Конструкция электролитического влагочувствительного элемента для измерения относительной влажности газа и химический состав электролита (варианты)

 

Электролитический влагочувствительный элемент (ЭВЧЭ) представляет собой полоску ткани размером 0,1 х 5 х 15 мм с двумя отверстиями на торцах для крепления ее к пластине из негигроскопичного и электроизоляционного материала таким образом, чтобы ткань размещалась в аэродинамической тени относительно газового потока для снижения скорости потока в непосредственной близости от полоски ткани. В качестве ткани используется полотно из синтетических полипропиленовых волокон, пропитанное электролитом. Такая ткань с введенными в ее структуру угольными волокнами может использоваться в ЭВЧЭ пороговых (аварийных) сигнализаторов. Химический состав электролита из насыщенных водных растворов солей для измерения относительной влажности в диапазоне 2 - 70 %, об.%: перхлорат магния Mg(ClO₄)₂ - 3, хлорид цинка ZnCl₂ - 7, хлорид кальция CaCl₂ - 15, роданид калия KCNS - 18, нитрид натрия NaON - 57. Химический состав электролита из насыщенных водных растворов солей для измерения относительной влажности в диапазоне 30 - 100 %, об.%: ацетат калия CH₃COOK - 5, хлорид магния MgCl₂ - 7, нитрат цинка Zn(NO₃)₂ - 15, бихромат натрия NaCr₂O₇ - 17, бромид калия KBr - 22, фосфорнокислый двузамещенный калий K₂HPO₄ - 34. 3 с. и 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области приборостроения, конструированию измерителей влажности газа, первичным преобразователем которых служит электролитический влагочувствительный элемент (ЭВЧЭ), и может найти применение в установках осушения воздуха, в электросвязи для содержания кабелей под избыточным воздушным давлением, а также в технологических процессах, где необходимо поддерживать влажность воздуха на заданном уровне в потоке газа или в замкнутом объеме.

В общем случае ЭВЧЭ представляет собой два электрода, между которыми находится вещество, пропитанное электролитом. Поглощая влагу из окружающего газа, электролит меняет свою концентрацию и, как следствие, электрическое сопротивление, которое и является регистрируемой величиной.

Конструктивно ЭВЧЭ известного измерителя влажности газа представляет собой цилиндрический каркас из негигроскопичного электроизоляционного материала, на котором сделана двухходовая резьба. Каркас обернут стеклотканью, поверх которой по канавкам резьбы намотаны два серебряных провода, витки одного между витками другого, служащие электродами. Ткань пропитана насыщенным водным раствором хлорида лития (LiCl), относительная влажность над которым минимальна (12,4%) при температуре +20^oC и атмосферном давлении среди наиболее распространенных солей. Полное насыщение влагой электролита на основе хлорида лития происходит при 18-19% относительной влажности окружающего газа.

Известному ЭВЧЭ и измерительному устройству на его основе присущи принципиальные недостатки, ограничивающие широкое применение ЭВЧЭ вообще.

Неизбежно применение драгоценных металлов - серебряной проволоки.

Чувствительность ЭВЧЭ пропорциональна длине (или площади) электродов; при чувствительности 2 отн. % влажности общая длина серебряной проволоки достигает 2 м.

Конструкция известных ЭВЧЭ практически не поддается миниатюризации без снижения чувствительности, т. к. последняя пропорциональна площади (длине) электродов.

Состояние электролита близко к жидкофазному, поэтому время регенерации электролита ЭВЧЭ может достигать несколько часов.

Порог чувствительности, как отмечено выше, ограничен величиной равновесной влажности газа под поверхностью электролита, определяется свойством применяемости электролита - раствора хлорида лития и составляет 12,4% относительной влажности.

Кривая зависимости измеряемого электрического сопротивления от влажности газа представляет собой узкую нелинейную характеристику шириной ~ 8% относительной влажности 12-20%, поэтому применение таких ЭВЧЭ ограничено пороговыми измерителями влажности, аварийными сигнализаторами только в этом диапазоне.

Все ЭВЧЭ для нормальной работы помещаются в поток газа, влажность которого измеряют. При продолжительном контакте ЭВЧЭ с газом повышенной влажности, да еще и при обдуве его потоком газа с поверхности ЭВЧЭ может стекать образующийся избыток электролита, т.е. может произойти разрушение ЭВЧЭ.

