專(zhuān)利名稱(chēng)：露點(diǎn)測(cè)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(cè)量工程學(xué)領(lǐng)域，具體而言，涉及通過(guò)露點(diǎn)技術(shù)對(duì)氣體濕度的測(cè)量，并可能使用在露點(diǎn)濕度計(jì)，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(cè)定的研究中。
背景技術(shù)：
公知的一種用于露點(diǎn)測(cè)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(guò)光學(xué)透明體光通量被定向，以及記錄(register)光通量強(qiáng)度的變化，基于被記錄的變化確定露點(diǎn)的出現(xiàn)，以及用于以給定方法實(shí)施露點(diǎn)測(cè)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(guò)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(jiàn)1992年6月30日出版的SU專(zhuān)利公開(kāi)出版物No.1744618，Int.C1.G01N 25/66)。
已知的技術(shù)方案的缺點(diǎn)是低可靠性，因?yàn)楣鈱W(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(zhǔn)確測(cè)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(diǎn)測(cè)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(diǎn)的出現(xiàn)(見(jiàn)1995年7月20日出版的RF專(zhuān)利公開(kāi)出版物No.2085925，Int.C1.G01N 25/06)。
已知方法的缺點(diǎn)為當(dāng)測(cè)量時(shí)由相對(duì)較長(zhǎng)的瞬態(tài)過(guò)程的存在所導(dǎo)致的相對(duì)較低的測(cè)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(diǎn)測(cè)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(guò)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(jiàn)1995年7月20日出版的RF專(zhuān)利公開(kāi)出版物No.2085925，Int.C1.G01N 25/08)。
已知裝置的缺點(diǎn)是相對(duì)較低的靈敏度，其降低測(cè)量的準(zhǔn)確性，因?yàn)楣潭饵c(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)。
已知裝置的功能僅受到其基本的目的——露點(diǎn)的測(cè)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(cè)量的精度。
另外的技術(shù)任務(wù)是由于在特定的時(shí)間周期過(guò)程中在所研究的氣體的預(yù)定體積中提供對(duì)凝結(jié)的混合物的濃度值的測(cè)量，以及由于水滴或氫氧化物可靠的記錄及自動(dòng)校準(zhǔn)的可能性而擴(kuò)展功能。
此任務(wù)通過(guò)這樣的事實(shí)解決在用于露點(diǎn)測(cè)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(diǎn)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(méi)有凝結(jié)的情況下而沒(méi)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(cè)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(shí)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(diǎn)測(cè)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(guò)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(gè)另外的記錄器(register)用于測(cè)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(duì)增加露點(diǎn)測(cè)量的精度的凝結(jié)混合物的外觀(guān)提供靈敏度的基本改良。此外，出現(xiàn)另外的機(jī)會(huì)研究所述氣體，以自動(dòng)校準(zhǔn)擴(kuò)展了所述裝置的功能的裝置。


圖1說(shuō)明權(quán)利要求的裝置的結(jié)構(gòu)，圖2顯示說(shuō)明被沉積膜的厚度增加的測(cè)量原理的視圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于露點(diǎn)測(cè)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(diǎn)的出現(xiàn)。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在其入射平面偏振的光通量被利用，且其在沒(méi)有從絕緣介質(zhì)所形成的冷卻元件的凝結(jié)表面沒(méi)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(jiàn)www.RUBRICON.ru.，俄國(guó)百科全書(shū))。
因此，當(dāng)將平行于入射平面而偏振的光落至沒(méi)有凝結(jié)物的絕緣介質(zhì)表面時(shí)，沒(méi)有反射從供應(yīng)至此表面上的偏振的光束發(fā)生，因?yàn)樗鼈儽徽凵涞椒瓷浣橘|(zhì)中，即，被吸收到絕緣介質(zhì)中(見(jiàn)附錄B.S.E(大蘇維埃百科全書(shū))，光的鏡面反射)。且當(dāng)凝結(jié)物出現(xiàn)時(shí)，部分光偏振通量不能達(dá)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(guò)記錄器被固定。
為了測(cè)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(cè)量，冷卻元件的凝結(jié)表面上的例如重碳?xì)浠衔锘蚓凭哪Y(jié)薄膜的厚度h根據(jù)下述公式被計(jì)算 其中-光束間的相位差，λ-真空中的波長(zhǎng)，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(shí)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(shí)現(xiàn)所要求權(quán)利的方法的用于露點(diǎn)測(cè)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(guò)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(diǎn)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?xún)?yōu)選在正切等于反射指數(shù)(見(jiàn)布魯斯特角，俄國(guó)百科全書(shū))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(shí)驗(yàn)測(cè)試被選擇。
此外，所述裝置安裝有至少一個(gè)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(yàn)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(guò)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(shí)，最后的落在冷卻元件3的凝結(jié)表面上，且沒(méi)有凝結(jié)混和物的情況下，凝結(jié)物沒(méi)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?yàn)樗龉獗晃胨鼋^緣介質(zhì)中。
記錄器6沒(méi)有固定光束，因此不發(fā)生露點(diǎn)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(shí)發(fā)生。此限定了裝置的高靈敏度并由此限定了測(cè)量的準(zhǔn)確性。
由于測(cè)量了沉積膜厚度的增加(見(jiàn)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(gè)介面上發(fā)生反射。
分析表明當(dāng)α＝arctg(n3/n1) (1)時(shí)，從兩個(gè)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(dá)式確定
其中λ-真空中的波長(zhǎng)。
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(shí)，到達(dá)光的光電探測(cè)器的光強(qiáng)度也將是h的周期函數(shù)。通過(guò)計(jì)算改變光強(qiáng)度的周期確定薄膜厚度-h的增加。
條件(1)對(duì)應(yīng)“氣體—襯底”，即薄膜的厚度為零的布魯斯特角。在對(duì)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(qiáng)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(zhǎng)，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(guò)轉(zhuǎn)換后可以獲得如下公式 當(dāng)使用反射定律時(shí)，可以得到用于計(jì)算膜厚度h的最簡(jiǎn)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(guān)。因此它們的定位通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)溫度等于管2的溫度。所以當(dāng)自動(dòng)校準(zhǔn)所述裝置時(shí)，計(jì)量器上的露點(diǎn)溫度間接地對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)—在擴(kuò)展功能的同時(shí)提高測(cè)量的準(zhǔn)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(diǎn)確保它們?cè)跍y(cè)量工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的可能性，其通過(guò)用于露點(diǎn)測(cè)量的方法測(cè)量氣體濕度，并可能被用在露點(diǎn)濕度計(jì)，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(diǎn)測(cè)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(diǎn)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(méi)有凝結(jié)物時(shí)沒(méi)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(cè)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(shí)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(diǎn)測(cè)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(guò)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(gè)另外的記錄器用于測(cè)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(cè)量工程。為了通過(guò)提高靈敏度而增加精度，對(duì)于本發(fā)明的露點(diǎn)測(cè)量方法，在入射平面內(nèi)偏振的光通量被使用，并在沒(méi)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(hào)G01N21/21GK1701227SQ200480001004
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)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(qǐng)人:亞歷山大·米哈伊洛維奇·杰列維亞金