Весовой гигрометр Советский патент 1980 года по МПК G01W1/11 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения относительной влажности газов. Изобретение может использоваться также в весоизмерительной технике, например, при разработке высокоточных весов. Известны весовые гигрометры, пред ставляющие собой коромысловые весы, один конец коромысла которых используется как стрелка-указатель а другой - для закрепления влагочувствительного элемента Подобные весовые гигрометры работают без применения разновесов, т.е при изменении влажности изменяется масса влагочувствительного элемента и коромысло отклоняется от первоначального положения. Отсчет производится по шкале по концу стрелки-указателя. Несмотрая на то, что такие гигрометры являются самыми простыми, они имеют узкий диапазон взвешивания, т.к. предельные величины перемещений коромысла определяются габарита ми весов. Ближайшим техническим решением к изобретению является весовой гигрометр, содержащий коромысло, влагочувствительный элемент, опору и электролитическую ванну с электродами 2. Однако известный гигрометр обладает недостатками, выраженными в том, что свободная поверхность электролита является источником влаги,а это практически исключает возможность использования подобных весов для точных измерений влажности исследуемого газа. Стабильность уравновешивания ограничена из-за непостоянства сил смачивания в области входа электрода в электролит. Стабильность и точность уменьшаются также вследствие изменения выталкивающей силы, действующей на подвешенный к коромыслу электрод, при температурном расширении электролита. Кроме того, применение механических средств балансировки и регулировки чувствительности (перемещением регулиЕЮВочных гаек, винтов и пр.) снижает достоинства уравновешивания короквлсла при помощи кулонометра. Целью изобретения является повышение точности и стабильности измерений при уменьшении габаритов весового гигрометра.

Цель достигается тем, что электролитическая ванна выполнена в виде геметичного сосуда, который одновременно является коромыслом устройства, ванна {внутренняя полость коромысла) заполнена гелем высокомолекулярного полимера, пропитанного электролитом, и содержит не менее трех пар электродов и трех пар торсионных нитей,при этом на одном конце короьфлсла размещены влагочувствительный элемент и один из электродов, на другом плече два других электрода, а остальные электроды расположены на одной линии а именно, выше оси вращения коромысла, на оси вращения и в центре тяжести.

На фиг. 1 изображен общий вид весового гигрометра, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 и электрическая схема.

Весовой гигрометр содержит коромысло 1, электролит 2, электроды 3,4 5,6,7,8, (не менее трех пар) которы заключены в корпуса 9, влагочувствительный элемент 10, указатель 11 равновесия коромысла 1, три пары торсионных нитей 12,13,14,15,16,17, пульт 18 управления, электрически свсвязанный через торсионные кити 12-17 и провода 19 с электродами 3-8, термокомпенсатор 20, который находится на коро 1ысле. Пульт управления 18 включает в себя источник питания 21, указатель 22 количества электричества,выключатели ВК1, ВК2, ВкЗ, и переключатели полярности электродов П1, П2 и ПЗ. Резисторы включены в электрическую цепь для исключения влияния внутреннего сопротивления системы электролит-электрод.

Для защиты коромысла и влагочувствительного элемента от пыли они помещены в пыленепроницаемый корпус (на фиг. не показан). Обмеь воздуха в корпусе осуществляется с помощью воздуходувки через фильтр.

Коромысло 1 выполнено полым(полностью или частично) из диэлектрика, например кварца, и герметически закрытым. Его внутренняя полость заполнена гелем высокомолекулярного полимера, например низкопроцентным (0,1%) раствором задубленной желатины или полиакриламидным гелем, который пропитан электролитом 2, содержащим, например 50-60% иодида лития и 12-18% иодида ртути. Такой состав электролита обеспечивает работоспособность весового гигрометра при отрицательных температурах. Электроды 3-8, выполнены из инертного материала, например: графита, платины и т.д., на которые нанесена ртуть. Применение электролита, указанного выше, обеспечивает при проходении тока через электрод-электролит растворение и осаждение металлической ртути, при этом на электродах ртуть растворяется или ооаждается ровным слоем. Провода 19, соединяющи электроды 3-8 с торсионными нитями 12-17, выполнены из коррозионностойкого материала, например платины

Использование геля позволяет исключить перемешивание и перемещение электролита во внутренней полости коромысла (электролитической ванне) под действием конвекционных токов, в то же время электропроводность электролита в геле весьма незначительно отличается от электропроводности электролитов в чистой воде. Сшивка (задубливание) молекул желатины необходима для того, чтобы исключить возможность необратимого осаждения белка под действием электролита. В случае использования других полимеров, например полиакриламида, сшивка необходима для -получения определенной пористости геля.

Герметизация ванны дает возможность использовать гигрометр для измерения влажности в небольших замкнутых объемах, т.к. исключается испарение электролита.

Термокомпенсатор 20 представляет собой газовый пузырек, который нахо.дится в полости ,:оромысла на оси его вращения (фиг.2). При расширении электролита под действием температуры происходит изменение объема пузырька, и тем самым исключается вероятность разрыва коромысла. Так пузырек -находится на оси вращени коромысла, и изменение объема происходит вдоль оси вращения, то это перемещение не оказывает существенного влияния на работу гигрометра.

