(54) СПОСОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В ТЕМПЕРАТУРУ
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке и эксплуатации подогревных электролитических первичных преобразователей влажности газов.
Известен способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру, основанный на поддержании в насыщении водного раствора гигроскопической соли путем нагрева пропусканием через него переменного тока с помощью электродов pL.
Недостатки способа - относительно невысокая точность измерительного преобразования вследствие изменения в широких пределах влагосодержания гигроскопической соли и связанного с этим изменения площадей поверхностей насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли под воздействием внешних влияющих величин, а также относительно небольшой ресурс преобразователя вследствие интенсивного электролиза гигроскопической соли.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемо является способ измерительного преобразования
парциального давления водяного пара в температуру, заключающийся в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического сопротивления электродной цепи преобразователя при
10 установлении равновесной температуры. Согласно этому способу измерительного преобразования поддерживают влагоссдержание гигроскопической соли в заданньлх пределах путем измерения
15 электрического сопротивления электродной цепи и изменения нагрева гигроскопической соли, что обеспечивает стабилизацию чувствительности преобразователя в каждой точке его граду20ировочной характеристики при различных воздействиях внешних влияющих величин и за счет этого приводит к пЪвышению точности измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру 1.2.
25
Недостатком указанного способа есть относительно небольшой ресурс преобразователя вследствие интенсивного электролиза гигроскопической
30 соли. Цель изобретения - увеличение ресурса преобразователя за счет уменьшения интенсивности элейтролиза гигроскопической соли. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измеритель ного преобразования парциального давления водяного пара в температуру заключающегося в поддержании водного .раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержа нии путем нагрева пропусканием через .раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического сопротивления электродной цепи преобразователя при установлении равновесной температуры, измеряют межэлектродную электрическую емкость преобразователя при установлении равновесной температуры, изменяют напряжение питания его электродной цепи или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установления ними соотнсяиения 2EUpR.C где и - напряжение питания электрод ной цепи преобразователя, напряжение разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли; электрическое сопротивление электродной цепи преобразователя , С - межэлектродная электрическа емкость преобразователя. Кроме того, в качестве заданного значения влагосодержания гигроскопической соли используют влагосодержаниа, соответствующее максимальному значению произведения электрического сипротивления электродной цепи на мёжэлектродную электрическую емкост Измерение межэлектродной электри ческой емкости преобразователя при установлении равновесной температур и изменение напряжения питания его электродной nerfti или частоты пропус каемого через раствор переменного т ка до установления между ними соотношения f обеспечивает 2/tUpRC; такое распределение напряжения питания на элементах электродной цепи, при котором амплитуда напряжения,на межэлектродной емкости, состоящей из последовательно соединенных емкос тей двойного электрического слоя на границах каждого электрода с рас вором, не превышает значения напряжения разложения насыщенного водног раствора гигроскопической соли при УП Ut Ри этом оставшаяся часть Un падает на последовательно соединенньсс элементах электродной цепи, в том числе на электрическом сопротивлении насыщенного водного растворЛ гигроскопической соли, резисторах в цепи электродов, внутреннем сопротивлении источника питания, соединительных проводах. В свою очередь, ограничение падения напряжения на межэлектродной электрической емкости преобразователя значением напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли обеспечивает минимизацию фарадеевской составляющей переменного тока электродов вследствие увеличения электрического сопротивления шунтирующих емкости резисторов при таком напряжении на них и соответствующее увеличение токов смещения в емкостях двойных электрических слоев на границах электродов с раствором, что приводит к уменьшению интенсивности электролиза гигроскопической соли и увеличению ресурса преобразователя. Наряду с этим, измерение межэлектродной электрической емкости преобразователя при установлении равновесной температуры и изменение напряжения питания его электродной цепи или частоты пропускаемого через раствор переменного тока до установления -VUS- UP междуними соотношения { - -- обеспечивают минимизацию частоты переменного, тока при увеличении ресурса преобразователя, что приводит к повышению эффективности использования электроэнергии источника питания за счет минимизации ее потерь в реактивных элегпентах электродной цепи. Определение по результатам измерений электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости преобразователя соответствующего максимальному произведению этих параметров влагосодержавия гигроскопической соли и использование его в качестве заданного значения обеспечивает минимальную интенсивность электролиза гигроскопической соли за счет установления минимальной интенсивности