ГИГРОМЕТР Российский патент 2023 года по МПК G01N27/42 G01N25/56 

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 по 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: 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:

Р₂О₅ + Н₂О → 2НРО₃

2НРО₃ → Н₂+O₂ + Р₂О₅

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

где I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки;

- ОДВ в анализируемом газе;

- электрохимический эквивалент воды;

Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку.

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.

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

Во - ОДВ в газе на входе в чувствительный элемент.

коэффициент а 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 ячейки 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 кулонометрического гигрометра.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение срока службы и верхнего предела диапазона измерений ОДВ кулонометрического гигрометра.

Поставленная цель достигается путем применения ПАТЕНТА на изобретение №2552398 ГИГРОМЕТР, который позволяет поддерживать постоянный расход анализируемого газа с разной плотностью через кулонометрическую ячейку или менять расход через кулонометрическую ячейку одного и того же анализируемого газа.

Из формулы (1) видно, что чем больше расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку, тем больше ток электролиза в кулонометрической ячейке и тем больше будет плотность тока на первых витках кулонометрической ячейки, что ведет к нагреванию начального участка ячейки.

Для того, чтобы уменьшить ток электролиза кулонометрической ячейки при измерении одной и той же ОДВ необходимо уменьшить расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку, тем самым уменьшается плотность тока на первых витках кулонометрической ячейки и уменьшается нагрев начального участка кулонометрической ячейки.

На Фиг. изображен гигрометр с изменяющимся расходом анализируемого газа через кулонометрическую ячейку. Он состоит из кулонометрической ячейки 1, блока измерения 2, переключателя расхода газа через кулонометрическую ячейку 3, стабилизатора расхода газа 4, параллельных цепей из последовательно соединенного пневмосопротивления электромагнитного клапана (СПП1 и КЛ1, СПП2 и КЛ2, СПП3 и КЛ3) 5, которые включены между штуцерами ВЫХ и О стабилизатора расхода газа.

Гигрометр работает следующим образом. Анализируемый газ подается на входной штуцер гигрометра. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, который находится в блоке измерений, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. ОДВ в анализируемом газе будет определяться по формуле (3)

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

- электрохимический эквивалент воды;

Q - расход газа, см³/мин;

I₀ - общий ток электролиза кулонометрической ячейки, мкА.

При появлении нагрева начального участка кулонометрической ячейки переключателем расхода газа включают одну из параллельных цепей из последовательно соединенного пневмосопротивления и электромагнитного клапана, которые включены между штуцерами ВЫХ и О стабилизатора расхода газа, тем самым уменьшат расход через кулонометрическую ячейку, уменьшится плотность тока на первых витках кулонометрической ячейки и уменьшится нагрев начального участка кулонометрической ячейки. Неизменность показаний ОДВ в зависимости от измененного расхода газа через кулонометрическую ячейку производится в блоке измерений.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах. Гигрометр включает кулонометрическую ячейку, блок измерения, стабилизатор расхода газа, параллельные цепи, состоящие из последовательно соединенных пневмосопротивлений и электромагнитных клапанов, которые включены между штуцерами стабилизатора расхода газа, при этом в гигрометр введен переключатель расхода газа через кулонометрическую ячейку, подключенный к блоку измерения, соединенному с электромагнитными клапанами. Изобретение обеспечивает увеличение срока службы гигрометра и верхнего предела диапазона измерений объемной доли влаги кулонометрического гигрометра. 1 ил.

Гигрометр, включающий кулонометрическую ячейку, блок измерения, стабилизатор расхода газа, параллельные цепи, состоящие из последовательно соединенных пневмосопротивлений и электромагнитных клапанов, которые включены между штуцерами стабилизатора расхода газа, отличающийся тем, что в гигрометр введен переключатель расхода газа через кулонометрическую ячейку, подключенный к блоку измерения, соединенному с электромагнитными клапанами.