Термоадсорбційний гігрометр

Реферат: Термоадсорбційний гігрометр містить вологоперетворюючий елемент з колодкою, який складається з термоперетворюючого елемента, розташованого у корпусі, на поверхні якого сформовано вологоперетворюючий шар, поверх шару навиті два електроди, до яких підключене джерело змінного струму. Джерело змінного струму підключають до електродів з боку, протилежного розміщенню колодки вологоперетворювача. UA 75877 U (12) UA 75877 U UA 75877 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі вимірювальної техніки, а саме до термоадсорбційних гігрометрів, і може бути використана під час розробки і застосування гігрометрів для вимірювання вологості газів. Відомий термоадсорбційний гігрометр складається з вологоперетворюючого елемента, вимірювача рівноважної температури та джерела змінного струму. Вологоперетворюючий елемент гігрометра складається з термоперетворюючого елемента, на поверхні якого сформовано вологоперетворюючий шар з гігроскопічної солі, наприклад солі хлориду літію. Поверх шару навиті два електроди, підключені до джерела змінного струму. Принцип роботи термоадсорбційного гігрометра засновано на залежності рівноважної температури вологоперетворюючого шару, при його нагріванні, від пружності водяної пари аналізованого газового середовища. Таким чином суть вимірювання вологості газу вказаним гігрометром полягає у нагріванні вологоперетворюючого шару до температури, за якої настає гігротермодинамічний рівноважний стан водяної пари між вологоперетворюючим шаром та газовим середовищем. Температура, за якої настає рівноважний стан, називають рівноважною температурою вологоперетворюючого шару, який складається з кристалічної гігроскопічної солі та електропровідної міжфазової області на її поверхні. Нагрівання здійснюють змінним електричним струмом через колодку, з'єднану з вологоперетворювачем. Підключення електричного струму до електродів здійснюється з одного боку вологоперетворюючого шару, а саме з боку колодки. Струм протікає через міжфазову область та електроди. Вимірювання рівноважної температури здійснюють термоперетворювачем, який має тепловий контакт з вологоперетворюючим шаром. За значенням рівноважної температури, яка утворюється автоматично, визначають пружність водяної пари за градуювальною характеристикою [див.: Михайлец В.А. Термоэлектролитические устройства контроля влажности воздуха с улучшенными эксплуатационными характеристиками. - Дис. …к.т.н. - Винница, 1989. - С. 39-57]. Недоліком гігрометра є відносно невеликий період безнаглядної експлуатації, на обмеження якого впливає нерівномірність (конусність) розподілу гігроскопічної солі вздовж вологоперетворюючого елемента під час формування вологоперетворюючого шару, внаслідок підключення електричного струму до електродів з одного боку вологоперетворюючого шару, а саме з боку колодки, звідки і починається формування вологоперетворюючого шару. Тому з боку колодки гігроскопічної солі у вологоперетворюючому шарі більше, ніж з протилежного боку, а також на обмеження періоду безнаглядної експлуатації впливає електрохімічне розкладання гігроскопічної солі на поверхні електродів під час протікання іонного струму через міжелектродний проміжок. Відомий також винахід збільшення періоду безнаглядної експлуатації термоелектролітичного гігрометра, описаний в а. с. СРСР № 342122, МПК G 01N 25/56, 1972 p., який складається з термоперетворюючого елемента, на поверхні якого сформовано вологоперетворюючий шар. Поверх шару навиті два електроди, до яких підключене джерело змінного струму, згідно з винаходом, джерело змінного струму підключене до електродів з протилежних кінців вологоперетворюючого шару. У цьому випадку при формуванні вологоперетворюючого шару гігроскопічна сіль на поверхні вологоперетворювача розподіляється рівномірно внаслідок рівномірного по всієї поверхні перетворювача нагрівання розчину гігроскопічної солі для випару розчинника та кристалізації солі, тобто формування вологоперетворюючого шару. Недоліком у відомому винаході, як і в попередньому, є порівняно невеликий період експлуатації гігрометра через електрохімічне розкладання гігроскопічної солі на поверхні електродів. Особливо інтенсивне розкладання солі відбувається у кінці вологоперетворюючого шару, протилежного колодці, внаслідок охолодження його конвективним потоком аналізованого газового середовища. Охолодження веде до збільшення струму у цій частині вологоперетворюючого шару для підтримки його рівноважної температури. Внаслідок інтенсивного електрохімічного розкладання гігроскопічної солі є зменшення її кількості в кінці перетворювача протилежного колодки і, як наслідок, поступове переміщення зони крайового градієнта рівноважної температури, яке спрямоване в бік колодки [див.: Шинкаренко Ю.В. Разработка влагопреобразователя с увеличенным ресурсом [Електронний ресурс] // Ю.В. Шинкаренко // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях: материалы Двенадцатой международной Промышленной конференции; п. Плавья, Карпаты, 13-17 февраля 2012 г. - К.: УІЦ "НТТ", 2012.