеристики и разумную цену.
Процесс градуировки или поверки одного гигрометра занимает от нескольких часов до нескольких суток. Поэтому соответствующее метрологическое оборудование должно обеспечивать возможность одновременной градуировки как можно большего числа приборов. В связи с этим генератор влажного газа «Родник-4», выпускаемый ОАО "Ангарское ОКБА" и позволяющий производить одновременную калибровку только двух гигрометров, не может обеспечить поверку более 4 гигрометров в день.
Под высокими эксплуатационными характеристиками мы подразумеваем прежде всего отсутствие необходимости использовать какие-либо расходные материалы, поскольку в ряде случаев это делает невозможным практическое использование оборудования. Например, образцовый генератор влажного газа «Полюс» потребляет 10 литров жидкого азота в час, а для того, чтобы просушить газовые коммуникации хотя бы до –80° точки росы зачастую бывает мало и суток.
Мировой опыт показывает, что производители гигрометров создают собственное метрологическое оборудование, наиболее полно учитывающее специфику выпускаемых ими приборов и максимально дружественное пользователю.
В связи с этим и фирма «Микрофор» - один из ведущих в России производителей средств измерения влажности решила внести свой вклад в решение проблемы и, основываясь на современной элементной базе и классических решениях, приступила к разработке генераторов влажного газа с целью их последующей сертификации и серийного выпуска.
В настоящее время изготовлены и проходят испытания два типа генераторов влажного газа, предназначенные для градуировки и поверки двух классов гигрометров.
Один из генераторов создает паровоздушную смесь с относительной влажностью 5-98% и погрешностью 0,5% относительной влажности, другой – с объемной концентрацией воды 0,1-4000 ppm и погрешностью 10%.
Газовая схема генератора влажного газа в диапазоне 0,1-4000 ppm представлена на рис.1. В основу генератора положен принцип смешения двух потоков – опорного (сухого) и дозируемого (влажного). Для осушки опорного потока используется осушитель ВД1. Дозируемый поток насыщается парами воды до известного влагосодержания в увлажнителе А1. Регулятор давления РД1 поддерживает постоянное давление в точке смешения. Регулирование дозируемого потока осуществляется регулятором расхода газа РРГ1. Контроль влажности после смешения осуществляется измерением влажности газа с использованием кулонометрической ячейки КЯ1.
Рис. 1 Генератор микровлажности
В генераторе относительной влажности (рис.2) использован метод двух давлений. Газ насыщается парами воды в насытителе А1 при давлении, задаваемым регулятором давления РД1 и поступает в измерительную камеру с атмосферным давлением. Постоянный расход газа через измерительную камеру задается регулятором расхода газа РРГ1.
Рис.2 Генератор относительной влажности
Регуляторы давления РД и расхода РРГ газа являются функционально законченными устройствами и разработаны нами с учетом специфики применения. Они содержат исполнительное устройство - пневмодроссель с электрическим приводом на основе шагового двигателя, датчик давления или расхода и микроконтроллер, обеспеспечивающий алгоритм дискретного ПИД-регулятора и взаимодействие с компьютером по интерфейсу RS-485 и протоколу ModBus.
Применение электронных стабилизаторов давления и расхода в генераторах влажного газа позволило разработать устройства качественно иного уровня по сравнению с предшественниками. Наиболее существенные преимущества следующие:
1. Повышение точности и стабильности работы генератора.
2. Возможность полной автоматизации процесса поверки (градуировки).
3. Снижение стоимости изделия, поскольку стоимость электронных аналогов прецезионных регуляторов давления (расхода) существенно ниже, чем механических.
Разрабатываемые генераторы планируется оснастить встроенными контроллерами, обеспечивающими программируемый алгоритм изменения выходной влажности, считывание и запоминание сигнала с различных типов датчиков (с частотным, токовым, потенциальным и цифровым выходом), взаимодействие с персональным компьютером.