СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ В РАБОТУ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ Российский патент 2013 года по МПК G01N27/07 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, применяющих кулонометрические ячейки.

Для измерения влажности газов широкое распространение получили кулонометрические гигрометры. Относительная простота и высокая надежность способствовали их массовому внедрению в промышленность. Как правило, измеряемой величиной в этих гигрометрах является объемная доля влаги (ОДВ), а для измерения ОДВ используются кулонометрические ячейки с равномерным распределением поглотителя влаги по длине.

Известна кулонометрическая ячейка (А.с. №448774, G01n 27/02, патент №2228520), состоящая из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трехпроволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего электрода с зазором между витками, пленки сорбента, покрывающей электроды и внутренний канал корпуса, выводов к наружной поверхности корпуса.

Условно принято, что электрод наибольшей длины называется общим, а два других электрода, имеющих длину по отношению к длине общего электрода, например, 75% и 25%, соответственно называются рабочим и контрольным. Та часть ячейки где расположен рабочий электрод называется рабочей частью, а та где расположен контрольный электрод - контрольной частью.

В качестве пленки сорбента применяется пленка частично гидратированного фосфорного ангидрида Р₂О₅ К электродам через выводы, расположенные на наружной поверхности корпуса подводится электрическое напряжение постоянного тока.

Анализируемый газ пропускается по внутреннему каналу корпуса со стороны рабочей части. В ячейке непрерывно происходит два процесса:

практическое полное поглощение влаги пленкой сорбента с образованием фосфорной кислоты и электролиз воды на кислород и водород под действием приложенного напряжения к электродам и регенерации фосфорного ангидрида, описываемые соотношениями:

P₂O₅+H₂O→2HPO₃

2HPO₃→H₂+½O₂+P₂O₅

При известном расходе газа согласно закону Фарадея ток электролиза воды является мерой влагосодержания газа.

Известно, что при равномерном распределении сорбента по длине ячейки ОДВ в газе, проходящем по каналу, уменьшается в соответствии с естественным для подобных случаев экспотенциальным законом

Be=Bo e^-α1

где Be - ОДВ в газе на расстоянии 1 от входа ЧЭ;

Во - ОДВ в газе на входе в чувствительный элемент.

коэффициент α в показателе экспоненты зависит от диаметра канала в ячейке, качества заполнения его сорбентом, межэлектродного напряжения, коэффициента диффузии, связанного с родом газа, его расхода.

Для выполнения условия полного поглощения влаги из анализируемого газа и электролиза кулонометрической ячейкой во время проведения анализа на электроды подается постоянное напряжение, во много раз превышающее потенциал разложения воды и составляет порядка 45-60 В.

Ввиду большой активности применяемого сорбента процессы поглощения влаги и электролиза проходят на начальном участке кулонометрической ячейки. Это выражается так, что плотность тока электролиза на первых витках будет намного выше чем во всей ячейки, что ведет к нагреванию начального участка ячейки и появлению перемычек между электродами. Все это уменьшает срок службы ячейки и ограничивает верхний предел измерений диапазона измерений ОДВ.

Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы и увеличение верхнего предела диапазона измерений ОДВ кулонометрической ячейки.

На фигуре 1 представлена схема включения в работу кулонометрической ячейки.

Кулонометрическая ячейка конструктивно состоящая из двух частей: рабочей (l_р) и контрольной (l_к), расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса (1), трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов (2, 3, 4), один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего с зазором между витками, пленки сорбента (5), покрывающий электроды и внутреннюю поверхность корпуса, и выводов (6, 7, 8) от электродов к наружной поверхности корпуса, отличается от способа включения в работу прототипа тем, что газ подается со стороны контрольной части, а к электродам подводится разное постоянное напряжение, причем на рабочую часть подается большее напряжение (GP, 70-80B), а на контрольную часть меньшее (GK, 10-15 В), следовательно коэффициент (α) и в контрольной и рабочей частей чувствительного элемента будет разный, и в соответствии с формулой, приведенной выше, распределение ОДВ в контрольной и рабочей части будет разное. В контрольной части будет уменьшена поглощаемость влаги, а в рабочей части поглощаемость влаги будет увеличена. В результате этого будет выполнено условие полного поглощения влаги кулонометрической ячейкой. Ввиду того, что поглощаемость в контрольной части кулонометрической ячейки уменьшается и, соответственно, уменьшается ток электролиза. Следовательно, контрольная часть кулонометрической ячейки будет меньше нагреваться, что позволит увеличить верхний предел измерений, а уменьшение плотности тока в контрольной части кулонометрической ячейки ведет к увеличению срока службы ячейки. Использование предлагаемого способа включения в работу кулонометрической ячейки обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества:

- использование данной кулонометрической ячейки в кулонометрических гигрометрах позволяет расширить верхний диапазон измерений;

- увеличить срок службы кулонометрического гигрометра.

Предложен способ включения в работу кулонометрической ячейки, применяемой в кулонометрических гигрометрах, состоящей из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим. Согласно изобретению подают постоянное напряжение разной величины на электроды кулонометрической ячейки, причем на контрольный электрод подается меньшее напряжение, а на рабочий электрод подается большее относительно общего электрода, при этом анализируемый газ подают со стороны контрольной части. Изобретение позволяет увеличить верхний предел измерений объемной доли влаги кулонометрического гигрометра и увеличить его срок службы. 1 ил.

Способ включения в работу кулонометрической ячейки, конструктивно состоящей из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из которых является общим, а два других электрода расположены между витками общего с зазором между витками, пленки сорбента, покрывающего электроды и внутренний канал корпуса, и выводов от электродов к наружной поверхности корпуса, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы кулонометрической ячейки и увеличения верхнего предела диапазона измерений, анализируемый газ подается со стороны контрольной части ячейки, а к электродам кулонометрической ячейки подводится разное постоянное напряжение, причем на контрольную часть подводится меньшее напряжение, чем на рабочую.