-1 CD-ROM]. При переміщенні зони крайового градієнта температури у зону розташування термоперетворюючого елемента, інформаційний сигнал його нижче за рівноважну температуру, що і обмежує період безнаглядної експлуатації гігрометра, так як похибка виміру вологості перевищує допустиму похибку вимірювання, гарантовану виробником. 1 UA 75877 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В основу корисної моделі поставлена задача збільшення періоду безнаглядної експлуатації термоадсорбційного гігрометра, в якому зміною умов виконання відомої операції досягалось би підвищення періоду експлуатації гігрометра у межах допустимої похибки. Поставлена задача вирішена тим, що в термоадсорбційному гігрометрі, що містить вологоперетворюючий елемент з колодкою, який складається з термоперетворюючого елемента, розташованого у корпусі, на поверхні якого сформовано вологоперетворюючий шар, поверх шару навиті два електроди, до яких підключене джерело змінного струму, згідно з корисною моделлю, джерело змінного струму підключають до електродів з боку, протилежного розміщенню колодки вологоперетворювача. Запропоноване рішення дає змогу збільшення періоду експлуатації гігрометра у межах допустимої похибки до ~ 20 %, в залежності від умов його експлуатації, тобто тепловологісного стану аналізованого газового середовища. На малюнку зображений вологоперетворюючий елемент (поздовжній переріз) запропонованої корисної моделі термоадсорбційного гігрометра, де: 1 - з'єднувальна колодка; 2 - склопанчішка; 3 - термоперетворюючий елемент; 4 - корпус (трубка); 5 - ковпачок; 6 - захисний повітропроникаючий екран; E1, E2 - електроди. На поверхні трубки 4, усередині якої у геометричному центрі встановлено термоперетворюючий елемент 3, надіто склопанчішку 2. На склопанчішку еквідістантно навиті два електроди Е1 та Е2. Підготовку вологоперетворюючого елемента до експлуатації виконують у такий спосіб. Водним розчином гігроскопічної солі просочують склопанчішку, наприклад, за допомогою пробірки методом занурення. Після просочення склопанчішки, перетворювач витягають із розчину й на нього надягають захисний екран 6, після чого до електродів Е1 та Е2 підключають змінний електричний струм через виводи а і г. Струм протікає через електроди та сольовий розчин, який нагрівається і випаровує розчинник, внаслідок чого на поверхні вологоперетворювача утворюється кристалічна гігроскопічна сіль хлориду літію, через яку електричний струм не протікає. Сіль охолоджується і адсорбує водяну пару з оточуючого газового середовища, утворюючи на поверхні кристалічної солі електропровідну міжфазову область. Таким чином в об'ємі склопанчішки утворюється вологоперетворюючий шар, який складається з кристалічної солі хлориду літію та електропровідної області на її поверхні. Струм, який протікає через утворену область, нагріває вологоперетворюючий шар і, після завершення перехідних процесів сорбції і десорбції водяної пари, встановлюється рівноважна температура вологоперетворювача, при якій настає гігротермодинамічний рівноважний стан пружності водяної пари між вологоперетворюючим шаром та газовим середовищем. Вимірювання пружності водяної пари у газовому середовищі визначають за допомогою термоперетворювача 3 (виводи б і в), за значенням якої і визначають пружність водяної пари за градуювальною характеристикою. У запропонованої корисної моделі гігрометра джерело змінного струму підключене до електродів з одного боку вологоперетворюючого шару, протилежного розміщенню колодки. Збільшення періоду безнаглядної експлуатації термоадсорбційного гігрометра відбувається за рахунок збільшення гігроскопічної солі з боку, протилежного колодці 1, під час формування вологоперетворюючого шару, тобто розподіл гігроскопічної солі у вологоперетворюючому шарі нерівномірний (конусний), причому, з боку, протилежного колодці, гігроскопічної солі у вологоперетворюючому шарі більше, ніж біля колодки. Таким чином при формуванні вологоперетворюючого шару гігроскопічної солі значно більше у місці її інтенсивного електрохімічного розкладання під час протікання електролітичного струму і, як наслідок, уповільнення переміщення зони крайового градієнта рівноважної температури у розташування термоперетворюючого елемента, тобто збільшення періоду експлуатації гігрометра у межах допустимої похибки, а період експлуатації гігрометра обмежений тільки часом повного розкладання гіроскопічної солі. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Термоадсорбційний гігрометр, що містить вологоперетворюючий елемент з колодкою, який складається з термоперетворюючого елемента, розташованого у корпусі, на поверхні якого сформовано вологоперетворюючий шар, поверх шару навиті два електроди, до яких підключене джерело змінного струму, який відрізняється тим, що джерело змінного струму підключають до електродів з боку, протилежного розміщенню колодки вологоперетворювача. 2 UA 75877 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3