ГИГРОМЕТР Российский патент 2011 года по МПК G01N27/42 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах и может быть использовано в гигрометрах, основанных на кулонометрическом методе измерения влажности в газах.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений объемной доли влаги гигрометров, использующих кулонометрический метод измерения влажности в газах.

Известен гигрометр (а.с. СССР 1404917, кл. G01N 27/42), содержащий датчик, включающий блок формирования потока со стабилизатором расхода газа, измерительный канал, в котором установлены последовательно рабочий и контрольный чувствительные элементы, источник питания, в цепи которого установлен измерительный прибор, устройство сравнения выходных сигналов чувствительных элементов. Чувствительные элементы включены как смежные плечи в соединенную с источником питания мостовую схему, другими плечами которой являются переменные резисторы. При неполном извлечении влаги чувствительными элементами срабатывает устройство сравнения, тем самым указывает на превышение допустимого предела поглощаемости чувствительными элементами и на необходимость проведения техобслуживания.

Недостатком такого гигрометра является, то что при срабатывании устройства сравнения о неполном извлечении влаги приходится останавливать работу гигрометра для проведения техобслуживания.

На чертеже приведена функциональная схема гигрометра.

Гигрометр содержит датчик (1), включающий блок формирования потока (2) со стабилизатором расхода газа, кулонометрическую ячейку (3), состоящую их двух частей рабочей 4 (L_p) и контрольной 5 (L_k), расположенных друг за другом и покрытых пленкой сорбента. Соотношение длин контрольной части и рабочей не менее Вместе с общим электродом 6 они выполнены в виде геликоидальных несоприкасающихся спиралей.

Гигрометр работает следующим образом.

Анализируемый газ проходит через блок формирования потока и поступает в кулонометрическую ячейку. Расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. Суммарный ток I₀ электролиза влаги рабочей 4 и контрольной 5 части кулонометрической ячейки при постоянном расходе газа пропорционален объемной доле влаги, содержащейся в анализируемом газе (В_H2O) и определяемой по формуле

где - объемная доля влаги в анализируемом газе;

- электрохимический эквивалент воды;

Q - расход газа;

I₀ - суммарный ток электролиза влаги рабочей и контрольной части кулонометрической ячейки.

Напряжение, падающее на резисторе R₀, определяемое током I₀ и пропорциональное объемной доле влаги в анализируемом газе, подается на плату контроллера 8, где оно измеряется и преобразуется в единицы влажности, с выдачей этой информации на показывающее устройство 9.

Основная приведенная погрешность (δ₀,%) гигрометра состоит из следующих составляющих:

δ₁ - приведенная погрешность преобразования тока кулонометрической ячейки в показания гигрометра, %;

δ_Q - приведенная погрешность, обусловленная отклонением расхода газа через кулонометрическую ячейку от номинального значения, %;

δ_H - приведенная погрешность, обусловленная неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой, имеет всегда отрицательное значение, %;

δ_ф - приведенная погрешность, обусловленная фоновым показанием гигрометра, имеет всегда положительное значение, %.

Значение основной приведенной погрешности рассчитывают по формуле

δ₀=δ₁+δ_Q+δ_H+δ_ф.

Определения значения составляющей основной приведенной погрешности δ_H, обусловленной неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой проводят следующим образом. Гигрометр включают в работу на анализируемом газе с объемной долей влаги, соответствующей диапазону измерений гигрометра. После выхода гигрометра на режим контроллер дает команду на запоминание показаний В_г, затем дает команду на кратковременное переключение тока рабочей части кулонометрической ячейки на резистор R_p.В этот момент через резистор R₀ проходит только ток контрольной части кулонометрической ячейки, который с помощью контроллера преобразуется в единицы влажности и запоминается в памяти контроллера В_к, затем подается команда на вычисление δ_н которая определяется по формуле

где К - значение коэффициента, определяется конкретным типом гигрометра и приводится в методике поверки;

В_к - показание гигрометра при нажатой кнопке КОНТРОЛЬ, млн^-1;

В_г - показание гигрометра, млн^-1.

Формула (1) взята из методики поверки на кулонометрические гигрометры.

Все команды, которые осуществляет контроллер, предусмотрены алгоритмом работы гигрометра и находятся в постоянной памяти гигрометра.

После определения δ_н контроллер дает команду на увеличение показаний В_г на величину К·В_к·10^-2, до следующего определения δ_н. Такой алгоритм, заложенный в программе контроллера гигрометра, позволяет убрать из основной приведенной погрешности составляющую δ_н, что повышает точность измерения влажности кулонометрическими гигрометрами.

