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專利名稱：露點測量方法和用于執(zhí)行所述方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量工程學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及通過露點技術(shù)對氣體濕度的測量，并可能使用在露點濕度計，凝結(jié)物腐蝕的指示器以及為了研究用于將被研究的預(yù)定量氣體的凝結(jié)混合物的濃度值及氣體等水合物形成的溫度的測定的研究中。
背景技術(shù)：
公知的一種用于露點測量的方法包括在光學(xué)透明體的冷卻部分上供給將被研究的氣體，通過光學(xué)透明體光通量被定向，以及記錄(register)光通量強度的變化，基于被記錄的變化確定露點的出現(xiàn)，以及用于以給定方法實施露點測量的裝置，所述裝置包括光學(xué)透明體的冷卻部分，此部分容納在外殼內(nèi)并通過光導(dǎo)件與散熱器連接，和連接至記錄器的光通量變送器，所述裝置還包括冷卻器和溫度傳感器(見1992年6月30日出版的SU專利公開出版物No.1744618，Int.C1.G01N 25/66)。
已知的技術(shù)方案的缺點是低可靠性，因為光學(xué)透明體的將被研究的氣體混合物的可能的污染，由于這將出現(xiàn)不必要的層，這可能導(dǎo)致不準確測量和操作效率的損失。
與提出的最接近的方法在技術(shù)本質(zhì)上是用于露點測量的方法，包括供給將被研究的氣體至具有凝結(jié)表面的冷卻元件上，光通量定向到其上并記錄從凝結(jié)表面被反射的光通量的值，基于記錄值確定露點的出現(xiàn)(見1995年7月20日出版的RF專利公開出版物No.2085925，Int.C1.G01N 25/06)。
已知方法的缺點為當(dāng)測量時由相對較長的瞬態(tài)過程的存在所導(dǎo)致的相對較低的測量精度。
與提出的最接近的裝置在技術(shù)本質(zhì)上是用于露點測量的裝置，包括容納設(shè)有取樣管的殼體內(nèi)的冷卻元件，冷卻元件安裝有凝結(jié)表面并通過光學(xué)元件連接至散熱器，提出的裝置還包括記錄器(register)，冷卻器和溫度傳感器(見1995年7月20日出版的RF專利公開出版物No.2085925，Int.C1.G01N 25/08)。
已知裝置的缺點是相對較低的靈敏度，其降低測量的準確性，因為固定露點時的瞬時過程相對較長。
已知裝置的功能僅受到其基本的目的——露點的測量的限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是由于靈敏度提高而增加了測量的精度。
另外的技術(shù)任務(wù)是由于在特定的時間周期過程中在所研究的氣體的預(yù)定體積中提供對凝結(jié)的混合物的濃度值的測量，以及由于水滴或氫氧化物可靠的記錄及自動校準的可能性而擴展功能。
此任務(wù)通過這樣的事實解決在用于露點測量的方法中，包括將被研究的氣體提供至具有凝結(jié)表面的冷卻元件上，光通量定向至所述冷卻元件上并記錄從凝結(jié)表面反射的光通量值，基于記錄值確定露點的出現(xiàn)，使用了在其入射平面內(nèi)偏振的光通量，且其被定向至冷卻元件凝結(jié)表面上的角度被選擇，這樣當(dāng)通常由絕緣介質(zhì)(dielectric)所形成的冷卻元件的凝結(jié)表面上沒有凝結(jié)的情況下而沒有光通量反射，此外，從冷卻元件凝結(jié)表面和從凝結(jié)物薄膜反射的光束之間的相位差可以額外地測量，冷卻元件的凝結(jié)表面上的凝結(jié)物薄膜的厚度h被確定，被研究氣體的預(yù)定的體積中的凝結(jié)混合物的濃度基于特定的時間周期內(nèi)所形成的薄膜的厚度值而被確定。
