Способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру

Способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

<оцнапистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

t5 > К„З (22) Заявлено 260879 (21) 2803819/18-25 с присоединением заявки HP

G 01 М 25/26

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений

- и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150981, Бюллетень Мо 34

Дата опубликования описания 150981 (53) УДК 533.275 (088.8) (72) Автор изобретения с ! Ю.Д.Лукомский

1

Киевский институт автоматики им. ХХ" сьеэда КПСС— (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРЦИАЛЬНОГО

ДАВЛЕНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В ТЕМПЕРАТУРУ

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке и эксплуатации подогревных электролитических первичных преобразователей влажности газов.

Известен способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру, основан. ный на поддержании в насыщении водного раствора гигроскопической соли путем нагрева пропусканием через него переменного тока с помощью электродов (1 ).

Недостатки способа — относительно невысокая точность измерительного преобразования вследствие изменения в широких пределах влагосодержания гиГроскопической соли и связанного с этим изменения площадей поверхностей насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли под воздействием внешних влияющих величин, а также относительно небольшой ресурс преобразователя вследствие интенсивного электролиза гигроскопической соли.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара ! в температуру, заключающийся в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического сопротивления электродной цепи преобразователя при установлении равновесной температуры.

Согласно этому способу измерительного преобразования поддерживают влагосодержание гигроскопической соли в заданных пределах путем измерения

I5 электрического сопротивления электродной цепи и изменения нагрева гигроскопической соли, что обеспечивает стабилизацию чувствительности преобразователя в каждой точке его граду20 ировочной характеристики при различных воздействиях внешних влияющих величин H эа счет этого приводит к повышению точности измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру 12 1.

Недостатком указанного способа есть относительно небольшой ресурс преобразователя вследствие интенсив" ного электролиза гигроскопической

30 соли.

864 086

Цель изобретения - увеличение ресурса преобразователя эа счет уменьшения интенсивности электролиза пигроскопической соли.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру, заключающегося в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через .раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического сопротивления электродной цепи преобразователя при установлении равновесной температуры, измеряют межэлектродную электрическую емкость преобразователя при установлении равновесной температуры, изменяют напряжение питания его электродной цепи или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установ ления мел.ду ними соотношения -пч

rru « где U - напряжение питания электродной цепи преобразователя, U„- напряжение разложения насыщенного водного раствора гигроскогической соли;

R — электрическое сопротивление электродной цепи преобразователя, С вЂ” межэлектрадная электрическая емкость преобразователя.

Кроме того, в качестве заданного значения влагосодержания гигроскопической соли используют влагосодержание, соответствующее максимальному значению произведения электрического сопротивления электродной цепи межэлектродную электрическую емкость.

Измерение межзлектродной электрической емкости преобразователя при установлении равновесной температуры и изменение напряжения питания его электродной цепи или частоты пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соот"/0 -0 ношения f> — в обеспечивает

2ЫО c такое распределение напряжения пита. ния на элементах электродной цепи, при котором амплитуда напряжения. на межэлектродной емкости, состоящей из последовательно соединенных емкостей двойного электрического слоя на границах каждого электрода с раствором, не превышает значения напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли при

U y>Up . При этом оставшаяся часть Цд падает на последовательно соединейных элементах электродной цепи, в том числе на электрическом

> сопротивлении насыщенного водного растворч гигроскопической соли, резисторах в цепи электродов, внутреннем сопротивлении источника питания, соединительных проводах.

В свою очередь, ограничение падения напряжения на межэлектродной электрической емкости преобразователя значением напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли обеспечивает минимизацию фарадеевской составляющей переменного тока электродов вследствие увеличения электрического сопротивления шунтирующих емкости резисt5 торов при таком напряжении на них и соответствующее увеличение токов смещения в емкостях двойных электрических слоев на границах электродов с раствором, что приводит к уменьшению интенсивности электролиза гигро20 скопической соли и увеличению ресурса преобразователя.

Наряду с этим, измерение межзлектродной электрической емкости преобразователя при установлении равновесной температуры и изменение напряжения питания его электродной цепи или частоты пропускаемого через раствор переменного тока до установления

30 мевпуними соотношеният в обесqu.— u

2EUpRC печивают минимизацию частоты переменного тока при увеличении ресурса преобраз ователя, что приводит к повышению эффективности использования злек35 троэнергии источника питания за счет минимизации ее потерь в реактивных элементах электродной цепи.

Определение по результатам измерений электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости преобразователя соответствующего максимальному произведению этих параметров влагосодержания гигроскопической соли и использование его в качестве заданного значения обеспечивает минимальную интенсивность электролиза гигроскопической соли за счет установления минимальной интенсивности нарастания напряжения и минимальное значение его амплитуды между каждым электродом и раствором вследствие того, что постоянная времени (С= С) электродной цепи преобразователя, представляющей собой RC -цепочку с параболической зависимостью между

Я и С для каждого значения парциального давления водяного пара максимальна только при одном значении равновесной температуры и уменьшается по мере отклонения этой температуры от данного значения при усилении или ослаблении нагрева.

