ГЕНЕРАТОР ВЛАЖНОГО ГАЗА РОДНИК-6 – ЭТАЛОН 1-ГО РАЗРЯДА ДЛЯ ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

УДК 543.275.1.089.68
ГЕНЕРАТОР ВЛАЖНОГО ГАЗА РОДНИК-6 – ЭТАЛОН 1-ГО РАЗРЯДА ДЛЯ
ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ
РУДЫХ И.А., ООО “НПП ОКБА”
БЕЛОШИЦКИЙ А.П., ООО “НПП ОКБА”
ЧЕРНЯЕВ И.Г., ООО ”НПП ОКБА”
КОНДРАТЬЕВ И.А., ООО ”НПП ОКБА”
В докладе рассматривается средство метрологического обеспечения для поверки проточных
гигрометров микроконцентраций влаги в газах – динамический генератор влажного газа РОДНИК-6.
Разработка генератора РОДНИК-6 преследовала цель по созданию автономного средства для
комплектной поверки проточных гигрометров, предназначенных для измерения объемной доли влаги
(далее - ОДВ) в области микроконцентраций.
Наиболее широкое применение в различных областях промышленности (химическая,
нефтехимическая, металлургическая, электронная и др.), в энергетике, газо- и нефтедобыче, а также в
сфере научных исследований получили рабочие гигрометры, основанные на кулонометрическом
принципе измерений (серии БАЙКАЛ, БАРГУЗИН, ОНИКС и др.). Эти гигрометры основаны на
абсолютном методе, заключающемся в полном количественном извлечении влаги из дозируемого
потока анализируемого газа и последующем электролитическим ее разложении на водород и
кислород в кулонометрическом чувствительном элементе (ЧЭ), по измеряемому току которого
определяется ОДВ газа. Ранее поверка этих гигрометров осуществлялась поэлементным методом.
Введение методики поверки кулонометрических гигрометров МИ 2947-2005 г., вызвало
необходимость создания средства для комплектной поверки кулонометрических гигрометров.
Серийное производство генератора влажного газа РОДНИК-6 будет способствовать оснащению
автономным поверочным средством региональных Центров стандартизации и метрологии, а также
метрологических служб юридических лиц, что позволит постепенно перейти на комплектную
поверку всех гигрометров микроконцентраций.
Генератор РОДНИК-6 представляет собой настольное лабораторное устройство для получения
парогазовой смеси с заданной ОДВ в динамическом режиме (рис. 1).
Генератор относится к рабочим эталонам первого разряда по ГОСТ 8.547-2009.
Принцип действия генератора основан на реализации метода двух давлений в том варианте,
когда насыщение газа влагой осуществляется надо льдом при повышенном давлении от 0,02 до 10
МПа (от 0,2 до 10 кгс/см2) и стабильной отрицательной температуре от минус 1 до минус 70 С с
последующим понижением давления перед датчиком гигрометра, находящимся при комнатной
температуре.
Расчет получаемой ОДВ (В, млн-1) проводится по формуле:
В
Р 0  Вн
,
Р а  Zн
где
Р0 – нормальное атмосферное давление, равное 101,325 кПа (1,033 кгс/см2);
Вн – справочное (табличное) значение ОДВ в состоянии насыщения газа для температуры
термостатирования насытителя и нормального атмосферного давления, млн-1;
Ра – абсолютное давление газа в насытителе, кПа (кгс/см2);
Zн – поправочный коэффициент, учитывающий отклонение свойств реального газа при
давлении и температуре в насытителе от свойств идеального газа.
Питание генератора осуществляется:
 от сети переменного тока 220 В (потребляемая мощность не более 400 Вт);
 от баллона со сжатым газом (азот, аргон, гелий) давлением 12 МПа (120 кгс/см2);
 от двух сосудов Дьюара объемом 17,5 л с жидким азотом.
Расход газа, подаваемого к внешнему гигрометру – от 0,2 до 1,0 л/мин при давлении на выходе
из генератора (на входе в гигрометр) от 0,2 до 1,0 МПа (от 2 до 10 кгс/см2).
