ГИГРОМЕТР
HUMIDITY INDICATOR

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.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений объемной доли влаги гигрометров, использующих кулонометрический метод измерения влажности в газах.
Известен гигрометр (а.с. СССР 1404917, кл. G01N 27/42), содержащий датчик, включающий блок формирования потока со стабилизатором расхода газа, измерительный канал, в котором установлены последовательно рабочий и контрольный чувствительные элементы, источник питания, в цепи которого установлен измерительный прибор, устройство сравнения выходных сигналов чувствительных элементов. Чувствительные элементы включены как смежные плечи в соединенную с источником питания мостовую схему, другими плечами которой являются переменные резисторы. При неполном извлечении влаги чувствительными элементами срабатывает устройство сравнения, тем самым указывает на превышение допустимого предела поглощаемости чувствительными элементами и на необходимость проведения техобслуживания.
Недостатком такого гигрометра является, то что при срабатывании устройства сравнения о неполном извлечении влаги приходится останавливать работу гигрометра для проведения техобслуживания.
На чертеже приведена функциональная схема гигрометра.
p
k
Гигрометр содержит датчик (1), включающий блок формирования потока (2) со стабилизатором расхода газа, кулонометрическую ячейку (3), состоящую их двух частей рабочей 4 (L) и контрольной 5 (L), расположенных друг за другом и покрытых пленкой сорбента. Соотношение длин контрольной части и рабочей не менее  Вместе с общим электродом 6 они выполнены в виде геликоидальных несоприкасающихся спиралей.
Гигрометр работает следующим образом.
0
H2O
Анализируемый газ проходит через блок формирования потока и поступает в кулонометрическую ячейку. 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. Суммарный ток I электролиза влаги рабочей 4 и контрольной 5 части кулонометрической ячейки при постоянном расходе газа пропорционален объемной доле влаги, содержащейся в анализируемом газе (В) и определяемой по формуле
где  - объемная доля влаги в анализируемом газе;
- электрохимический эквивалент воды;
Q - расход газа;
0
I - суммарный ток электролиза влаги рабочей и контрольной части кулонометрической ячейки.
0
0
Напряжение, падающее на резисторе R, определяемое током I и пропорциональное объемной доле влаги в анализируемом газе, подается на плату контроллера 8, где оно измеряется и преобразуется в единицы влажности, с выдачей этой информации на показывающее устройство 9.
0
Основная приведенная погрешность (δ,%) гигрометра состоит из следующих составляющих:
1
δ - приведенная погрешность преобразования тока кулонометрической ячейки в показания гигрометра, %;
Q
δ - приведенная погрешность, обусловленная отклонением расхода газа через кулонометрическую ячейку от номинального значения, %;
H
δ - приведенная погрешность, обусловленная неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой, имеет всегда отрицательное значение, %;
ф
δ - приведенная погрешность, обусловленная фоновым показанием гигрометра, имеет всегда положительное значение, %.
Значение основной приведенной погрешности рассчитывают по формуле
0
1
Q
H
ф
δ=δ+δ+δ+δ.
H
г
p
0
к
н
Определения значения составляющей основной приведенной погрешности δ, обусловленной неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой проводят следующим образом. Гигрометр включают в работу на анализируемом газе с объемной долей влаги, соответствующей диапазону измерений гигрометра. После выхода гигрометра на режим контроллер дает команду на запоминание показаний В, затем дает команду на кратковременное переключение тока рабочей части кулонометрической ячейки на резистор R.В этот момент через резистор R проходит только ток контрольной части кулонометрической ячейки, который с помощью контроллера преобразуется в единицы влажности и запоминается в памяти контроллера В, затем подается команда на вычисление δ которая определяется по формуле
где К - значение коэффициента, определяется конкретным типом гигрометра и приводится в методике поверки;
к
-1
В - показание гигрометра при нажатой кнопке КОНТРОЛЬ, млн;
г
-1
В - показание гигрометра, млн.
Формула (1) взята из методики поверки на кулонометрические гигрометры.
Все команды, которые осуществляет контроллер, предусмотрены алгоритмом работы гигрометра и находятся в постоянной памяти гигрометра.