Корректирование влагосодержания гигроскопической соли по значению межэлектродной электрической емкос86 4086 ти преобразователя обеспечивает стабилизацию влагосодержания соли в диапазоне измерительного преобразо" вания парциального давления водяного пара без введения дополнительной корректировки влагосодержания по температуре, поскольку электрическая емкость системы "электрод-раствор" мало зависит от температуры раствора, а это, в конечном итоге, приводитк повышению точности измерительного преобразования и упрощению процесса эксплуатации преобразователя.

Ниже приведен вывод формулы, регламентирующей в соответствии с пред-. лагаемым способом соотношение между напряжением питания электродной цепи и частотой пропускаемого через раствор переменного тока. В качестве модели такой цепи использована электрическая схема, состоящая из последовательно соединенных резистора К и 20 емкости С, эквивалентной двум после,довательно соединенным емкостям на 1-ми 2-м участках "электрод-раствор". При питании такой схемы от источника переменного тока напряжением 0й падения напряжения на ее элементах распределяются пропорционально их сопротивлениям переменному току, при этом (>.БЫЗОВ, гав,КС е Хе

Up R где U U — падение напряжений со-, ответственно на резисторе и на емкости; 35

Х вЂ” сопротивление емкости е переменному току.

-/5 - ир

21сБ %С

"е ./ > ца 2>>>>С п 8 откуда

Пример выполнения предлагаемого способа применительно к подогревному электролитическому первичному преобразователю влажности газов с электродами.

Сначала измеряют необходимые параметры преобразователя, в частности электрическое сопротивление электррдной цепи, межэлектродную электрическую емкость, а также определяют

60 значение напряжения разложения насыщенного водного раствора используемой гигроскопической соли, необходимые для установления выраженного формулой соотношения между напряже65,нием питания электродной цепи преоб-, С учетом IJ =«/ -ц И Х = > к n C с (й 21еХе где ug и -соответственно угловая частота и частота переменного тока, уравнение (1) приобретает внд

Поскольку вольт-ампер ная характеристика электролитической ячейки постоянного тока содержит излом с координатой (напряжение разложения электролита) на оси напряжения, причем крутизна участка характеристики с напряжением Ц (р существенно ниже, чем крутизна участка с напряжением

О > Ор, то и значение тока электролиза в з ависимости от приложенного напряжения изменяется с такой же нелинейностью. Рассматривая переменный .ток как постоянный в рамках каждого, полупериода, заменив в уравнении (21 бна Up и введя ограничение ц цр е получаем формулу регламентирующую соотношение между напряжением питания электродной цепи преобразователя и частотой пропускаемого через раствор переменного то. ка по значениям физических параметров (й, С, +) электродной цепи преобразователя.

Предлагаемый способ осуществляют пооперационно следующим образом.

Нагревают в преобразователе насыщенный водный раствор гигроскопической соли путем пропускания через него переменного тока с помощью электродов до установления равновесной температуры соли. Затем измеряют электрическое сопротивление электродной цепи и межэлектродную электрическую емкость преобразователя. По результатам измерений определяют значение влагосодержания гигроскопической соли, соответствующее максимальному произведению электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрическОй емкости преобразователя, для использования в качестве заданного значения. По значению межэлектродной электрической емкости преобразователя корректируют влагосодержание гигроскопической соли до достижения заданного значения путем изменения нагрева. Изменяют напряжение питания электродной цепи преобразователя или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соотношения

При этом мерой парциального давления водяного пара является равновесная температура гигроскопической соли.

8б4086 электрическую емкость преобразователя.

60 разователя и частотой пропускаемого через раствор переменного тока.

Дпя измерения электрического сопротивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости заполняют межзлектродное пространство преобразователя водным раствором гигроскопической соли, электродную цепь преобразователя через переключатель соединяют с источником питания переменным током и измерительным мостом переменного тока, а при наличии в преобразователе отдельных резистивных нагревательных элементов подключают их к соответствующим источникам питания. При протекании тока в цепях электродов и реэистивных нагревательных элементов раствор гигроскопической соли нагревается, испаряет растворитель И становится насыщенным. Продолжение нагрева и испарение растворителя приводят к кристаллизации гигроскопической соли из раствора и понижению ее .влагосодержания, возрастанию электрического сопротивления электродной цепи преобразователя и уменьшению интенсивности нагрева. После завершения переходного процесса и установления равновесной температуры преобразователя подключают его электродную цепь на вход измерительного моста и измеряют электрическое сопротивление электродной цепи и межэлектродную

Затем при том же парциаЛьном давлении водяного пара измеряют нагрев. раствора и следят за установлением равновесной температуры преобразователя при ином влагосодержании гигро= скопической соли, после чего снова измеряют электрическое сопротивление электродной цепи и межэлектродную, электрическую емкость преобразователя.