1
Рисунок 1 - Генератор влажного газа РОДНИК-6
1 – блок измерений; 2 – газовый блок; 3 – криостат; 4 - ноутбук
Относительная погрешность воспроизведения ОДВ – не более  1,5 % при абсолютной
погрешности измерения температуры не более  0,05 С и погрешности измерений давления
(приведенной к верхнему пределу диапазона измерений) не более  0,1 %.
Нестабильность воспроизведения ОДВ в течение 8 ч непрерывной работы – не более 3 %.
Время установления заданной температуры не превышает 1,5 ч.
Время Т0,9 установления заданной ОДВ при изменении ее от (25020) до (95020) млн-1 и
постоянной температуре насытителя не превышает 30 мин.
Генератор состоит из блока измерений и газового блока, соединенных межблочным кабелем.
Для получения низких температур в насытителе газовый блок помещается в криостат, охлаждаемый
жидким азотом из сосудов Дьюара через устройства подачи хладагента УПХ. Предусмотрена
одновременная подача хладагента из двух сосудов (форсированный режим) или попеременная с
автоматическим переключением (режим резервирования).
Для измерения текущего значения температуры используется эталонный цифровой термометр
ТЦЭ-005/М2, а для измерения давления – эталонный преобразователь давления абсолютного
давления ПДЭ-010И.
Газовый блок предназначен для получения газа с заданной ОДВ.
В состав газового блока входят:
 насытитель;
 панель с элементами газового тракта.
Насытитель предназначен для насыщения влагой потока газа. Насытитель [1] состоит из набора
дисков (тарелок) с уплотняющими прокладками, верхнего и нижнего стаканов, верхнего и нижнего
фланцев и стягивающих шпилек. Тарелки содержат пластинчатые направляющие, расположенные
концентрически относительно их оси и патрубки, которые служат для прохода газа из одной тарелки
в другую и для ограничения уровня воды на тарелке [2].
Между верхней тарелкой и верхним фланцем расположен волокнистый фильтр,
предназначенный для улавливания из потока газа частиц льда или воды (тумана).
2
В верхнем фланце размещен эталонный платиновый термопреобразователь сопротивления
ПТСВ-2-1.
Криостат предназначен для охлаждения насытителя до необходимой температуры.
Криостат представляет собой теплоизолированную ванну, внутри которой размещены два
змеевика. В ванну заливают теплоноситель, а через змеевики дозировано пропускают хладагент
(жидкий азот). Для уменьшения температурного градиента теплоносителя в ванне размещена
мешалка с электроприводом, а для контроля и регулирования температуры теплоносителя –
платиновый термометр сопротивления. Термометр соединен с терморегулятором, находящимся в
блоке измерений. Терморегулятор управляет подачей хладагента из сосудов Дьюара посредством
включения и выключения УПХ.
Генератор работает следующим образом.
Газ из баллона через стабилизатор давления газа поступает в осушитель. Для получения
влажного газа с заданной ОДВ осушенный поток газа направляется в насытитель, помещенный в
криостат и находящийся при отрицательной температуре. Насытитель обеспечивает получение
насыщенного водяного пара над поверхностью льда.
При выходе влажного газа из генератора его объем увеличивается пропорционально снижению
давления.
ОДВ газа, подаваемого в поверяемый гигрометр, рассчитывается по температуре и давлению в
насытителе. Программное обеспечение, поставляемое с генератором, позволяет автоматизировать
процесс вычислений, рассчитывать оптимальные параметры воспроизведения заданной ОДВ,
производить вычисления воспроизводимой ОДВ в реальном масштабе времени, и, дополнительно,
вычислять температуру точки росы (для гигрометров, показывающих точку росы).
Персональный компьютер соединяется с эталонными средствами измерений через СОМ-порты
и служит для автоматизации расчетов.
Средства измерений, входящие в состав генератора и регулятор температуры, при поставке
имеют свидетельства о поверке.
Реальный прогноз по выпуску генераторов РОДНИК-6: в течение 2012-2015 г.г. планируется
выпустить 30-40 комплектов.
Литература
1. Авторское свидетельство № 1018111 (А.П. Белошицкий, М.Д. Симулик).
2. Авторское свидетельство № 890350 (А.П. Белошицкий, М.Д. Симулик).
3