Весовой гигрометр

О П И С"А Н"И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскмх Соцмапмстмческмх Ресублмк(22) Заявлено 29,01,79 (21) 2719633/18-25 с присоединением заявкм М С 01 Ч 1(11 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ВЕСОВОЙ ГИГРОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляизмерения относительной влажностигазов.Изобретение может использо-. 5ваться также в весоизмерительнойтехнике, например, При разработкевысокоточных весов.Известны весовые гигрометры, представляющие собой коромысловые весы, 0один конец коромысла которыхиспользуется как стрелка-указатель,а другой - для закрепления влагочувствительного элемента (.11 .Годобные весовые гигрометры работают без применения разновесов, т.е.при изменении влажности изменяетсямасса влагочувствительного элемента,и коромысло отклоняется от первоначального положения, Отсчет производится по шкале по концу стрелки-указателя.Несмотрая на то, что такие гигрометры являются самыми простыми, ониимеют узкий диапазон взвешивания, 25т.к. предельные величины перемещений коромысла определяются габаритами весов,Ближайшим техническим решением кизобретению является весовой гигро метр, содержащий коромысло, влагочувствительный элемент, опору и электролитическую ванну с электродами 12 .Однако известный гигрометр обладает недостатками, выраженными в том, что свободная поверхность электролита является источником влаги,а это прак.тически исключает возможность использования подобных весов для точных измерений влажности исследуемого газа, Стабильность уравновешивания ог- раничена из-за непостоянства сил смачивания в области входа электрода в электролит. Стабильность и точность уиньшаются также вследствие изменения выталкивающей силы, действующей на подвешенный к коромыслу электрод, при температурном расширении электролита. Кроме того, применение механических средств балансировки и регулировки чувствительности (перемещением регулировочных гаек, винтов и пр.) снижает достоинства уравновешивания коромысла при помощи кулонометра. Целью изобретения является повышение точности и стабильности измерений при уменьшении га 6 аритов весовогогигрометра.Цель достигается тем, что электро- кой ртути, при этом на электродах литическая ванна выполнена в виде гер ртуть растворяется или осаждается метичного сосуда, который одновремен- ровным слоем. Провода 19, соединяющие но является коромыслом устройства, электроды 3-8 с торсионными нитями ванна (внутренняя полость коромысла) 12-17, выполнены из коррозионноЗапОлнЕна гелем высокомолекУлЯРного э стойкого матеРиала, напРимеР платины. полимера, пропитанного электролитом, Использование геля позволяет иси содержит не менее трех пар электро- ключить перемешивание и перемещение дов и трех пар торсионных нитейпри электролита во внутренней полости этом на одном конце коромысла разме- коромысла (злектролитической ванне) щены влагочувствительный элемент и под действием конвекционных токов, один из электродов, на другом плече - в то же время электропроводность два других электрода, а остальные электролита в геле весьма незначиэлектроды расположены на одной линии, тельно отличается от электропровод- а именно, выше оси вращения коромыс- ности электролитов в чистой воде. ла, на оси вращения и в центре тяжес- Сшивка (задубливание) молекул желати. 15 тины необходима для того, чтобыНа фиг. 1 изображен общий вид ве- исключить возможность необратимого сового гигрометра, на фиг, 2 - раз- осаждения белка под действием элекрез А-Л на фиг. 1 и электрическая тролита. В случае использования схема. других полимеров, например полиВесовой гигрометр содержит коро акриламида, сшивка необходима для мысло 1, электролит 2, электроды 3,4, получения определенной пористости 5,6,7,8, (не менее трех пар), которые геля.заключены в корпуса 9, влагочувстви- Герметизация ванны дает возможтельный элемент 10, указатель 11ность использовать гигрометр для изравновесия коромысла 1, три пары тор мерения влажности в небольших замксионных нитей 12,13,14,15,16,17, нутых объемах, т.