Гигрометр

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для измерения объемной доли влаги в газах и может быть использовано в гигрометрах. Гигрометр состоит из кулонометрической ячейки, источника постоянного тока, микроамперметра, дополнительного источника постоянного тока, стабилизатора расхода газа, подстроечного резистора, при этом в электрическую схему гигрометра введена цепь из последовательно соединенного дополнительного источника постоянного тока и подстроечного резистора, она подключена параллельно микроамперметру в обратной полярности, а измерение объемной доли влаги определяется по формуле:

где В_Н2O - объемная доля влаги в анализируемом газе; Э_H2O - электрохимический эквивалент воды; Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку; I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки; I_КОМП - ток компенсации δ_фк.я кулонометрической ячейки. Техническим результатом является повышение точности измерения гигрометром объемной доли влаги. 1 ил.

 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах и может быть использовано в гигрометрах, основанных на кулонометрическом методе измерения влажности в газах.

Для измерения влажности газов широкое распространение получили кулонометрические гигрометры. Относительная простота и высокая надежность способствовали их массовому внедрению в электронной, химической, нефтехимической и других промышленностях.

В основу работы кулонометрического гигрометра положена работа кулонометрической ячейки. Известна КУЛОНОМЕТРИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА A.C. №448774, G01N 27/02, содержащая корпус, два геликоидальных электрода, вмонтированных во внутренний канал корпуса, пленку сорбента, покрывающую электроды и внутренний канал корпуса и выводы, с целью обеспечения контроля исправности ячейки, она выполнена секционной из двух частей, рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале корпуса, один из электродов обеих частей ячейки является общим, а два других электрода расположены между витками общего электрода по одной геликоидальной линии и разнесены друг от друга на расстояние равному рабочему зазору между электродами вдоль геликоидальной линии, причем отношение длин контрольной и рабочей частей ячейки не менее 1:3. К электродам через выводы в корпусе подводится электрическое напряжение постоянного тока.

Расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. Ток электролиза пропорционален объемной доле влаги. Объемная доля влаги в анализируемом газе определяется по формуле:

где В_Н2O - объемная доля влаги в анализируемом газе;

Э_H2O - электрохимический эквивалент воды;

Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку;

I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки.

На базе этой кулонометрической ячейки разработан ряд ячеек, отличающихся друг от друга длиной, материалом спиралей (платина или родий), разными зазорами между электродами вдоль геликоидальной линии. Создание такого рода кулонометрических ячеек связано с разными условиями эксплуатации.

При разработке конкретной кулонометрической ячейки проверяются все ее характеристики:

номинальный расход анализируемого газа через ячейку;

неполноту извлечения влаги ячейкой;

фоновый выходной сигнал ячейки. Исходя из характеристик ячейки формируется основная погрешность гигрометра где устанавливается эта ячейка.

В настоящее время кулонометрические гигрометры применяющие кулонометрические ячейки выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 8.758-2011 ГИГРОМЕТРЫ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЕ. Общие технические условия.

В ГОСТе определены все метрологические характеристики и технические требования к кулонометрическим гигрометрам.

Основные метрологические характеристики:

диапазон измерений;

пределы допускаемой основной погрешности;

составляющие основной погрешности.

Кулонометрические гигрометры выпускаются однодиапазонными и многодиапазонными с верхним значением диапазонов 1.0, 10.0, 100, 1000 млн^-1 и имеет соответственно основную погрешность 10.0, 6.0, 4.0, 2.5%.

Пределы допускаемых значений составляющих основной погрешности должны соответствовать неравенству

где δ_oд - предел допускаемого значения основной погрешности гигрометра, %;

δ_iд - предел допускаемого значения погрешности преобразования тока кулонометрической ячейки в выходной сигнал гигрометра;

δ_фд -предел допускаемого значения погрешности, обусловленной фоновым выходным сигналом гигрометра, %;

δ_нд - предел допускаемого значения погрешности, обусловленной неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой, %;

δ_Qд - предел допускаемого значения приведенной погрешности, обусловленной отклонением расхода газа через кулонометрическую ячейку, %.

Все составляющие основной приведенной погрешности гигрометра проверяются в ходе первичной поверки, потребителем при эксплуатации и перед периодической поверкой по методикам, указанным в ГОСТ Р 8.758-2011 и МИ 2947-2008 КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЕ ГИГРОМЕТРЫ. Методика поверки.

Из анализа пределов составляющих основной погрешности можно сделать вывод, что значения пределов δ_iд, δ_Qд, δ_нд небольшие и остаются во всем диапазоне измерений объемной доли влаги постоянными, а δ_фд изменяется в зависимости от диапазона измерений и достигает 5% на диапазоне измерений от 0 до 1.0 млн^-1 при общей основной погрешности 10%. Такое значение δ_фд не позволяет точно измерить объемную долю влаги с верхним значением диапазона измерений 1.0 млн^-1.

Если рассмотреть δ_фд, то можно увидеть, что она состоит из двух составляющих:

где δ_фп.с - фоновая составляющая, погрешность пневматической схемы гигрометра, %;

δ_фк.я - фоновая составляющая, погрешность кулонометрической ячейки, %, причем фоновая составляющая кулонометрической ячейки намного больше, чем фоновая составляющая пневматической схемы гигрометра, потому что при измерении малых значений концентраций объемной доли влаги в пневматической схеме гигрометра применяются материалы не сорбирующие влажность на своей поверхности, а составляющая фоновые значения кулонометрической ячейки известна. Она определена при разработке данной кулонометрической ячейки. Это значение проверяется при изготовлении кулонометрической ячейки и ее установки в гигрометр.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения гигрометром объемной доли влаги.

Поставленная цель достигается тем, что в электрическую схему гигрометра введена цепь из последовательно соединенного дополнительного источника постоянного тока и подстроечного резистора, подключенная к микроамперметру параллельно и в обратной полярности к микроамперметру. С помощью подстроечного резистора задается ток компенсации I_комп. через микроамперметр, который компенсирует δ_фк.я данной кулонометрической ячейки, тем самым уменьшает предел основной погрешности гигрометра. Тогда объемная доля влага анализируемом газе будет определяться по формуле:

где В_Н2O - объемная доля влаги в анализируемом газе;

Э_H2O ^- электрохимический эквивалент воды;

Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку;

I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки.

На фигуре представлена блок схема предлагаемого гигрометра.

Гигрометр состоит из кулонометрической ячейки 1, источника постоянного тока 2, микроамперметра 3, дополнительного источника постоянного тока 4, стабилизатора расхода газа 5, подстроечного резистора 6.

Гигрометр работает следующим образом. Анализируемый газ подается на входной штуцер гигрометра. Расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. Объемная доля влаги в анализируемом газе будет определяться по формуле (4).

Гигрометр, состоящий из кулонометрической ячейки, источника постоянного тока, микроамперметра, дополнительного источника постоянного тока, стабилизатора расхода газа, подстроечного резистора, отличающийся тем, что в электрическую схему гигрометра введена цепь из последовательно соединенного дополнительного источника постоянного тока и подстроечного резистора, она подключена параллельно микроамперметру в обратной полярности, а измерение объемной доли влаги определяется по формуле:

где В_Н2O - объемная доля влаги в анализируемом газе;

Э_H2O - электрохимический эквивалент воды;

Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку;

I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки;

I_КОМП - ток компенсации δ_фк.я кулонометрической ячейки.