ГИГРОМЕТР Российский патент 2015 года по МПК G01N25/54 

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, предназначенных для измерения объемной доли влаги в газах.

Кулонометрический гигрометр предназначен для измерения объемной доли влаги путем извлечения ее из анализируемого газа и последующего измерения тока электролиза этой влаги в кулонометрической ячейке.

Анализируемый газ поступает в кулонометрическую ячейку. Расход газа через ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа, который соединен с ячейкой последовательно. 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 в кулонометрической ячейке при постоянном расходе пропорционален объемной доле влаги, содержащейся в анализируемом газе () и определяемой по формуле:

где - объемная доля влаги в анализируемом газе, млн^-1;

- электрохимический эквивалент воды;

Q - расход газа, см³/мин;

I₀ - ток электролиза ячейки, мкА.

Анализируемым газом может быть любой газ, главное требование к нему, чтобы он не взаимодействовал с фосфорным ангидридом - это воздух, азот, аргон, водород, гелий. Эти газы отличаются друг от друга плотностью, поэтому при выпуске кулонометрических гигрометров из производства его необходимо настраивать на конкретный газ.

Для поддержания постоянного расхода газа через кулонометрическую ячейку используется стабилизатор расхода газа, принцип работы которого основан на уравновешивании мембранной силы упругой деформации пружины и давлении на выходе стабилизатора, действующих на мембрану с одной стороны, и опорного давления, действующего на мембрану с другой стороны. Мембрана управляет работой жестко связанного с ней клапана, благодаря чему перепад давления на ней, равный силе упругой деформации пружины (работающей на растяжение), остается постоянным.

Регулятор работает следующим образом (см. фигуру 1).

Сжатый газ, проходя через входной канал, дросселируется в зазоре между клапаном 1 и соплом 2 и поступает в надмембранную камеру. Автоматическое поддержание перепада давления основано на уравновешивании им сжатой пружины 3 путем воздействия на мембрану 4, зажатую между корпусом 5 и нижней крышкой 6. При нарушении равновесного состояния мембраны 4, вызванного снижением входного давления или расхода газа, мембрана прогибается в соответствующую сторону и воздействует на клапан, связанный с нею при помощи жесткого центра 7 и шпилек 8. Благодаря этому количество газа, поступающего в надмембранную камеру, изменяется так, что перепад давления на мембране восстанавливается до прежнего значения. Чем сильнее растянута пружина 3 при вращении установочного винта 9 по часовой стрелке, тем больший перепад давления она может уравновесить.

В схемах регулирования расхода в камеру «О» (опорное давление) обратной связи подается давление, отбираемое с выхода элемента, на котором регулируется перепад давления.

При подключении переменного регулировочного пневмосопротивления к штуцеру «Вых» стабилизатора расхода, получается регулятор с плавной регулировкой.

Ручка плавной регулировки расхода газа находится на панели гигрометра и ею пользуются при изменении плотности анализируемого газа, что часто требуется в технологических процессах.

Для ускорения процесса регулировки расхода газа при изменении плотности анализируемого газа в гигрометрах применяются регуляторы с фиксированным переключателем рода газа. Известен регулятор расхода различных по плотности газов (заявка на а.с. СССР №1075564/26-10, кл. 42е, 23/55), который снабжен дополнительным ступенчатым регулирующим устройством, выполненным в виде шайбы, с углублениями для ступенчато установленных штифтов различной длины, задающих степень сжатия регулирующей пружины. Благодаря этому обеспечивается постоянство расхода газов с различными плотностями одним регулятором. Известен регулятор расхода газов (заявка на а.с. СССР №1913923/18-24, кл. G05d 16/06), который содержит переключающее устройство, выполненное в виде установленных в корпусе штифтов разной длины и фигурной шайбы, связанной с пневмокнопками и через термобиметаллические пластины с пружиной задания. С помощью данного регулятора расхода можно поддерживать один и тот же расход различных по плотности газов при работе гигрометра в местном режиме.

Целью настоящего изобретения является расширение применения кулонометрических гигрометров путем введения дополнительной функции - дистанционного поддержания одного и того же расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку с различной плотностью.

Поставленная цель достигается тем, что в гигрометр, использующий стабилизатор расхода газа для подержания постоянного расхода через кулонометрическую ячейку, вместо переменного пневмосопротивления устанавливается несколько параллельных цепей, состоящих из последовательно соединенного пневмосопротивления и нормально закрытого электромагнитного клапана.

На фигуре 2 представлена блок-схема предлагаемого гигрометра. Гигрометр содержит кулонометрическую ячейку 10, источник питания 11, измеритель тока электролиза 12, стабилизатор расхода газа 13, параллельные цепи из последовательно соединенного пневмосопротивления и электромагнитного клапана (СПП1 и КЛ1, СПП2 и КЛ2, СПП3 и КЛ3) 14, разъем дистанционного управления клапанами 15.

Гигрометр работает следующим образом.

Анализируемый газ через штуцер ВХОД ГАЗА поступает в кулонометрическую ячейку 10, под действием приложенного напряжения от источника питания к электродам кулонометрической ячейки происходит электролиз влаги, поглощенной сорбентом, а с помощью измерителя тока, подключенного последовательно с общим электродом ячейки, он измеряется. Далее анализируемый газ поступает на входной штуцер «Вх» стабилизатора расхода газа, который поддерживает постоянным расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку. Значение расхода через кулонометрическую ячейку будет зависеть от усилия пружины и от величины пневмосопротивления, подключенного между штуцерами стабилизатора расхода газа «Вых» и «О», фигура 2.

С помощью электрических сигналов, поступающих через разъем дистанционного управления клапанами, можно изменять величину пневмосопротивления подключенного между штуцерами стабилизатора расхода газа «Вых» и «О», тем самым поддерживается постоянным расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку при изменении плотности анализируемого газа дистанционно.

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, предназначенных для измерения объемной доли влаги в газах. Кулонометрический гигрометр предназначен для измерения объемной доли влаги путем извлечения ее из анализируемого газа и последующего измерения тока электролиза этой влаги в кулонометрической ячейке. Гигрометр с дополнительной функцией дистанционного поддержания одного и того же расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку гигрометра позволяет контролировать влажность в технологических процессах, где по технологии в точке отбора часто меняется плотность анализируемого газа и тогда требуется постоянная подстройка анализируемого газа через кулонометрическую ячейку гигрометра. Также такой гигрометр может найти применение для измерения влажности в разных точках отбора с разными анализируемыми газами, но при этом будет необходимо дополнительно укомплектовать в месте установки гигрометра дистанционным переключателем точек отбора. В качестве переключателей могут быть электромагнитные клапана. Техническим результатом является расширение применения кулонометрических гигрометров путем введения дополнительной функции - дистанционного поддержания одного и того же расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку с различной плотностью. 2 ил.

Гигрометр, содержащий кулонометрическую ячейку, источник питания, измеритель тока электролиза, стабилизатор расхода газа, между штуцерами которого «Вых» (выход) и «О» (опорное давление) подключены параллельные цепи из последовательно соединенного пневмосопротивления и электромагнитного клапана, разъем дистанционного управления клапанами, отличающийся тем, что с целью расширения применения кулонометрических гигрометров введена дополнительная функция - дистанционного поддержания одного и того же расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку с различной плотностью путем дистанционного изменения величины пневмосопротивления электрическими сигналами через разъем дистанционного управления клапанами одной из параллельных цепей последовательно соединенного пневмосопротивления и электромагнитного клапана, подключенных к штуцерам «Вых» и «О» стабилизатора расхода газа.