Способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара в температуру

Союз Советских Рщиапистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 260879 (21) 2803819/18-25с присоединением заявки Мф С 03 М 25/26 Государствеииый комитет СССР ио дедам изобретенийи открытий(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 газон.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 гивроскопической 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 янляется способ измерительного преобразования парциального давления водяного пара1в температуру, заключающийся в поддержании водного раствора гигроскопической соли в насыщении при заданномее влагосодержании путем нагрева пропусканием через раствор переменноготока с помощью электродов и измерении электрического сопротивленияэлектродной цепи преобразователя приустановлении раннонесной температуры.Согласно этому способу измерительного преобразонания поддерживают нлагоссдержание гигроскопической солив заданных пределах путем измерения 15 электрического сопротивления электродной цепи и изменения нагрева гигроскопической соли, что обеспечиваетстабилизацию чувствительности преобразователя н каждой точке его граду ировочной характеристики при различных воздействиях внешних влияющихнеличин и эа счет этого приводит кповышению точности измерительногопреобразованияпарциального давленияводяного пара в температуру 12 1.Недостатком указанного способаесть относительно небольшой ресурспреобразователя вследствие интенсив"ного электролиза гигроскопической ЭО соли.Цель изобретения - увеличение ресурса преобразователя эа счет уменьшения интенсивности электролиза пигроскопической соли,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измерительного преобразования парциальногодавления водяного пара в температуру,заключающегося в поддержании водногораствора гигроскопической соли в насыщении при заданном ее влагосодержании путем нагрева пропусканием через,раствор переменного тока с помощьюэлектродов и измерении электрического сопротивления электродной цепипреобразователя при установленииравновесной температуры, измеряютмежэлектродную электрическую емкостьпреобразователя при установленииравновесной температуры, изменяютнапряжение питания его электроднойцепи или частоту пропускаемого черезраствор переменного тока до установления между ними соотношениягЮ,Сгде О - напряжение питания электродной цепи преобразователя,О - напряжение разложения насыщенного водного растворагигроскопической соли;В - электрическое сопротивлениеэлектродной цепи преобразователя,С - межэлектрадная электрическаяемкость преобразователя,Кроме того, в качестве заданногозначения влагосодержания гигроскопической соли используют влагосодержание, соответствующее максимальномузначению произведения электрическогосопротивления электродной цепимежэлектродную электрическую емкость.Измерение межзлектродной электрической емкости преобразователя приустановлении равновесной температурыи изменение напряжения питания егоэлектродной цепи или частоты пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соот"/Одгношения Е - в обеспечивает- 2 жОРс,такое распределение напряжения питания на элементах электродной цепи,при котором амплитуда напряжения. намежэлектродной емкости, состоящейиз последовательно соединенных емкостей двойного электрического слояна границах каждого электрода с раствором, не превышает значения напряжения разложения насыщенного водногораствора гигроскопической соли приОй )Ор . При этом оставшаясячасть Од падает на последовательносоединейных элементах электроднойцепи, в том числе на электрическомсопротивлении насыщенного водногорастворч гигроскопической соли, резисторах в цепи электродов, внутреннем сопротивлении источника питания,соединительных проводах,В свою очередь, ограничение падения напряжения на межэлектроднойэлектрической емкости преобразователя значением напряжения разложениянасыщенного водного раствора гигроскопической соли обеспечивает минимизацию фарадеевской составляющейпеременного тока электродов вследствие увеличения электрического сопротивления шунтирующих емкости резис 15торов при таком напряжении на них исоответствующее увеличение токовсмещения в емкостях двойных электрических слоев на границах электродовс раствором, что приводит к уменьшению интенсивности электролиза гигро 20 скопической соли и увеличению ресурса преобразователя.Наряду с этим, измерение межзлектродной электрической емкости преобразователя при установлении равновесной температуры и изменение напряжения питания его электродной цепиили частоты пропускаемого через раствор переменного тока до установления30мевпуними соотнсшеният в сбес/Он-С2 й 01 Спечивают минимизацию частоты переменного тока при увеличении ресурса преобразователя, что приводит к повышению эффективности использования электроэнергии источника питания за счетминимизации ее потерь в реактивныхэле.1 ентах электродной цепи. 40 45 0 55 60 б 5 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 РС -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 емкос864086 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 Й 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 О падения напряжения на ее элементах распределяются пропорционально их сопротивлениям переменному току, при этомБЫЛ,гагаре.в з 2 Г 1 ЙС п 6 откуда 50Пример выполнения предлагаемогоспособа применительно к подогревномуэлектролитическому первичному преобразователю влажности газов с электродами.Сначала измеряют необходимые параметры преобразователя, в частностиэлектрическое сопротивление электррдной цепи, межэлектродную электрическую емкость, а также определяют 60 значение напряжения разложения насыщенного водного раствора используемой гигроскопической соли, необходимые для установления выраженногоформулой соотношения между напряжеб 5,нием питания электродной цепи преоб-,С учетом О =-//О -О иМи с с й 2 ВЕегде Оц и-соответственно угловаячастота и частота переменного тока,уравнение (1) приобретает внд Поскольку вольт-амперная характеристика электролитической ячейки постоянного тока содержит излом с координатой (напряжение разложения электролита) на оси напряжения, причем крутизна участка характеристики с напряжением ООр существенно ниже, чем крутизна участка с напряжением ОО р , то и значение тока электролиза в зависимости от приложенного напряжения изменяется с такой же не" линейностью. Рассматривая переменный ,ток как постоянный в рамках каждого ,полупериода, заменив в уравнении (21 на Ор и введя ограничение ОеОреполучаем формулу регламентирующую соотношение между напряжением питания электродной цепи преобразователя и частотой пропускаемого через раствор переменного то.