Во первых, конструкция и, во-вторых, применяемый пропиточный раствор хлорида лития в ЭВЧЭ предопределяли цель предлагаемого изобретения и техническое решение для достижения этой цели.

Цель изобретения - упрощение конструкции, удешевление, миниатюризация, снижение инерционности, уменьшение времени регенерации чувствительного элемента, измерение влажности газа в диапазоне 2-6% с помощью ЭВЧЭ с релейной характеристикой (порогового устройства).

В предлагаемой изобретении ЭВЧЭ - это полоска полипропиленовой ткани размером 0,1 х 5 х 15 мм, пропитанная соответствующим солевым составом, прикрепляемая двумя винтами к пластине из негигроскопичного электроизоляционного материала и помещаемая в аэродинамической тени относительно измеряемого газового потока. К винтам подается электрическое напряжение от измерительного устройства, такая же полоска из той же ткани пронизана угольными волокнами.

Целью изобретения является также измерение относительной влажности газа на всей шкале от 2 до 100% ее значений влагочувствительным элементом с линейной характеристикой, снижение порога чувствительности, повышение порога чувствительности, уменьшение инерционности и времени регенерации влагочувствительного элемента.

Для реализации этой части задачи предлагаются две композиции насыщенных водных растворов солей, одной из которых пропитывается ткань ЭВЧЭ, об.%: 1.

Перхлорат магния, Mg(ClO₄)₂ - 3 Хлорид цинка, ZnCl₂ - 7 Хлорид кальция, CaCl₂ - 15 Роданит калия, KCNS - 18 Нитрид натрия, NaNO - 57 2.

Ацетат калия, CH₃COOK - 5 Хлорид магния, MgCl₂ - 7 Нитрат цинка, Zn(NO₃)₂ - 15 Бихромат натрия, NaCr₂O₇ - 17
Бромид калия, KBr - 22
Фосфорнокислый двухзамещенный калий K₂HPO₄ - 34
Техническим результатом, достигаемым предложенной конструкцией ЭВЧЭ, являются ее упрощение и удешевление - отсутствуют электроды в виде витков двойной спирали из серебряной проволоки, миниатюризация и уменьшение инерционности и времени регенерации - площадь пропитанной электролитом ткани уменьшена в 40-50 раз, возможность увеличения чувствительности в самом начале шкалы измерения влажности - 2-8% благодаря введению в структуру ткани угольных волокон.

Техническим результатом, достигаемым применением двух различных композиций насыщенных водных солевых растворов, является расширение диапазона измерения влажности до 70% на всей шкале 2-100% относительной влажности при высокой чувствительности, низком пороге чувствительности, при малых инерционности и времени регенерации влагочувствительного элемента.

Дополнительным техническим результатом являются лучшие метрологические характеристики ЭВЧЭ - линейность в каждом из двух диапазонов, повторяемость, длительный срок непрерывной работы ЭВЧЭ в потоке газа.

Использованная литература.

Журнал "Вестник связи", N 1, 1989 г. Геец В.И., Диденко А.Т., Измеритель влажности воздуха.

Формула изобретения

1. Электролитический влагочувствительный элемент для измерения относительной влажности газа, содержащий ткань, пропитанную насыщенным водным раствором соли, отличающийся тем, что ткань представляет собой полоску размером (0,1 · 5 · 1,5) мм из полипропиленовых волокон, при этом в полоске на ее торцах выполнены два отверстия для крепления ее винтами к пластине из негигроскопичного электроизоляционного материала, которая вместе с полоской ткани устанавливается в аэродинамической тени относительно измеряемого газового потока.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что в структуру ткани введены угольные волокна.

3. Химический состав электролита из насыщенного водного солевого раствора, отличающийся тем, что электролит состоит из композиции насыщенных растворов следующих солей, об.%:
Перхлорат магния Mg (ClO₄)₂ - 3
Хлорид цинка ZnCl₂ - 7
Хлорид кальция CaCl₂ - 15
Роданид калия КCNS - 18
Нитрид натрия NaON - 57
4. Химический состав электролита из насыщенного водного солевого раствора, отличающийся тем, что электролит состоит из композиции насыщенных растворов следующих солей, об.%:
Ацетат калия CH₃COOK - 5
Хлорид магния MgCl₂ - 7
Нитрат цинка Zn(NO₃)₂ - 15
Бихромат натрия Na Cr₂O₇ - 17
Бромид калия KBr - 22
Фосфорнокислый двузамещенный калий K₂HPO₄ - 34л