Способ эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности

Способ эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСAНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯ ш1 474726

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 22.03.71 (21) 1640516/26-25 с присоединением заявки М (32) Приоритет

Опубликовано 25.06.75. Бюллетень Хе 23

Дата опубликования описания 29.09.75 (51) М. Кл. б 01п 27 42

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 551.508.7 (088.8) (72) Авторы изобретения Ю. Д. Лукомский, В. А. Михайлец, Б. М. Четвертухин, А. 3. Грищенко, А. М. Литвинов, Л. И. Шинкарчук и А. М. Жуковский (71) Заявитель

Институт автоматики (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДОГРЕВНОГО

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к области измерения влажности газов и может быть использовано при эксплуатации подогревных электролитических датчиков влажности на объектах, работающих длительное время без доступа обслуживающего персонала в устройствах дискретного контроля и регулирования систем кондиционирования воздуха.

Известные подогревные электролитические датчики влажности с влагочувствительным слоем и электродами — высокочувствительные приборы, позволяющие измерять влажность с высокой разрешающей способностью и точностью при полной взаимозаменяемости.

Этим объясняется возрастающее применение таких датчиков в устройствах для контроля влажности газов. Однако эти датчики не могут длительное время работать без профилактики и требуют периодического обновления влагочувствительного слоя. Эта работа может проводиться только с участием обслуживающего персонала и должна выполняться не позже, чем после 3 — 4 месяцев работы датчика, так как, начиная с этого времени эксплуатации, погрешность измерения датчика быстро растет. B результате подогревные электролитические датчики влажности при всех достоинствах не могут быть использованы для работы в устройствах контроля и регулирования влажности в закрытых отсеках, в которые продолжительное время доступ человека запрещен.

Исследования эксплуатационных характеристик подогревных электролитпческпх датчиков

5 влажности показали, что основной причиной увеличения погрешности после 3 — 4 месяцев работы датчика влажности и, следовательно, необходимости очередного обновления влагочувствительного слоя является обеднение

10 прежнего слоя влагопоглощающпм веществом пз-за электролптического разложения последнего под действием проходящего электрического тока. При этом количество разложившегося влагопоглощающсго вещества про15 порционально величине тока во влагопоглощающем уча" òêå и времени е о протекания, т. е. продолжительности работы датчика.

Таким образом, прп большем токе в электрической цепи продолжительность работы

20 датчика меньше, чем прп меньшем токе.

В свою очередь, величина тока в электролптической цепи датчика зависит от влажности среды, в которой он работает, причем с увеличением влажности ток возрастает, а с llo25 нижением ее соответственно уменьшается. Величиной тока в электролитической цепи определяется нагрев датчика влажности до равновесной температуры, которая для каждого влагопоглощающего вещества является функ30 цией влажности, т. е. величиной параметри474726 ческой и для определенного значения влажности постоянной. Поэтому температуру, а следовательно, и нагрев для определсннои конструкции датчика изменить не представляется возможным.

Большинство находящихся в эксплуатации датчиков влажности на объектах установлены стационарно и работают в устройствах контроля и управления по поддержанию влажности на определенном наперед заданном vpoBlIc. Для таких датчиков, В зависимости от мест их установки, точнее, от границ изменения параметров, при которых они работают, определяется и длительность периода их эксплуатации в промежутках между формованием нового влагочувствительного слоя. Этим объясняется разная длительность периодов нормальной работы подогревпых электролитических датчиков влажности, которая, как правило, находится в пределах 3—

4 месяцев.

Известен способ повышения длительности эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности, при котором в продолжение всего периода работы датчика ему непрерывно сообщают такое количество тепла, которое при отсутствии напряжения на электродах обеспечивает постоянный нагрев влагочувствительного слоя до уровня равновесной температуры на нижнем пределе измерения влажности, а через электроды пропускают такой ток, при котором выделяемое от него количество тепла обеспечивает дополнительный нагрев влагочувствительного слоя до уровня равновесной температуры, соответствующей измеряемому значению влажности.

При таком способе повышения длительности эксплуатации датчика интенсивность разрушения влагочувствительного слоя уменьшается, так как снижается ток в электролитичсской цепи. Это обусловливает увеличение длительности эксплуатации датчиков влажности до 1,0 — 1,5 года и таким образом расширяет возможности их применения. Однако в настоящее время подогревные электролитические датчики влажности при использовании известного способа повышения длительности их эксплуатации не могут быть установлены на объектах, работающих по несколько лет без доступа обслуживающего персонала, так как этот способ повышения длительности их эксплуатации не обеспечивает работоспособность датчиков с одним и тем же влагочувствительным слоем на протяжении нескольких лет.