ка по значениям физических параметров (й,С, О) 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 соот- ношения При этом мерой парциального давления водяного пара является равновесная температура гигроскопической соли.электрическую емкость преобразователя. 10 диапазона измерительного преобразова.ния парциального давления водяногопара в температуру. По полученнымрезультатам измерений строят графикзависимости между электрическим сопротивлением электродной цепи и межэлектродной электрической емкостью 55,преобразователя для каждого сечения 60 роскопической соли, при которых зна- у 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 установлениемравновесной температуры преобразователя при ином влагосодержании гигро=скопической соли, после чего сноваизмеряют электрическое сопротивлениеэлектродной цепи и межэлектродную,электрическую емкость преобразователя. Такие измерения выполняют при различных значениях влагосодержаниягигроскопической соли (в 5-7 точкахдиапазона изменения влагосодержанияпри сохранении насыщенным водного раствора этой соли) в каждом из намеченных при исследовании сечений практически в 5-7 сечениях) рабочего диапазона измерительного преобразования. Затем по каждому графику определяют значения сопротивления и емкости, соответствующие максимальному значению их произведения, и строятграфик распределения значений этихмежэлектродных электрических емкостей 1 отражающих влагосодержания гиг 10 15 20 25 ЗО чения произведений емкостей на сопротивл .ния максимальны) в зависимости от значений парциального давленияводяного пара в рабочем диапазонеизмерительного преобразования,Значение напряжения разложениянасыщенного водного раствора гигроскопической соли определяют по таблицам электродных потенциалов или экспериментально. При экспериментальномопределении значения напряжения разложения преобразователь погружаютв пробирку с насыщенным водным раствором гигроскопической соли, к токовыводам электродов подключают вольтметр. Подсоединив электродную цепьчерез делитель напряжения к источнику постоянного тока, плавно, начинаяс нуля, повышают напряжение и наблюдают за поверхностью электродов и показанием вольтметра. Зафиксированноена грани начала выделения пузырьковгаза с поверхности электродов напряжение и является напряжением разложения насыщенного водного растворагигроскопической соли.После получения результатов измерений электрического сопротивленияэлектродной цепи, межэлектроднойэлектрической емкости и напряженияразложения насыщенного водного раствора гигроскопической соли монтируютпреобразователь по месту эксплуатации и, подключив его нагревательные элементы к соответствующимисточникам питания, изменяют нагрев до установления равновеснойтемпературы при заданном влагосодержании гигроскопической соли,которое нормируют и контролируют покосвенному параметру - межэлектроднойэлектрической емкости, Затем изменяют напряжение питания электродной цепи преобразователя или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до устаноалении между ними соотноца дтмели ст =нк уаиноаеснан тема олспература насыщенного раствора икристаллов гигроскопической соли приэтом является мерой парциальногодавления водяного пара в окружающемгазе.Предлагаемый способ применим ковсем подогретым электролитическимпервичным преобразователям влажности газов с электродами, в том числек преобразователям с встроенными резистивными нагревательными элементами или без них, к переносным преобразователям с встроенными источниками переменного тока или к стационарным с централизованным питаниемот единого источника,и обеспечиваетувеличение ресурса преобразователяза счет того, что сумма напряжениймежду каждым электродом и растворомгигроскопической соли конкретного,ной температуры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличенияресурса преобразователя за счетуменьшения интенсивности электролизагигроскопической соли, измерят межэлектродную электрическую емкостьпреобразователя при установленииравновесной температуры, изменяютнапряжение питания его электроднойцепи или частоту пропускаемого через раствор переменного тока до установления между ними соотношения 20 РСгде 0О 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и. й с я тем, что в качестве заданного значения влагосодержания гигроскопической,соли используют влагосодержание, соответствующее максимальному значению произведения электрического сопротивления электроднойцепи на межэлектродную электрическуюемкость.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 444097, кл. 6 О 1 М 25/56, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2691826/18-25,кл. С 01 й 25/26, 30,11.78 (прототип),Формула изобретения Составитель Ю. КоршуновРедактор 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, 3-35, Раушская иаб., д.4/5Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 преобразователя в заданных условиях его эксплуатации не превышает напряжения разложения используемого электролита, что является следствием предварительного измерения парамет" ров этой цепи и установления соотношения между напряжением его питания5 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 чений, обеспечивающих установление оптимального соотношения между напряжением питания электродной цепи и частотой пропускаемого через раствор переменного тока, что обеспечи 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 растворагигроскопической соли,электрическое сопротивлениеэлектродной цепи преобразователя,межэлектродная электрическаяемкость преобразователя.