Гигрометр Советский патент 1992 года по МПК G01N19/10 

Изобретение относится к технической физике, занимающейся вопросами измерения влажности газов, и может быть использовано в метеорологических измерениях влажности воздуха.

Известны устройства для измерения влажности газов, основанные на использовании гигроскопических солей. При измере- нии влажности воздуха меняются физические характеристики влагочувстви- тельного элемента, пропитанного раствором гигроскопической соли, а изменение этих характеристик служит мерой влажности воздуха.

Однако такие устройства не обладают стабильной тарировочной характеристикой вследствие нестабильности влагочувстви- тельного вещества, которое меняет со временем свою структуру под действием влаги, тепла, света и других факторов, а изменение структуры изменяет сорбционные свойства

влагочувствительного вещества. Кроме того, этим влагочувствительным элементам, работающим на принципе обратимой мас- сопередачи, присущ гистерезис, увеличивающий инерционность влагочувствительного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гигрометр, содержащий влагочувствительный элемент в виде сосуда, закрепленного на стойке открытым концом вниз, с помещенной в него гигроскопической солью, выполненной в форме компактного монолита, скрепленного с сосудом, а площадь поперечного сечения открытого конца сосуда выбрана из условия

Ј

VI

N

О

hO J

,

Sk :7Г

где Sc - площадь открытого конца;

SM - площадь поверхности монолита;

SK - площадь сечения капли;

А- заданная относительная погрешность измерения влажности.

При помещении гигрометра в среду с влажностью выше равновесной соль погло- щает влагу из воздуха, при этом образуется насыщенный раствор гигроскопической соли, стекающей в измерительное устройство.

Недостатком данного гигрометра является его низкая точность, особенно при при- менении его в области низкой влажности. Так, например, при влажности 36% относительная погрешность измерения гигрометром составляет ± 25%.

Цель изобретения - повышение точно- сти измерения при работе гигрометра в области низких влажностей рабочего диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в гигрометре, между влагочувствительным элементом, выполненным в виде сосуда с гигроскопической солью, установленного открытым концом вниз под углом к горизонту, и измерителем приращения насыщенного раствора установлен сорбционный коллектор.

Сорбционный коллектор - это элемент гигрометра, позволяющий закономерно увеличить количество влаги, используемый в измерителе приращения массы раствора. В соответствии с назначением сорбционный коллектор включает приемную зону и зону стока. Приемная зона коллектора размещена непосредственно под стоком влага- чувствительного элемента.

Раствор гигроскопической соли, поступающей из влагочувствительного элемента, при перемещении к зоне стока смачивает сорбирующую рабочую поверхность коллектора. Рабочая поверхность коллектора, смоченная раствором гигроскопической соли, способна поглощать влагу, что приводит к возрастанию общего количества измеряемого раствора и при достаточной площади сорбционного коллектора позволяет повы- сить точность измерения влажности.

Форма сорбционного коллектора выбирается таким образом, чтобы установить оп- ределенную точку стекания раствора с коллектора (в зону действия измерительно- го устройства) и исключить образование застойных зон, способствующих скапливанию насыщенного раствора, Например, коллектор может быть выполнен в виде цилиндрической спирали из коррозионностойкой проволоки в оболочке из гигроскопического материала.

Площадь рабочей поверхности коллектора выбрана из условия

(Ј-I),

где SK - площадь рабочей поверхности коллектора;

Sc - минимальная площадь сечения сосуда на пути со стороны открытого конца сосуда до рабочей поверхности гигроскопической соли;

дс относительная погрешность измерения влажности без коллектора;

5k заданная относительная погрешность измерения.

Указанная расчетная зависимость приведена для определения минимальной площади рабочей поверхности сорбционного коллектора исходя из заданной относительной погрешности измерения влажности. При этом принимается, что при уменьшении рабочей поверхности сорбционного коллектора возрастает погрешность измерения влажности

Sc-бс; 5к + 3с-(5к.

Отношение, полученное из приведенной пропорции

5к

Ъ

Sc

с Sc + SK

позволяет получить расчетную зависимость SKmin SC ( - 1 ) .

Геометрические параметры сорбционного коллектора (его диаметр, диаметр и длина проволоки и шаг винта коллектора) выбираются с учетом достижения этой площади из условия обеспечения конструктивной жесткости коллектора.

На чертеже приведена схема гигрометра.

Гигрометр представляет собой химическую мерную колбу 1, в которой при нормальном ее положении помещена гигроскопическая соль 2, например хлористый цинк. Соль поглощает влагу из воздуха, под действием которой отдельные кристаллы слипаются и образуют компактный монолит, скрепленный с колбой силами адгезии. Для измерения влажности колба переворачивается открытым концом вниз и закрепляется в наклонном положении, Под колбой над измерителем приращения насыщенного раствора 3 установлен сорбционный коллектор 4, выполненный в виде проволочной цилиндрической спирали из титановой проволоки диаметром 0,2 см, покрытой оболочкой из батиста толщиной 0,05 см. Длина проволоки 40 см, площадь рабочей поверхности при этом составила 37,7 см .

Для обеспечения свободного и направленного стекания раствора гигроскопической соли угол наклона канала коллектора выбран из следующего условия:

La mg cos у ,Ж

sin у Ц

ЭУ

где L - длина края (периметр) поверхностного слоя жидкости;

а- коэффициент поверхностного натяжения;

g 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести;

у-угоп наклона канала стекания раствора;

р- плотность раствора;

h - глубина потока;

ft- коэффициент вязкости раствора; J3U

а У

мали;

m - масса капли.

Гигрометр работает следующим образом.

При помещении гигрометра в среду с влажностью выше равновесной соль поглощает влагу из воздуха, при этом образуется насыщенный раствор гигроскопической сопроизводная от скорости по норли, стекающий на сорбционный коллектор 4, на котором продолжается процесс поглощения влаги насыщенным раствором, с коллектора раствор стекает в измерительное

устройство 3. Началом работы гигрометра считается падение первой капли в измерительное устройство.

За все время испытаний высаживания соли на сорбционном коллекторе в рабочем

диапазоне влажности (например, для хлористого цинка 11 %) не отмечалось.

Результаты испытаний гигрометров с сорбционным коллектором и без него приведены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый гигрометр обеспечивает увеличение количества поглощенной влаги, что приводит к повышению точности измерения влажности в несколько раз при работе гигрометра в области

низких влажностей рабочего диапазона.

Формула изобретения

Гигрометр, содержащий высокочувст- вительный элемент в виде гигроскопической соли, помещенной в наклонный сосуд с открытой горловиной, под которой расположен измеритель приращения массы стекающего раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в области низких значений влажности, между горловиной сосуда и измерителем приращения массы стекающего раствора установлен сорбционный коллектор, выпол- ненный в виде цилиндрической спирали из коррозионностойкого материала с гигроскопической оболочкой.

Использование: при метеорологических измерениях влажности воздуха. Сущность изобретения: устройство представляет собой химическую мерную емкость, в которую помещена гигроскопическая соль, например хлористый цинк, а под ней над измерителем приращения раствора установлен сорбционный коллектор. При помещении гигрометра в среду с влажностью выше равновесной соль поглощает влагу из воздуха, при этом образуется насыщенный раствор, который стекает по сорбционному коллектору в измеритель приращения раствора, по приращению раствора соли определяется влажность. 1 ил., 1 табл.