根據(jù)另一發(fā)明，在用于露點測量的裝置中，包括容納設(shè)有取樣管的殼體內(nèi)的冷卻元件，冷卻元件安裝有凝結(jié)表面并通過光學(xué)元件連接至散熱器；記錄器；冷卻器；溫度傳感器，安裝有凝結(jié)表面的冷卻元件被制成絕緣介質(zhì)板形式，散熱器—以入射平面上偏振的光源的形式，其中光學(xué)元件被安置的方式使得偏振光源的光通量以正切等于反射指數(shù)—布魯斯特(Bruster)角的角度被定向至冷卻元件的凝結(jié)表面上，因此至冷卻元件凝結(jié)表面上的偏振光通量的方向被選擇在布魯斯特角值的±9°的范圍內(nèi)的角度，此外，此裝置安裝有至少一個另外的記錄器(register)用于測量從所形成的凝結(jié)物表面反射的發(fā)散光束，其中殼體設(shè)有冷卻器和溫度傳感器，所述冷卻器和溫度傳感器被安裝在取樣管上。
本發(fā)明的本質(zhì)是利用在入射面內(nèi)偏振的光通量，和以布魯斯特角定向至冷卻元件的絕緣介質(zhì)板上以對增加露點測量的精度的凝結(jié)混合物的外觀提供靈敏度的基本改良。此外，出現(xiàn)另外的機會研究所述氣體，以自動校準擴展了所述裝置的功能的裝置。


圖1說明權(quán)利要求的裝置的結(jié)構(gòu)，圖2顯示說明被沉積膜的厚度增加的測量原理的視圖。
具體實施例方式
一種用于露點測量的方法是提供將被研究的氣體至具有凝結(jié)表面的冷卻元件上，光通量定向至其上，并記錄從凝結(jié)表面反射的光通量的值，基于記錄值的確定露點的出現(xiàn)。
本發(fā)明的特點是在其入射平面偏振的光通量被利用，且其在沒有從絕緣介質(zhì)所形成的冷卻元件的凝結(jié)表面沒有光通量反射的角度上定向到冷卻元件的凝結(jié)表面上。
應(yīng)該注意，根據(jù)布魯斯特定律如果光通量以α角落在絕緣介質(zhì)的表面上，所述角度的正切等于反射指數(shù)，然后從絕緣介質(zhì)表面反射的光被充分偏振(見www.RUBRICON.ru.，俄國百科全書)。
因此，當(dāng)將平行于入射平面而偏振的光落至沒有凝結(jié)物的絕緣介質(zhì)表面時，沒有反射從供應(yīng)至此表面上的偏振的光束發(fā)生，因為它們被折射到反射介質(zhì)中，即，被吸收到絕緣介質(zhì)中(見附錄B.S.E(大蘇維埃百科全書)，光的鏡面反射)。且當(dāng)凝結(jié)物出現(xiàn)時，部分光偏振通量不能達到絕緣介質(zhì)，并立刻發(fā)生偏振光束的反射且反射光通量通過記錄器被固定。
為了測定預(yù)定量的被研究氣體的凝結(jié)混和物的濃度值，從冷卻元件凝結(jié)表面反射和從凝結(jié)薄膜表面反射的光束之間的相位差被測量，冷卻元件的凝結(jié)表面上的例如重碳氫化合物或酒精的凝結(jié)薄膜的厚度h根據(jù)下述公式被計算 其中-光束間的相位差，λ-真空中的波長，n1-將被研究的氣體的折射率，α-布魯斯特角，β-凝結(jié)物薄膜內(nèi)的光束的折射角。
在其后，基于在特定時間周期內(nèi)形成的薄膜的厚度，被凝結(jié)的混合物的濃度被確定。
實現(xiàn)所要求權(quán)利的方法的用于露點測量的裝置包括設(shè)有取樣管2的殼體1，殼體1包括安裝具有凝結(jié)表面的冷卻元件3，并通過光學(xué)元件4連接至散熱器5。此外，此裝置還包括記錄器6，冷卻器7和溫度傳感器8。
本發(fā)明的特點是設(shè)有凝結(jié)表面的冷卻元件3以絕緣介質(zhì)板的形式所形成，散熱器5-以在入射平面內(nèi)偏振的光源的形式。
