ГИГРОМЕТР Российский патент 2016 года по МПК G01N27/07 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в устройстве гигрометров, применяющих кулонометрическую ячейку для измерения объемной доли влаги (ОДВ).

Известен способ включения в работу кулонометрической ячейки (патент №2498285, кл. G01N 27/07), применяемой в кулонометрических гигрометрах, состоящей из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса.

Известен гигрометр (патент №2413935, кл. G01N 27/07), содержащий датчик, включающий блок формирования потока со стабилизатором расхода газа, кулонометрическую ячейку, состоящую из двух частей: рабочей и контрольной, расположенных друг за другом в стеклянном корпусе, соотношение длин контрольной и рабочей не менее 1/3.

Вся внутренняя поверхность в стеклянном корпусе покрыта тонким слоем частично гидратированной пятиокиси фосфора, активно поглощающей влагу из проходящего анализируемого газа.

Влага, содержащаяся в анализируемом газе, подается на рабочую часть, затем на контрольную часть, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. Суммарный ток электролиза влаги рабочей и контрольной частей кулонометрической ячейки при постоянном расходе газа пропорционален объемной доле влаги, содержащейся в анализируемом газе $$\left({\text{B}}_{{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}}\right)$$ и определяемой по формуле 1:

где $${\text{B}}_{{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}}$$ - объемная доля влаги в анализируемом газе;

$${\text{Э}}_{{\text{H}}_{\text{2}}\text{O}}$$ - электрохимический эквивалент воды;

Q - расход газа;

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

Недостатком данного гигрометра является то, что срок службы кулонометрической ячейки зависит от концентрации ОДВ в анализированном газе. Плотность электролиза на первых витках ячейки будет намного выше, чем во всей ячейке, что ведет к нагреванию начального участка ячейки и появлению перемычек между электродами.

Поставленная цель увеличения срока службы кулонометрической ячейки достигается тем, что в зависимости от содержания ОДВ анализируемый газ может подаваться как со стороны рабочей части кулонометрической ячейки при измерении малых концентраций ОДВ до 100 млн^-1, так и со стороны контрольной части при измерении концентраций более 100 млн^-1.

На фиг. 1 изображено схематически устройство гигрометра с блоком формирования газового потока и кулонометрической ячейкой.

Блок формирования гигрометра включает в себя: 1 входной штуцер для подачи анализируемого газа менее 100 млн^-1 ОДВ, 2 сопротивление пневматическое, 3 стабилизатор давления в линии "до себя", 4 сопротивление пневматическое, 5 кулонометрическая ячейка, 6 выходной штуцер анализируемого газа (байпас), 7 электрический измеритель расхода газа, 8 блок комбинированный, 9 стабилизатор давления в линии "до себя", 10 сопротивление пневматическое, 11 штуцер для подачи анализируемого газа с содержанием ОДВ более 100 млн^-1.

При измерении ОДВ до 100 млн^-1 анализируемый газ под давлением подается на штуцер 1 гигрометра, проходит через сопротивление пневматическое 2 и разделяется на два потока - байпасный поток и поток через кулонометрическую ячейку. В точке разделения потоков давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора давления газа в линии "до себя" 3. Дозируемый поток газа проходит через сопротивление пневматическое 4, поступает на рабочую часть $$l_{\partial }$$ , а затем на контрольную часть $$l_{\stackrel{⌢}{e}}$$ кулонометрической ячейки, в это время напряжение, подаваемое с блока комбинированного 8 на электроды кулонометрической ячейки, одинаковое, и они работают в одном режиме полного поглощения ОДВ, далее анализируемый газ поступает на электронный измеритель расхода газа 7, который определяет своей полярностью выходного сигнала, подаваемого в блок комбинированный, направление движения анализируемого газа, далее анализируемый газ через сопротивление пневматическое 10 поступает на штуцер 11.

При подаче анализируемого газа на штуцер 1 гигрометра стабилизатор давления в линии "до себя" 9 закрыт, т.к. давление на входе стабилизатора близко к атмосферному.

При измерении ОДВ более 100 млн^-1 анализируемый газ под давлением подается на штуцер 11 гигрометра, проходит через сопротивление пневматическое 10 и разделяется на два потока - байпасный и поток через кулонометрическую ячейку. В точке разделения потоков давление поддерживается постоянным с помощью стабилизатора давления в линии "до себя" 9. Дозируемый поток поступает на электронный измеритель расхода газа 7, который поменяет свою полярность выходного сигнала, подаваемый в блок комбинированный 8. По изменению полярности сигнала электронного измерителя расхода газа в комбинированном блоке изменится величина напряжения, подаваемого на электроды кулонометрической ячейки, причем на рабочую часть подается большее напряжение, а на контрольную часть меньшее. Приращение тока в рабочей и контрольной частях кулонометрической ячейки определяется по формуле 2:

где ΔI - приращение тока кулонометрической ячейки на участке Δх;

U - напряжение, приложенное к рабочей и контрольной частям ячейки;

q - коэффициент, характеризующий геометрию ячейки;

σ - удельная проводимость.

В контрольной части будет уменьшена поглощаемость влаги, а в рабочей части поглощаемость влаги будет увеличена. В результате этого будет выполнено условие практически 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 нагревателя, и не будут образовываться перемычки между электродами, далее анализируемый газ через сопротивления пневматическое 4 и 2 поступает на штуцер 1. При подаче анализируемого газа на штуцер 11 гигрометра стабилизатор давления в линии "до себя" 3 закрыт, т.к. давление на входе стабилизатора близко к атмосферному.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в устройстве гигрометров, применяющих кулонометрическую ячейку для измерения объемной доли влаги (ОДВ). Гигрометр содержит блок формирования газового потока и кулонометрическую ячейку. При этом с целью увеличения срока службы гигрометра анализируемый газ может подаваться как со стороны рабочей части, так и со стороны контрольной части кулонометрической ячейки. Техническим результатом является увеличение срока службы гигрометра. 1 ил.

Гигрометр, содержащий блок формирования газового потока с кулонометрической ячейкой, отличающийся тем, что с целью увеличения срока службы гигрометра анализируемый газ может подаваться как со стороны рабочей части, так и со стороны контрольной части кулонометрической ячейки.