Закрытые объекты, предназначенныс для длительной работы без доступа обслуживающего персонала, вследствие повышенной изоляции от внешней среды, отличаются медленным изменением возмущающих воздействий.

Поэтому, как правило, измерение и регулирование влажности в нпх носит периодический характер, Причем, если продолжительность измерения и регулирования, т. е. того времени, когда из датчика снимают сигнал (время

I0

65 работы датчика), находится в пределах минуты, то время промежуточного бездействия датчика в иных измерительных устройствах исчисляется несколькими часами, а иногда измерения выполняются только 1 — 2 раза в сутки. Тем не менее, в соответствии с известным способом повышения длительности эксплуатации датчика, в течение всего времени его эксплуатации, включая и промеяуток времени холостой работы, происходит хотя и медленный, но постоянный процесс разрушения влагочувствительного слоя под действием тока, протекающего по электролптической цепи, что снижает длительность эксплуатации датчика.

Известный способ повышения длительности эксплуатации подогревного электролитпческого датчика влажности характеризуется постоянным разрушением влагочувствительного слоя, и, вследствие этого, — практической невозможностью удлинения времени эксплуатации датчика на срок более 1,5 года без повторного нанесения влагочувствительного слоя.

В предлагаемом способе эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности предохранение влагочувствительного слоя от разрушения достигается тем, что в течение всего периода эксплуатации датчика, за исключением времени подготовки измерения и его выполнения, отключают питание электролитической цепи, а влагопоглощающий участок нагревают, подводя к нему такое количество тепла, чтобы температура влагопоглощающего слоя была равна равновесной температуре, соответствующей верхнему пределу измеряемой Величины Влажности.

При таком способе эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности интенсивность разрушения влагочувствительного слоя ниже, по сравнению с известным способом, в связи с тем, что ток в электролптической цепи проходит во время подготовки и выполнения измерений. Следовательно, только в короткое время (подготовка измерения — около 2 мин, а измерение и регулирование — не больше 1 мин) происходит электролитическое разложение влагочувствительного слоя. В течение остального времени эксплуатации в промежутках между работой датчика электролитическое разложение влагопоглоШающего вещества не происходит, так как ток в электролитпческой цепи отсутствует. В это время влагочувствительный слой предохраняют от стекания, а следовательно, и от разрушения тем, что к нему проводят тепло в таком количестве, чтобы поддержать температуру влагочувствительного слоя на уровне равновесной температуры на верхнем пределе изменения влажности.

По сравнению с известным, предлагаемый способ имеет более узкую область применения. Это значит, что если известный способ мояет быть использован для повышения длительности периода работы датчиков, работающих как в устройствах непрерывного, 474726

10

15 так и дискретного контроля и управления, то предлагаемый способ может быть применен лишь к датчикам, работающим в дискретных устройствах. Однако предлагаемый способ выгодно отличается от известного меньшей средней интенсивностью разрушения влагочувствительного слоя, что и обеспечивает большую длительность эксплуатации датчика.

Расчеты показывают, что в соответствии с предлагаемым способом длительность эксплуатации подогревных электролитических датчиков влажности составляет 4 — 6 лет, т. е. возрастает в 3 — 6 раз по сравнению с известным способом. При таких обстоятельствах сохранность влагочувствительного слоя практически перестает быть фактором, лимитирующим длительность работы датчика. Это создает возможность установки подогревных электролитических датчиков влажности на объектах, работающих по несколько лет без обслуживающего персонала.

На чертеже представлена схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Приняты следующие обозначения: датчик 1 влажности, термочувствительный элемент 2; резистивный нагревательный элемент 3; влагопоглощающий участок 4; электроды 5; влагочувствительный слой 6; проводники 7 — 9; автоматический электроизмерительный или регулирующий прибор 10; резисторы 11 — 13; реле 14; трансформатор 15; узел 16 программного управления измерением.

Подогревной электролитический датчик 1 влажности выполнен следующим образом. На каркас, внутри которого находится термочувствительный элемент 2 (например, термометр сопротивления, термистор или т. п.), намотан резистивный нагревательный элемент 3. Вокруг последнего размещен влагопоглощающий участок 4 (например, одет стеклочулок), на который навиты электроды 5. Влагопоглощающий участок 4 пропитан раствором влагопоглощающего вещества (например, раствором хлористого лития) и на его поверхности образован влагочувствительный слой 6.

Датчик влахкности проводниками связан с другими устройствами, обеспечивающими его нормальную эксплуатацию. При этом термочувствительный элемент соединен с автоматическим электроизмерителbHûì или регулирующим прибором (например, мостом, потенциометром и т. и.), резистивный нагрузочпый элемент 3 через резисторы 11, 12 и нормально закрытый контакт реле, а электроды — через резистор 13 и нормально открытый контакт реле подключен ко вторичной обмотке трансформатора, первичная обмотка которого подключена в сеть переменного напряжения.