因此光學(xué)元件4以這樣的方式被安置，偏振光源的光通量以優(yōu)選在正切等于反射指數(shù)(見布魯斯特角，俄國百科全書)的角度上定向至冷卻元件3的凝結(jié)表面上。
此角度的選擇被限定在布魯斯特角值±9°的范圍內(nèi)。
被指示的范圍基于實驗測試被選擇。
此外，所述裝置安裝有至少一個額外的記錄器9-1，用于記錄水，還有第二額外記錄器9-2，用于記錄冰，其在冷卻元件3的凝結(jié)表面上形成。應(yīng)該注意殼體1設(shè)有冷卻器10和溫度傳感器11。
記錄器9-1和9-2的定位可以經(jīng)驗地選擇。取樣管2具有底部12，入口和出口孔13和14。此提供預(yù)定量被研究氣體的固定(fixation)。
光通量15通過的光學(xué)元件4借助密封環(huán)16被密封。裝置以下述方式操作。
當(dāng)將裝置安置到將被研究的氣體介質(zhì)中或氣體混合物中時，最后的落在冷卻元件3的凝結(jié)表面上，且沒有凝結(jié)混和物的情況下，凝結(jié)物沒有沉積，并且在布魯斯特角上被定向的光通量不從絕緣介質(zhì)的表面反射，因為所述光被吸入所述絕緣介質(zhì)中。
記錄器6沒有固定光束，因此不發(fā)生露點溫度的記錄。
在一定的溫度上冷卻元件3的凝結(jié)表面上的將被研究的氣體凝結(jié)混合物的出現(xiàn)形成凝結(jié)物層和/或球形小分散滴或冰霜或者氫氧化物晶體。
由于從冷卻元件3的一定溫度上的凝結(jié)物表面的光通量的反射引起記錄器6的操作。
因此應(yīng)該注意，光通量的記錄甚至可以在冷卻元件3的凝結(jié)表面上不明顯出現(xiàn)凝結(jié)物時發(fā)生。此限定了裝置的高靈敏度并由此限定了測量的準確性。
由于測量了沉積膜厚度的增加(見圖2)，所提出的裝置允許確定被研究的氣體的預(yù)定量中的凝結(jié)混合物的濃度值。
在此情況下，參考數(shù)字17-1指示具有反射指數(shù)n1的將被研究的氣體，17-2指示具有厚度h的沉積膜并具有反射指數(shù)n2，且a3-具有反射指數(shù)n3的絕緣介質(zhì)所形成的冷卻元件。
此結(jié)構(gòu)以平行于其入射平面而偏振的光源在α—布魯斯特角的角度上照明。在兩個介面上發(fā)生反射。
分析表明當(dāng)α＝arctg(n3/n1) (1)時，從兩個介面的反射系數(shù)大小相等、相位相反。
沿著軌道OAB和0C傳到記錄器的光束間的相位差根據(jù)下述表達式確定
其中λ-真空中的波長。
相位差α-薄膜的厚度h的周期函數(shù)是清楚的，因此當(dāng)從介面反射的光束的干涉發(fā)生時，到達光的光電探測器的光強度也將是h的周期函數(shù)。通過計算改變光強度的周期確定薄膜厚度-h的增加。
條件(1)對應(yīng)“氣體—襯底”，即薄膜的厚度為零的布魯斯特角。在對條件(1)較小的偏差上，所述效果在±9°的范圍內(nèi)不消失，但是由于反射系數(shù)相等的干擾，光強度的調(diào)節(jié)幅度降低。
此后可以根據(jù)如下公式確定凝結(jié)物薄膜的厚度h 其中-光束間的相位差，λ-真空中的波長，n1-將被研究的氣體的折射率，α-布魯斯特角，β-凝結(jié)物薄膜內(nèi)的光束的折射角經(jīng)過轉(zhuǎn)換后可以獲得如下公式 當(dāng)使用反射定律時，可以得到用于計算膜厚度h的最簡便的公式 額外的記錄器9-1和9-2被用于相應(yīng)的固定球形的小分散滴和冰霜或氫氧化物晶體的外觀。因此它們的定位通過實驗被確定。
冷卻器10和溫度傳感器11被用于預(yù)先冷卻安置在取樣管2內(nèi)的氣體。因此管2的容積內(nèi)的露點溫度等于管2的溫度。所以當(dāng)自動校準所述裝置時，計量器上的露點溫度間接地對應(yīng)可以被使用的相同的溫度。