к. исключается испульт 18 управления, электрически свя- парение электролита. связанный через торсионные нити Термокомпенсатор 20 представляет 12-17 и провода 19 с электродами собой газовый пузырек, который нахо-8, термокомпенсатор 20, который .дится в полости .оромысла на оси находится на коромысле. Пульт управ- З его вращения (фиг.2). При расширении ления 18 включает в себя источник электролита под действием темпера- питания 21, указатель 22 количества туры происходит изменение объема пуэлектричества.,выключатели ВК 1, ВК 2 зырька, и тем самым исключается ВкЗ, и переключатели полярности вероятность разрыва коромысла. Так электродов П 1, П 2 и ПЗ. Резисторы З 5 крк пузырек находится на оси вращения В 1,В,В включены в электрическую коромысла, и изменение объема проис- цепь для исключения влияния внутрен- ходит вдоль оси вращения, то это него сопротивления системы электро- перемещение не оказывает существенлит-электрод. ного влияния на работу гигрометра.Для защиты коромысла и влагочув На одном плече коромысла 1 в корствительного элемента от пыли они пусе 9, полость которого сообщается помещены в пыленепроницаемый корпус с полостью коромысла 1, размещены (на фиг. не показан. Обмен воздуха электрод 5 и влагочувствительный элев корпусе осуществляется с помощью мент 10. На другом плече, также в воздуходувки через фильтр. 4 корпусе, закреплены электроды 4 и би указатель 11 равновесия коромысла.Коромысло 1 выполнено полымити 12 и 13 являются (полностью или частично) из диэлект- Торсионные нити рика, например кварца, и герме- с одной стороны нитями подвеса коромысла, а с другой - элементом электтически закрытым. Его внутренняяической цепи, по которой через элекполость за.полнена гелем высокомоле- щ Рическот оды 3 и 4 осуществляется уравнокулярного полимера, например низко- тродывешивание коромысла 1 при изменении процентным (0,1 Ъ) раствором задубмассы влагочувствительного элемента ленной желатины или полиакриламидным10. Через торсионные нити 14,15 и гелем, который пропитан электролитом5,6 тся балан, содержащим, например 50-60 иоди- электроды 5,6 осуществляется аланда лития и 12-18 Ъ иодида ртути. Та- сировкси овка коромысла при юстировке весового гиррометра, а через торсионкой состав электролита обеспечиваетные нити 16,17 и электроды 7,8 работоспособность весового гигрометрегулировка чувствительности корора при отрицательных температурах.Электроды 3-8. выполнены из инертномысла.го материала, например: графита, 60 Разделение электрических цепей платины и т.д., на которые нанесена юстировки .(балансировки и изменения ртуть. Применение электролита, ука- чувствительности) и уравновешивания занного выше, обеспечивает при прохож- коРомысла во время измерений обусдении тока через электрод-электролит ловлено тем, что в процессе исследо- растворение и осаждение металличес- , ваний возникает, например, необходи 771597мость н изменении чувствительностикоромысла при определенной относительной влажности или в ограниченномдиапазоне нлажности.Электроды размещены перпендикулярно продольной оси коромысла и параллельно его оси вращения. Такое 5расположение электродов позволяетисключить влияние изменений массыэлектродов при перераспределении продуктов электролиза за нремя юстиронки коромысла и в процессе измерений. ОКроме того, электроды разнесены иустановлены в корпусах 9, что уменьшает влияние рассеяния тока. Корпуса9, как и коромысло, выполнены изкварца. 15Опора коромысла 1 подвешена наторсионных нитях 12,13 в магнитномполе, благодаря чему практическиисключено трение в опоре и достигнута повышенная точность измерений 20(на фиг. магнит не показан). Чтобыуменьшить влияние адсорбции паровна точность и стабильность показанийвесового гигрометра, коромысло гигрометра покрыто гидрофобной пленкой,например метилхлорсилана.Балансировка, регулировка чувствительности коромысла весового гигрометра и измерение относительнойвлажности газа производятся следующимобразом. 