Обмотка реле подключена к выходу узла программного управления измерением, который, в сво1о очередь, соединен с автоматическим измерительным илп регулирующим прибором.

Резистор 11 слухкит для установки макси20

ЗО

65 мального тока в резистивном нагревательном элементе 4, при котором в последнем при обесточенном реле (нормально закрытый контакт замкнут) выделяется количество тепла, обеспечивающее поддержание температуры влагочувствительного слоя на уровне равновесной температуры, соответствующей верхнему пределу измерения влажности. Резистор

12 служит для установки минимального тока в резистивном нагревательном элементе, при котором в последнем при включенном реле (нормально закрытый контакт разомкнут) выделяется количество тепла, обеспечивающее поддержание температуры влагочувствительного слоя на уровне равновесной температуры на ни>кием пределе измерения влажности.

Резистор 13 предназначен для ограничения тока в трансформаторе на случай короткого замыкания в датчике.

Нормально открытый контакт разомкнут и цепь питания электродов и влагочувствительного слоя обесточена, а нормально закрытый контакт закорачпвает резистор 12. В такОм положении в резистивном нагревательном элементе выделяется наибольшая тепловая мощность, при которой температура влагочувствительного слоя равна равновесной температуре на верхнем пределе измерения влажности. Последнее, с одной стороны, предохраняет влагочувствительный слой от черезмерного влагопоглощения, набухания и стекания, а, с другой, обеспечивает минимальное время выхода датчика на режим нормальной работы на этапе подготовки измерения. Такое состояние датчика характерно для всех промежутков времени между его работой.

Через соответствующий интервал времени, определяемый динамическими характеристиками объекта и характером возмущающих воздействий, узел программного управления измерением включает реле, а со сдвигом во времени на 2 мин — автоматический электропзмеритсльный илп регулирующий прибор.

Интервал времени между в1 лючением реле и включением прибора 10 является временем выхода датчика на режим нормальной работы. Это происходит следующим образом. Нормально Открытый I .0HTBI(T замыкает электрическую цепь тока и подает напряжение на электроды 11 влагочувствительный слой. Одновременно нормально закрытый контакт реле размыкается и в цепь питания резистивного нагревательного элемента последовательно включает резистор 12, уменьшая тепловыделсние в резистивном нагревательном элементе.

Температура влагочувствитсльного слоя начинает понижаться от уровня равновесной температуры на верхнем пределе измерения влахкностп (нагрев до этого уровня обеспечивается максимальным током через резистпвный нагревательный элемент) до уровня равновесной температуры, соответствующей измеряемой величине влажности. В это время тепло в датчике выделяется от двух источников, в том числе резистивный нагревательный

474726

l5

20

35

Предмет изобретения

Составитель Н. Преображенская

Редактор А. Ьатыгин Тскред Л. Казачкова Корректор Е, Хмелева

Заказ 2317/8 Изд. № 810 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4,5 пр. Сапунова, 2

Типография, элемент выделяет тепло в таком количестве, чтобы при отсутствии напряжения на электродах поддерживать температуру влагочувствительного слоя на уровне равновесной температуры, соответствующей нижнему пределу измерения влажности, и влагопоглощающий участок выделяет тепло, которое обеспечивает повышение температуры влагочувствительного слоя до уровня равновесной температуры, соответствующей измеряемой величине влажности.

После окончания времени подготовки измерения, когда датчик входит в режим работы (обычно это не более 2 мин) с узла программного управления измерением в автоматический электроизмерительный или регулирующий прибор поступает команда на начало измерения и регулирования. После окончания этих операций обмотка реле снова обесточивается, его контакты устанавливаются в исходное положение, а в работе датчика и прибора 10 начинается новая пауза.

Таким образом, все время эксплуатации датчика с одним и тем же влагочувствительным слоем состоит из чередующихся периодов работы и пауз. В таком режиме эксплуатации датчика, когда в промежутках между его работой разрывают электролитическую цепь, а влагочувствительный слой предохраняют от стекания повышением его температуры до уровня равновесной температуры на верхнем пределе измерения, достигается наибольшая работоспособность и продолжительность работы влагочувствительного слоя и, следовательно, времени эксплуатации датчика при незначительном времени выхода его на режим нормальной работы.

Способ эксплуатации подогревного электролитического датчика влажности, заключающийся в том, что периодически подготавливают датчик к измерениям и проводят их, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью предохранения влагочувствительного слоя от разрушения, непрерывно, за исключением времени подготовки и измерений, датчик подогревают до температуры, по крайней мере, равной равновесной температуре, соответствующей верхнему пределу измеряемой величины вла>кности.