光學(xué)元件4的形狀可能是不同的。首要的考慮是光通量15的方向。
所以，在提出的技術(shù)方案在所陳述的技術(shù)結(jié)果上來實現(xiàn)—在擴展功能的同時提高測量的準確性。
工業(yè)應(yīng)用性所提出的技術(shù)方案所描述的優(yōu)點確保它們在測量工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的可能性，其通過用于露點測量的方法測量氣體濕度，并可能被用在露點濕度計，腐蝕凝結(jié)物的指示器以及用于確定將被研究的氣體的預(yù)定體積中的凝結(jié)混合物的濃度值以及氣體等中氫氧化物形成物的溫度的研究中。
權(quán)利要求
1.一種用于露點測量的方法，包括將被研究的氣體提供至具有凝結(jié)表面的冷卻元件上，光通量定向至所述冷卻元件上并記錄從凝結(jié)表面反射的光通量值，基于記錄值確定露點的出現(xiàn)，其特征在于，使用了在其入射平面內(nèi)偏振的光通量，且其被定向至冷卻元件凝結(jié)表面上的角度被選擇，這樣從由絕緣介質(zhì)所形成的冷卻元件的凝結(jié)表面上在沒有凝結(jié)物時沒有光通量的反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，從冷卻元件凝結(jié)表面和從凝結(jié)物薄膜反射的光束之間的相位差額外地測量，冷卻元件的凝結(jié)表面上的凝結(jié)物薄膜的厚度h被確定，被研究氣體的預(yù)定的體積中的凝結(jié)混合物的濃度基于在一定的時間周期內(nèi)所形成的薄膜的厚度值而被確定。
3.一種用于露點測量的裝置，包括設(shè)有取樣管的殼體，殼體容納冷卻元件，所述冷卻元件設(shè)有凝結(jié)表面并通過光學(xué)元件連接至散熱器，所述殼體還容納記錄器、冷卻器和溫度傳感器，其特征在于，設(shè)有凝結(jié)表面的冷卻元件被制成絕緣介質(zhì)板形式，散熱器—以入射平面上偏振的光源的形式，其中光學(xué)元件被安置的方式使得偏振光源的光通量以正切等于反射指數(shù)-布魯斯特角的角度被定向至冷卻元件的凝結(jié)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，至冷卻元件的凝結(jié)表面上的偏振光通量的方向被選擇在布魯斯特角值的±9°的范圍內(nèi)的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，其安裝有至少一個另外的記錄器用于測量從所形成的凝結(jié)物表面反射的發(fā)散光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于，所述殼體安裝有冷卻器和溫度傳感器，所述冷卻器和溫度傳感器被安裝在取樣管上。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量工程。為了通過提高靈敏度而增加精度，對于本發(fā)明的露點測量方法，在入射平面內(nèi)偏振的光通量被使用，并在沒有凝結(jié)物的情況下以光通量不從冷卻元件的凝結(jié)表面反射的角度朝向絕緣介質(zhì)冷卻元件的凝結(jié)表面定向。
文檔編號G01N21/21GK1701227SQ200480001004
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者亞歷山大·米哈伊洛維奇·杰列維亞金, 亞歷山大·謝爾蓋耶維奇·福明, 謝爾蓋·維克托羅維奇·謝列茲尼奧夫 申請人:亞歷山大·米哈伊洛維奇·杰列維亞金