нарастания напряжения и минимальное значение его амплитуды между каждым электродом и раствором вследствие того, что постоянная времени () электродной цепи преобразователя, представляющей собой RC-цепочку с параболической зависимостью между РИС для каждого значения парциального давления водяного пара максимальна только при одном значении равновесной температуры и уменьшается по мере отклонения этой температуры от данного значения при усилении или ослаблении нагрева. Корректирование влагосодержания гигроскопической соли пО значению межэлектродной электрической емкоети преобразователя обеспечивает стабилизацию влагосодержания соли диапазоне измерительного преобразо вания парциального давления водяно пара без введения дополнительной к ректировки влагосодержания по температуре, поскольку электрическая кость системы электрод-раствор м зависит от температуры раствора, а это, в конечном итоге, приводит к повышению точности измерительного преобразования и упрощению процесс э ксплуатации преобраз ователя. Ниже приведен вывод формулы, рег ламентирующей в соответствии с пред лагаемым способом соотношение между напряжением питания электродной цепи и частотой пропускаемого через раствор переменного тока. В качеств модели такой цепи использована элек трическая схема, состоящая из после довательно соединенных резистора R емкости С, эквивалентной двум после довательно соединенным емкостям на 1-ми 2-м участках электрод-раствор . При питании такой схемы от Источника переменного тока напряжением и„ падения напряжения на ее элементах распределяются пропорционально их сопротивлениям переменном току, при этом падение напряжений со ответственно на резис торе и на емкости, сопротивление емкости переменному току. -L С учетом где (JU и f -соответственно угловая частота и частота переменного тока, уравнение (l) приобретает вид откуда г-.-уий-иа 2.ltUgRC Поскольку вольт-амперная характеристика электролитической ячейки постоянного тока содержит излом с координат;ой (напряжение разложения электролита) на оси напряжения, причем крутизна участка характеристики с напряжением U Up существенно ниже, чем крутизна участка с напряжением и Up , то и значение тока электролиза в зависимости от приложенного напряжения изменяется с такой же нелинейностью. Рассматривая переменный ;ток как постоянный в рамках каждого полупериода, заменив в уравнении С21 MQ Up и введя ограничение (Jg Up получаем формулу f -fgS-U3. 2ftUpRC регламентирующую соотношение между ; напряжением питания электродной цепи преобразователя и частотой пропускаемого через раствор переменного тока по значениям физических параметров (R,C,L(p) электродной цепи преобразователя. Предлагаелфлй способ осуществляют пооперационно следующим образом. Нагревают в преобразователе насыщенный водный раствор гигроскопической соли путем пропускания через него переменного тока с помощью электродов до установления равновесной температуры соли. Затем измеряют электрическое сопротивление электродной цепи и межэлектродную электрическую емкость преобразователя. По результатам измерений определяют значение влагосодержания гигроскопической соли, соответствующее максимальному произведению электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости преобразователя, для использования в качестве заданного значения. По значению межэлектродной электрической емкости преобразователя корректируют влагосодержание гигроскопической соли до достижения заданного значе|ния путем изменения нагрева. Изменяют напряжени-е питания электродной цепи преобразователя или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соотношения2ltUpRC При этом мерой парциального давения водяного пара является равноесная температура гигроскопической оли. Пример выполнения предлагаемого пособа применительно к подогревно7 |у лектролитическому первичному преобазователю влажности газов с электроами. Сначала измеряют необходимые параетры преобразователя, в частности лектрическое сопротивление электрдной цепи, межэлектродную электриескую емкость, а также определяют начение напряжения разложения насыенного водного раствора используеой гигроскопической соли, необходиые для установления выраженного ормулой соотношения между напряжеем питания электродной цепи пресс- . разователя и частотой пропускаемого через раствор переменного тока. Для измерения электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости заполняют межэлектродное пространство преобразователя водным раствором гигроскопической соли, электродную цепь преобразователя через переключатель соединяют с источником питания переменным током и измерительным мостом переменного тока, а при наличии в преобразователе отдельных резистивных нагревательных элементов подключают их к соответствующим источникам питания. При протекании то ка в цепях электродов и реэистивных нагревательных элементов раствор гигроскопической соли нагревается, испаряет растворитель и становится насыщенным. Продолжение нагрева и испарение растворителя приводят к кристаллизации гигроскопической сол из раствора и понижению ее .