Такие измерения выполняют при различных значениях влагосодержания гигроскопической соли (в 5-7 точках диапазона изменения влагосодержания при сохранении насыщенным водного раствора этой соли) в каждом из наме-. ченных при исследовании сечений практически в 5-7 сечениях) рабочего диапазона измерительного преобразования парциального давления водяного

napa a температуру. По полученным результатам измерений строят график зависимости между электрическим сопротивлением электродной цепи и межэлектродной электрической емкостью ,преобразователя для каждого сечения диапазона измерительного преобразования. Затем по каждому графику определяют значения сопротивления и емкости, соответствующие максимальному значению их произведения, и строят график распределения-значений этих межэлектродных электрических емкостей (отражающих влагосодержания гигроскопической соли, при которых зна I0

ЗО чения произведений емкостей на сопротивл ния максимальны) в зависимости от значений парциального давления водяного пара в рабочем диапазоне измерительного преобразования.

Значение напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли определяют по таблицам электродных потенциалов или экспериментально. При экспериментальном определении значения напряжения разложения преобразователь погружают в пробирку с насыщенным водным раствором гигроскопической соли, к токовыводам электродов подключают вольтметр. Подсоединив электродную цепь через делитель напряжения к источнику постоянного тока, плавно, начиная с нуля, повышают напряжение и наблюдают за поверхностью электродов и показанием вольтметра. Зафиксированное на грани начала выделения пузырьков газа с поверхности электродов напря жение и является напряжением разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли.

После получения результатов измерений электрического сопротивления электродной цепи, межэлеKTродной электрической емкости и напряжения разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли монтируют. преобразователь по месту эксплуатации и, подключив его нагревательные элементы к соответствующим источникам питания, изменяют нагрев до установления равновесной температуры при заданном влагосодержании гигроскопической соли, которое нормируют и контролируют по косвенному параметру - межэлектродной электрической емкости. Затем изменяют напряжение питания электродной цепи преобразователя или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до устанонленин между ними соотноца дт

IlieHHR f P к-. PaBNQaecHaH TBM жокс пература насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли при этом является мерой парциального давления водяного пара в окружающем газе.

Предлагаемый способ применим ко всем подогретым электролитическим первичным преобразователям влажности газов с электродами, в том числе к преобразователям с встроенными резистивными нагревательными элементами или без них, к переносным преобразователям с встроенными источниками переменного тока или к стационарным с централизованным питанием от единого источника,и обеспечивает увеличение ресурса преобразователя за счет того, что сумма напряжений между каждым электродом и раствором гигроскопической соли конкретного

864086

10,ной температуры, о т п и ч а ю щ и йLñ я тем, что, с целью увеличения ресурса преобразователя за счет уменьшения интенсивности электролиза гигроскопической соли, измерят межэлектродную электрическую емкость преобразователя при установлении равновесной температуры, изменяют нanряжение питания еrо электродной цепи или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до ус тановления между ними соотношения где U и

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что в качестве заданного значения влагосодержания гигроскопической,соли используют влагосодержание, соответствующее максимальному значению произведения электрического сопротивления электродной цепи на межэлектродную электрическую емкость.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 444097, кл. G 01 М 25/56, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2691826/18-25, кл. G 01 и 25/26, 30.11.78 (прототип).

Формула изобретения

Составитель Ю. Коршунов

Редактор М. Келемеш Техред А, Ач

Корректор С Шекмар

Заказ 7770/62 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 пре образ о ват ел я в з адан ных условиях

его эксплуатации. не превышает напряжения разложения используемого электролита, что является следствием предварительного измерения параметров этой цепи и установления соотношения между напряжением его питания

5 и частотой пропускаемого через раствор переменного тока по приведенной формуле с учетом полученных резуль татов измерения.

Применение предлагаемого способа при разработке преобразователя обеспечивает возможность конструктивного увеличения электрического сопро-. тивления электродной цепи и межэлектродной электрической емкости до зна- 1 чений, обеспечивающих установление оптимального соотношения между напряжением питания электродной цепи и частотой пропускаемого через раствор переменного тока, что обеспечи- 2О вает увеличение ресурса преобразователя без дополнительных затрат, а повышение ресурса преобразователей обеспечивает уменьшение расходов на эксплуатацию и расширение области их применения. на объекты, работающие продолжительное время беэ доступа обслуживающего персонала.

1. Способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру, заключающийся в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через раствор переменного тока с помощью электродов и измерении электрического 40 сопротивления электродной цепи преоб-. разователя при установлении равновеснапряжение питания электрод= ной цепи преобразователя, напряжение разложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли, электрическое сопротивление электродной цепи преобразователя, межэлектродная электрическая емкость преобразователя.