На одном плече коромысла 1 в корпусе 9, полость которого сообщается с полостью коромысла 1, размещены электрод 5 и влагочувствительный элемент 10. На другом плече, также в корпусе, закреплены электроды 4 и 6 и указатель 11 равновесия коромысла

Торсионные нити 12 и 13 являются с одной стороны нитями подвеса коромысла, а с другой - элементом электрической цепи, по которой через электроды 3 и 4 осуществляется уравновешивание коромысла 1 при изменении массы влагочувствительного элемента 10. Через торсицнные нити 14,15 и электроды 5,6 осуществляется балансировка коромысла при юстировке весового гигрометра, а через торсионные нити 16,17 и электроды 7,8 регулировка чувствительности коромысла.

Разделение электрических цепей юстировки (балансировки и изменения чувствительности) и уравновешивания коромысла во время измерений обусловлено тем, что-в процессе исследований возникает, например, необходимость в изменении чувствительности коромысла при определенной относительной влажности или в ограниченном диапазоне влажности.

Электроды размещены перпендикулярно продольной оси коромысла и параллельно его оси вращения. Такое расположение электродов позволяет исключить влияние изменений массы электродов при перераспределении продуктов электролиза за время юстировки коромысла и в процессе измерений. Кроме того, электроды разнесены и установлены в корпусах 9, что уменьшает влияние рассеяния тока. Корпуса 9, как и коромысло, выполнены из кварца.

Опора коромысла 1 подвешена на торсионных нитях 12,13 в магнитном поле, благодаря чему практически исключено трение в опоре и достигнута повышенная точность измерений (на фиг. магнит не показан). Чтобы уменьшить влияние адсорбции паров на точность и стабильность показаний весового гигрометра, коромысло гигрометра покрыто гидрофобной пленкой, например метилхлорсилана.

Балансировка, регулировка чувствительности коромысла весового гигрометра и измерение относительной влажности газа производятся следующи образом.

При определенной относительной влажности, например минимальной, следует проверить положение указателя 11 относительно О шкалы. В зависимости от направления отклонения указателя от положения О переключатель полярности П1 должен быть установлен в соответствующее положение. При замыкании электрической цепи выключателем ВК1 металл с электрода 5 переносится на электрод 6( или в обратном направлении) по цепи: источник питания 21 - ВК1 - П1 - торсионная нить 15 - провод 19 - электрод 5 - электролит - электрод б -провод 19 - торсионная нить 14 -П1 - источник питания 21.

С балансировкой коромысла неразрывно связана регулировка чувствительности, которая осуществляется с помощью электродов 7 и 8.Электрод 7 расположен в центре тяжести коромысла, а центр тяжести находится ниже его оси вращения. Благодаря этому при переносе массы металла с электрода 7 на электрод 8 чувствительность коромысла увеличивается. При переносе металла с электрода 8 на электрод 7 чувствительность понижается .

Изменение чувствительности осуществляется при замыкании выключателя ВК2. При этом ток проходит по следующей цепи: источник питания 21 ВК2 - 02 - торсионная нить 17 электрод 7 - электролит - электрод 8торсионная нить 16 - П2 - источник питания 21. Как и при балансировке коромысла, изменение направления переноса металла производится переключателем полярности П2.

После юстировки весового гигрометра измерение относительной влажности производится следующим образом.

При изменении относительной влажности газа масса влагочувствительного элемента 10 изменяется, и коромыс0ло 1 отклоняется от первоначального положения равновесия, что отмечается по шкале указателя равновесия 11. При замыкании цепи: источник питания 21 - ВКЗ - ПЗ - торсионная нить 13 провод 19 - электрод - 4 - электро5лит - электрод 12 - ПЗ - источник питания 21 металл с электрода 4 переносится на электрод 3 (или в обратном направлении) в зависимости от направления отклонения коромысла,

0 при этом переключатель ПЗ переводится в другое положение.

Количество электричества, израсходованного на перенос массы металла с одного электрода на другой (с 3 на

5 4 при увеличении влажности и с 4 на 3 при ее уменьшении) пропорционально изменению влаги влагочувстви тельного элемента.

В том случае, когда электрод 4

0 располо;:;ен не на конце плеча коромысла (фиг.1), масса металла, необходимая для уравновешивания изменения массы влагочувствительного элемента, будет определяться также

5 расгтоянием до оси вращения коромысла, т.е. и отношением плеч. Влажность определяется по градуировочной кривой количество электричества относительная влажность. Количество электричества определяется по указа0телю 22.

Предлагаемый весовой гигрометр позволяет повысить точность и стабильность измерений относительной

45 влажности в широком диапазоне влажностей как при положительных,так и при отрицательных температурах. Кроме того, реализация нулевого метода взвешивания с использованием

5Q электрической энергии дает возможность уменьшить габариты гигрометра и осуществить дистанционность измерений .

55

изобретения

Формула

1.Весовой гигрометр, содержащий коромысло с опорой, на одном конце которого расположен влагочувстви60 тельный элемент, а на другом - электролитическая ванна с электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерений и уменьшения габаритов гигрометра, электролитическая