влагосо держания, возрастанию электрическог сопротивления электродной цепи преобразователя и уменьшению интенсивности нагрева. После завершения переходного процесса и установления равновесной температуры преобразова теля подключают его электродную цеп на вход измерительного моста и изме ряют электрическое сопротивление электродной цепи и межэлектродную электрическую емкость преобразовате Затем при том же парциальном девлении водяного пара измеряют нагрев. раствора и следят за установлением равновесной температуры преобразова теля при ином влагосодержании гигро скопической соли, после чего снова измеряют электрическое сопротивлени электродной цепи и межэлектродную, электрическую емкость преобразовате Такие измерения выполняют при различных значениях влагосодержания гигроскопической соли (в 5-7 точках диапазона изменения влагосодержания при сохранении насыщенным водного раствора этой соли) в каждом из нам ченных при исследовании сечений практически в 5-7 сечениях) рабочег диапазона измерительного преобразов ния парциального давления водяного пара 3 температуру. По полученным результатам измерений строят график зависимости между электрическим сопротивлением электродной цепи и меж электродной электрической емкостью преобразователя для каждого сечения диапазона измерительного преобразов ния. Затем по каждому графику определяют значения сопротивления и емкости, соответствующие максимальном значению их произведения, и строят график распределениязначений этих межэлектродных электрических емкостей отражающих влагоседержания гиг роскопической соли, при которых зна чения произведений емкостей на сопротивления максимальны) в зависимости от значений парциального давления водяного пара в рабочем диапазоне измерительного преобразования. Значение напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли оппеделяют по таблицам электродных потенциалов или экспериментально. При экспериментальном определении значения напряжения разложения преобразователь погружают в пробирку с насыщенным водным раствором гигроскопической соли, к токовыводам электродов подключают вольтметр. Подсоединив электродную цепь через делитель напряжения к источнику постоянного тока, плавно, начиная с нуля, повышают напряжение и наблюдают за поверхностью электродов и показанием вольтметра. Зафиксированное на грани начала выделения пузырьков газа с поверхности электродов напряжение и является напряжением разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли. После получения результатов измерений электрического сопротивления электродной цепи, межэлектродной электрической емкости и напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли монтирую . преобразователь по месту эксплуатации и, подключив его нагревательные элементы к соответствующим источникам питания, изменяют нагрев до установления равновесной температуры при заданном влагосодержании гигроскопической соли, которое нормируют и контролируют по косвенному параметру - межэлектродной электрической емкости. Затем иэменяют напряжение питания электродной цепи преобразователя или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соотно цГ4Равновесная тем2 CUpRCпература насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли при этом является мерой парциального давления водяного пара в окружающем газе. ) Предлагаемый способ применим ко всем подогретым электролитическим первичным преобразователям влажности газов с электродами, в том числе к преобразователям с встроенными резистивными нагревательными элементами или без них, к переносным преобразователям с встроенными источниками переменного тока или к стационарным с централизованным питанием от единого источника,и обеспечивает увеличение ресурса преобразователя за счет того, что сумма напряжений между каждым электродом и раствором гигроскопической соли конкретного преобразователя в заданных условиях его эксплуатации не превышает напря жения разложения используемого электролита, что является следствием предварительного измерения параметров этой цепи и установления соотношения между напряжением его питания и частотой пропускаемого через раствор переменного.тока по приведенной формуле с учетом полученных результатов измерения. Применение предлагаемого способа при разработке преобразователя обеспечивает возможность конструктивного увеличения электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости до зна чений, обеспечивающих установление оптимального соотношения между напряжением питания электродной цепи и частотой пропускаемого через раствор переменного тока, что обеспечивает увеличение ресурса преобразователя без дополнительных затрат, а повышение ресурса преобразователей обеспечивает уменьшение расходов на эксплуатацию и расширение области их применения-на объекты, работающие продолжительное время без доступа обслуживающего персонала. Формула изобретения 1, Способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру, заключающийся в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического сопротивления электродной цепи преоб разователя при установлении равновес ной температуры, от тичающи file я тем, что, с целью увеличения ресурса преобразователя за счет уменьшения интJнcивнocти электролиза гигроскопической соли, измерят межэлектродную электрическую емкость преобразователя при установлении равновесной температуры, изменяют напряжение питания его электродной цепи или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до ус|тановления между ними соотношения 2JtUpI C где и - напряжение питания электродной цепи преобразователя, напряжение разложения насьвденного водного раствора гигроскопической соли электрическое сопротивление электродной цепи преобразователя, межэлектродная электрическая емкость преобразователя. 2. Способ по П.1, от ли ч ающ и и с я тем, что в качестве заданного значения влагосодержания гигроскопической .соли используют влагосодержание, соответствующее максимальному значению произведения электрического сопротивления электродной цепи на межэлектродную электрическую емкость. Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 444097, кл. G 01 N 25/56, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2691826/18-25, кл. G 01 N 25/26, 30.11.78 (протоип).
