СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИХ ГИГРОМЕТРОВ
METHOD OF STABILISATION OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF COULOMETRIC HYGROMETERS

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерения объемной доли влаги (ОДВ) в газах.
Целью изобретения является стабилизация динамических характеристик кулонометрических гигрометров независимо от температуры окружающей среды.
Для измерения влажности газов широкое распространение получили кулонометрические гигрометры. Относительная простота и высокая надежность способствовали их массовому внедрению в электронной промышленности, на химических, нефтехимических и других предприятиях. Измеряемой величиной в этих гигрометрах является ОДВ. Для измерения ОДВ в гигрометрах используют кулонометрическую ячейку.
Известна кулонометрическая ячейка, Авторское свидетельство СССР №448774, кл. G01N 27/02. Кулонометрическая ячейка содержит геликоидально намотанные платиновые или родиевые электроды, которые размещены на внутренней поверхности толстостенной стеклянной трубки и частично в ней утоплены. Трубка одновременно является и корпусом ячейки. Один электрод является общим и навит по геликоидальной кривой по всей длине ячейки. Между витками общего электрода по геликоидальной линии расположены последовательно еще два электрода. Эти два электрода представляют рабочую и контрольную часть ячейки. Слой гигроскопического вещества, активно поглощающий влагу из проходящего по трубке газа, наносится на внутреннюю поверхность трубки. Под действием поданного на электроды постоянного напряжения происходит электролиз поглощенной влаги.
Номинальная статическая характеристика преобразования кулонометрической ячейки определяется по формуле
-1
где В - влажность, соответствующая току кулонометрической ячейки по номинальной статистической характеристики преобразования, млн;
-1
7,479 - коэффициент, обусловленный выбором единиц измерения млн,
I - ток кулонометрической ячейки, мкА;
H
3
Q - номинальный расход газа через кулонометрическую ячейку, см/мин.
В кулонометрических гигрометрах применяется кулонометрическая ячейка (Патент на полезную модель №59257 РФ, опубликовано 10.12.2006 г., Бюл. №34), состоящая из двух частей, рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов, один из электродов является общим, пленки сорбента, покрывающей электроды и внутренний канал корпуса и выводов, отличающийся тем, что общий электрод имеет выводы на поверхности корпуса, один расположен на входе анализируемого газа, а другой расположен на выходе анализируемого газа.
Такое расположение контактов общего электрода позволяет его использовать в качестве нагревателя. При кратковременном повышении температуры кулонометрической ячейки уменьшается время подготовки гигрометра к работе.
Недостатком данной кулонометрической ячейки является то, что температура поверхности сорбента будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, что в свою очередь ведет к изменению динамических характеристик и времени подготовки гигрометра к работе.
В настоящее время все технические характеристики на кулонометрические гигрометры нормированы стандартом ГОСТ Р 8.758-2011 "Гигрометры кулонометрические. Общие технические условия".
В разделе 6.8, пунктах 6.8.1 и 6.8.2 ГОСТа Р 8.758-2011 "Гигрометры кулонометрические. Общие технические условия" указаны требования к динамическим характеристикам кулонометрических гигрометров. Этим требованиям должны соответствовать все кулонометрические гигрометры при нормальных условиях (п. 5.7 ГОСТа Р 8.758-2011), но так же, как рабочие условия гигрометров меняются в большом диапазоне температур окружающей среды, то будут изменяться и динамические характеристики гигрометров, что сильно влияет на время подготовки и установления показаний.
Целью изобретения является стабилизация динамических характеристик кулонометрических гигрометров независимо от температуры окружающей среды.
p
k
Поставленная цель достигается тем, что в кулонометрическом гигрометре, использующим кулонометрическую ячейку, изображенную на чертеже, состоящую из двух частей, рабочей (l) и контрольной (l), расположенных во внутреннем канале стеклянного корпуса, трех проволочных платиновых или родиевых геликоидальных электродов. Пленка сорбента 1 покрывает внутренний канал корпуса 2 и электроды: рабочий 3, контрольный 4 и общий 5, причем общий электрод имеет два вывода на поверхности корпуса - один расположен на входе анализируемого газа, а другой расположен на выходе анализируемого газа.
Такое расположение общего электрода позволяет использовать его одновременно в качестве датчика температуры и нагревателя, которые совместно с терморегулятором 6 поддерживают температуру общего электрода, а так как общий электрод навит по геликоидальной кривой по всей длине ячейки и его покрывает тонкий слой сорбента, то и температура сорбента будет постоянной, при этом сохраняются все динамические характеристики независимо от температуры окружающей среды. Температура сорбента должна быть на несколько градусов выше максимальной рабочей температуры гигрометра, а измеренная ОДВ таким гигрометром будет соответствовать номинальной статической характеристики преобразования кулонометрической ячейки (1), работа терморегулятора, поддерживающего температуру сорбента, при таком включении не влияет на работу гигрометра.
Для подтверждения промышленной применяемости изобретения и лучшего понимания его применения на практике приводим примеры его конкретной реализации, которые не исчерпывают сущность решения.
Для определения динамических характеристик были проведены исследования с применением гигрометра «Байкал-МК».
Цикл измерений (изменение ОДВ на входе гигрометра в сторону увеличения и затем в сторону уменьшения) выполняем три раза. Время установления показаний - время от момента изменения ОДВ до момента, когда изменение показаний гигрометра составит 0,9 от полного его изменения, определяем, как среднее арифметическое значение показаний при увеличении и при уменьшении ОДВ. Результаты измерения приведены в таблице 1.
Результаты экспериментов показывают, что динамические характеристики кулонометрических гигрометров, использующих данную схему включения кулонометрической ячейки, сохраняются при изменении температуры анализируемого газа и окружающей среды.