Для подтверждения промышленной применяемости изобретения и лучшего понимания предложения приводим примеры его конкретной реализации, которые не исчерпывают сущности заявляемого решения.

Для определения неполноты извлечения влаги были использованы результаты приемосдаточных испытаний гигрометров "Байкал-5Ц" исп.3, кулонометрические ячейки которых изготовлены с электродами из родия. В гигрометры подавались анализируемые газы (азот или воздух) с объемной долей влаги более 100 млн^-1 от генератора влажного газа РОДНИК-4. После установления показаний гигрометров определялась приведенная погрешность δ_н, обусловленная неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой, по формуле (1). В расчетах величина коэффициента К принята 14,8.

Результаты измерений приведены в таблице 1. Объемная доля влаги после введения компенсации погрешности δ_н обозначена как

Таблица 1 № п/п В_г, млн^-1 В_к, млн^-1 δ_н, % К·В_к·10^-2, млн^-1 млн^-1 1 160,8 4,04 0,93 0,59 161,4 2 229,0 5,52 0,36 0,82 229,8 3 341,2 5,47 0,24 0,81 342,0 4 444,6 6,79 0,23 1,0 445,6 5 531,0 20,9 0,58 3,09 534,1 6 654,4 20,3 0,50 3,00 657,4 7 717,5 16,4 0,34 2,43 719,9 8 858,1 17,5 0,30 2,59 860,7 9 944,0 24,5 0,38 3,63 947,7

По этой же методике проводились испытания гигрометров "Байкал-5Ц", поступивших на поверку через один год эксплуатации. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2 № п/п В_г, млн^-1 В_к, млн^-1 δ_н, % К·В_к·10^-2, млн^-1 млн^-1 1 73,2 3,37 0,68 0,50 73,7 2 112,8 4,85 0,6 0,72 113,5 3 487,2 21,4 0,65 3,17 490,4 4 854,8 40,2 0,69 5,92 860,7

Дополнительно были проведены испытания четырех гигрометров "Байкал-5Ц" исп.3 при подаче на вход приборов анализируемых газов: кислород и водород. Кислород подавался на вход гигрометров от генератора влажного газа РОДНИК-4 с объемной долей влаги более 800 млн^-1. Определение δ_н и В'_H2O выполнялось по предыдущей методике.

Анализируемый газ (водород) подавался в гигрометры из баллона через стабилизатор давления газа, и после установления показаний гигрометров записывались результаты измерений и определялись относительные погрешности гигрометров, вызванные неполнотой извлечения влаги δ_н по формуле (1).

В таблице 3 приведены результаты определения погрешностей гигрометров, вызванных неполнотой извлечения влаги в КЭЯ на кислороде и водороде.

Таблица 3 № п/п В_г, млн^-1 В_к, млн^-1 δ_н,% К·В_к·10^-2, млн^-1 В'_Н2О млн^-1 Анализируемый газ 1 860,7 49,7 0,86 7,36 868,1 Кислород 2 872,5 38,3 0,65 5,67 878,2 Кислород 3 236,4 35,9 2,25 5,31 241,7 Водород 4 286,2 38,9 2,01 5,76 292,0 Водород

Проведенные испытания показали, что предлагаемый автоматический режим компенсации относительной погрешности гигрометров, вызванной неполнотой извлечения влаги, позволит повысить точность измерений.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения. Гигрометр содержит датчик, который включает блок формирования потока со стабилизатором расхода газа. Также устройство содержит кулонометрическую ячейку, состоящую из двух частей, рабочей и контрольной, которые расположены друг за другом. При этом соотношение длин контрольной и рабочей частей не менее 1/3. Кроме того, гигрометр содержит источник питания, входной резистор, а также резистор рабочей части кулонометрической ячейки. Также гигрометр содержит контроллер, в алгоритм работы которого введен автоматический режим определения составляющей основной приведенной погрешности, обусловленной неполным извлечением влаги кулонометрической ячейки, и ее полной компенсации. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений влажности в газах. 1 ил., 3 табл.

Гигрометр, содержащий датчик, включающий блок формирования потока со стабилизатором расхода газа, кулонометрическую ячейку, состоящую из двух частей - рабочей и контрольной, расположенных друг за другом, соотношение длин контрольной и рабочей не менее 1/3, источник питания, входной резистор, резистор рабочей части кулонометрической ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, используется контроллер, в алгоритм работы которого введен автоматический режим определения составляющей основной приведенной погрешности, обусловленной неполным извлечением влаги кулонометрической ячейки, и ее полной компенсации.