30При определенной относительнойвлажности, например минимальной, следует пронерить положение указателя11 относительно 0 шкалы. В зависимости от направления отклонения указателя от положения О переключательполярности П 1 должен быть установленв соответствующее положение. Призамыкании электрическбй цепи выключателем ВК 1 металл с электрода 5 40переносится на электрод б( или вобратном направлении) по цепи: источник питания 21 - В 11 - П 1 - торсионная нить 15 - провод 19 - электрод 5 - электролит - электрод б-П 1 - источник питания 21.С балансировкой коромысла неразрывно связана регулировка чувствительности, которая осуществляетсяс помощью электродов 7 и 8.Электрод7 расположен в центре тяжести коромысла, а центр тяжести находитсяниже его оси вращения, Благодаряэтому при переносе массы металла сэлектрода 7 на электрод 8 чувствительность коромысла увеличивается.При переносе металла с электрода 8на электрод 7 чувствительность понижается,1.Весовой гигрометр, содержащий коромысло с опорой, на одном конце которого расположен влагочунствительный элемент, а на другом - электролитическая ванна с электродами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерений и уменьшения габаритон гигрометра, электролитическая 60 Изменение чувствительности осуществляется при замыкании выключателя ВК 2. При этом ток проходит по следующей цепи; источник питания 21 ВК 2 - П 2 - торсионная нить 17электрод 7 - электролит - электрод 8 торсионная нить 16 - П 2 - источникпитания 21. Как и при балансировкекоромысла, изменение направления переноса металла производится переключателем полярности П 2.После юстиронки весового гигрометра измерение относительной влажностипроизводится следующим образом.При изменении относительной влажности газа масса нлагочувствительного элемента 10 изменяется, и коромысло 1 отклоняется от первоначальногоположения равновесия, что отмечаетсяпо шкале указателя равновесия 11,При замыкании цепи: источник питания21 - ВКЗ - ПЗ - торсионная нить 13провод 19 - электрод - 4 - электролит - электрод 12 - ПЗ - источникпитания 21 металл с электрода 4 переносится на электрод 3 (или в обратном направлении) в зависимости отнаправления отклонения коромысла,при этом переключатель ПЗ переводится в другое положение,Количество электричества, израсходованного на перенос массы металлас одного электрода на другой (с 3 на4 при увеличении влажности и с 4на 3 при ее уменьшении) пропорционально изменению влаги влагочувствительного элемента.В том случае, когда электрод 4расположен не на конце плеча коромысла (фиг,1), масса металла, необходимая для уравновешивания изменения массы влагочувствительногоэлемента, будет определяться такжерасстоянием до оси вращения коромысла, т,е. и отношением плеч, Влажность определяется по градуировочной кривой количество электричестваотносительная влажность. Количествоэлектричества определяется по указателю 22. Предлагаемый весовой гигрометр позволяет повысить точность и стабильность измерений относительной влажности в широком диапазоне влажностей как при положительных, так и при отрицательных температурах, Кроме того, реализация нулевого метода взвешивания с использованием электрической энергии дает возможность уменьшить габариты гигрометра и осуществить дистанционность измерений. Формула изобретенияИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР О Р 572739, кл. 6 01 Ч 1/11, 1974,. 2.Сарахов А.И. Весы в физико-химических исследованиях, М., "Наука",1968, с. 53, 117 (прототип)./л ,фванна выполнена в виде полого коро- , . эйетроды расположены перпендикулярмысла, заполненного гелем высокомо- нд продольной оси коромысла и параллекулярного полимера, пропитанного лельно оси его вращения.электролитом, и содержащего не менее З.Весовой гигрометр по пп, 1 и 2,трех пар электродов и торсионных ни- о т л и ч а ю щ и и с я тем, что котей, при этом на одном конце коро- ромысло покрыто гидрофобной пленкой,мысла размещены влагочувствительный например, пленкой метилхлорсилана.элемент и один из электродов, надругом плече - два других электрода,а остальные электроды расположеныпо одной линии, а именно, выше осивращения коромысла, на оси вращенияи в центре тяжести.2.Весовой гигрометр по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоВНИИПИ ЭаТираж 468 Подписно филиал ППП "Патент", .Ужгород,ул.Проектная,4