н
г
к
н
н
-2
После определения δ контроллер дает команду на увеличение показаний В на величину К·В·10, до следующего определения δ. Такой алгоритм, заложенный в программе контроллера гигрометра, позволяет убрать из основной приведенной погрешности составляющую δ, что повышает точность измерения влажности кулонометрическими гигрометрами.
Для подтверждения промышленной применяемости изобретения и лучшего понимания предложения приводим примеры его конкретной реализации, которые не исчерпывают сущности заявляемого решения.
-1
н
Для определения неполноты извлечения влаги были использованы результаты приемосдаточных испытаний гигрометров "Байкал-5Ц" исп.3, кулонометрические ячейки которых изготовлены с электродами из родия. В гигрометры подавались анализируемые газы (азот или воздух) с объемной долей влаги более 100 млн от генератора влажного газа РОДНИК-4. После установления показаний гигрометров определялась приведенная погрешность δ, обусловленная неполным извлечением влаги кулонометрической ячейкой, по формуле (1). В расчетах величина коэффициента К принята 14,8.
н
Результаты измерений приведены в таблице 1. Объемная доля влаги после введения компенсации погрешности δ обозначена как
Таблица 1
№ п/п
В<sub>г</sub>, млн<sup>-1</sup>
В<sub>к</sub>, млн<sup>-1</sup>
δ<sub>н</sub>, %
К·В<sub>к</sub>·10<sup>-2</sup>, млн<sup>-1</sup>
<img file="00000007.tif" he="7" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" /> млн<sup>-1</sup>
1
160,8
4,04
0,93
0,59
161,4
2
229,0
5,52
0,36
0,82
229,8
3
341,2
5,47
0,24
0,81
342,0
4
444,6
6,79
0,23
1,0
445,6
5
531,0
20,9
0,58
3,09
534,1
6
654,4
20,3
0,50
3,00
657,4
7
717,5
16,4
0,34
2,43
719,9
8
858,1
17,5
0,30
2,59
860,7
9
944,0
24,5
0,38
3,63
947,7
По этой же методике проводились испытания гигрометров "Байкал-5Ц", поступивших на поверку через один год эксплуатации. Результаты измерений приведены в таблице 2.
Таблица 2
№ п/п
В<sub>г</sub>, млн<sup>-1</sup>
В<sub>к</sub>, млн<sup>-1</sup>
δ<sub>н</sub>, %
К·В<sub>к</sub>·10<sup>-2</sup>, млн<sup>-1</sup>
<img file="00000007.tif" he="7" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" /> млн<sup>-1</sup>
1
73,2
3,37
0,68
0,50
73,7
2
112,8
4,85
0,6
0,72
113,5
3
487,2
21,4
0,65
3,17
490,4
4
854,8
40,2
0,69
5,92
860,7
-1
н
H2O
Дополнительно были проведены испытания четырех гигрометров "Байкал-5Ц" исп.3 при подаче на вход приборов анализируемых газов: кислород и водород. Кислород подавался на вход гигрометров от генератора влажного газа РОДНИК-4 с объемной долей влаги более 800 млн. Определение δ и В' выполнялось по предыдущей методике.
н
Анализируемый газ (водород) подавался в гигрометры из баллона через стабилизатор давления газа, и после установления показаний гигрометров записывались результаты измерений и определялись относительные погрешности гигрометров, вызванные неполнотой извлечения влаги δ по формуле (1).
В таблице 3 приведены результаты определения погрешностей гигрометров, вызванных неполнотой извлечения влаги в КЭЯ на кислороде и водороде.
Таблица 3
№ п/п
В<sub>г</sub>, млн<sup>-1</sup>
В<sub>к</sub>, млн<sup>-1</sup>
δ<sub>н</sub>,%
К·В<sub>к</sub>·10<sup>-2</sup>, млн<sup>-1</sup>
В'<sub>Н2О</sub> млн<sup>-1</sup>
Анализируемый газ
1
860,7
49,7
0,86
7,36
868,1
Кислород
2
872,5
38,3
0,65
5,67
878,2
Кислород
3
236,4
35,9
2,25
5,31
241,7
Водород
4
286,2
38,9
2,01
5,76
292,0
Водород
Проведенные испытания показали, что предлагаемый автоматический режим компенсации относительной погрешности гигрометров, вызванной неполнотой извлечения влаги, позволит повысить точность измерений.