ГИГРОМЕТР Российский патент 2022 года по МПК G01N25/60 G01N27/42 

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

Кулонометрические гигрометры, предназначенные для измерения объемной доли влаги в газах 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 регулятора 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 определяется по формуле:

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

- электрохимический эквивалент воды;

Q- расход газа, см³/мин;

I_O - общий ток электролиза кулонометрической ячейки, мкА.

Анализируемым газом может быть любой газ не взаимодействующий с фосфорным ангидридом - 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 давления 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, остается постоянным. При подключении переменного регулировочного пневмосопротивления к выходному штуцеру стабилизатора расхода, получается регулятор расхода газа через кулонометрическую ячейку 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 регулирования расхода газа через кулонометрическую ячейку 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. Благодаря этому обеспечивается постоянство расхода газов с различными плотностями одним регулятором.

Существенным недостатком данных устройств регулировки расхода газа с разной плотностью является большая сложность их изготовления, а гигрометры, применяющие данные устройства имеют сложную пневматическую схему.

Целью настоящего изобретения является упрощение устройства регулировки расхода газа с разной плотностью и упрощение пневматической схемы гигрометра.

Поставленная цель достигается тем, что регулятором расхода газа через кулонометрическую ячейку является электромагнитный клапан, работающий в импульсном режиме.

Электромагнитный клапан в пневматической схеме гигрометра подключается последовательно с кулонометрической ячейкой. Принцип регулирования расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку электромагнитным клапаном работающем в импульсном режиме основан на периодическом его открывании и закрывании т.е. изменения его пневмосопротивления. Пневмосопротивление электромагнитного клапана регулируется электронной схемой управления, воздействующей на длительность открывания и закрывания электромагнитного клапана.

Следовательно, изменением пневмосопротивления электромагнитного клапана можно регулировать расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку.

На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого гигрометра. Гигрометр состоит их штуцера ВХОД ГАЗА 1, постоянного пневмосопротивления 2, стабилизатора давления до себя 3, кулонометрической ячейки 4, микроамперметра 5, источника постоянного тока 6, электромагнитного клапана 7. Электронной схемы управления 8, штуцера ВЫХОД ГАЗА 9, ручки регулировки расхода газа через кулонометрическую ячейку 10.

Гигрометр работает следующим образом.

Анализируемый газ через штуцер ВХОД ГАЗА, постоянное пневмосопротивление поступает в точку соединения стабилизатора давления « до себя» и входа в кулонометрическую ячейку. В этой точке стабилизатора давления давление поддерживается постоянным, следовательно расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку и последовательно соединенный с ней электромагнитный клапан будет зависеть от суммарного пневмосопротивления кулонометрической ячейки и электромагнитного клапана. Таким образом изменяя пневмосопротивление клапана будет меняться расход в цепи из последовательно соединенных кулонометрической ячейки и электромагнитного клапана. Изменения пневмосопротивления электромагнитного клапана регулируется электронной схемой управления путем воздействия на длительность открывания и закрывания электромагнитного клапана. Анализируемый газ, проходящий через кулонометрическую ячейку и под действием приложенного напряжения от источника постоянного тока к электродам кулонометрической ячейки происходит электролиз влаги, поглощенной сорбентом, а с помощью микроамперметра, подключенного последовательно с общим электродом кулонометрической ячейки, он измеряется и по формуле рассчитывается объемная доля влаги, млн^-1.

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах, предназначенных для измерения объемной доли влаги в газах. Предложен гигрометр, содержащий штуцер ВХОД ГАЗА, постоянное пневмосопротивление, стабилизатор давления «до себя», кулонометрическую ячейку, электронную схему управления, штуцер ВЫХОД ГАЗА, ручку регулировки расхода газа через кулонометрическую ячейку. Гигрометр также включает микроамперметр, источник постоянного тока, электромагнитный клапан, который работает в импульсном режиме и регулирует расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку. Причем электромагнитный клапан в пневматической схеме гигрометра подключается последовательно с кулонометрической ячейкой и работает в импульсном режиме за счет изменения его пневмосопротивления, которое регулируется электронной схемой управления, связанной с электромагнитным клапаном и воздействующей на длительность его открывания и закрывания. При этом микроамперметр и источник постоянного тока подключены последовательно с общим электродом кулонометрической ячейки. Технический результат - использование электромагнитного клапана для регулировки расхода анализируемого газа через кулонометрическую ячейку значительно упрощает пневматическую схему гигрометра, что упрощает конструкцию гигрометра, а управлять работой электромагнитным клапаном можно как в местном режиме, так и дистанционно с помощью компьютера. 1 ил.

Гигрометр, содержащий штуцер ВХОД ГАЗА, постоянное пневмосопротивление, стабилизатор давления «до себя», кулонометрическую ячейку, электронную схему управления, штуцер ВЫХОД ГАЗА, ручку регулировки расхода газа через кулонометрическую ячейку, отличающийся тем, что включает микроамперметр, источник постоянного тока, электромагнитный клапан, который работает в импульсном режиме и регулирует расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку, причем электромагнитный клапан в пневматической схеме гигрометра подключается последовательно с кулонометрической ячейкой и работает в импульсном режиме за счет изменения его пневмосопротивления, которое регулируется электронной схемой управления, связанной с электромагнитным клапаном и воздействующей на длительность его открывания и закрывания, при этом микроамперметр и источник постоянного тока подключены последовательно с общим электродом кулонометрической ячейки.