Электролитические влагомеры
В электролитических измерительных преобразователях влажности чувствительные элементы содержат электролиты, концентрация которых является функцией влажности окружающей среды. Выходной величиной, как правило, является электропроводность ненасыщенных водных .растворов неорганических кислот или солей,; В современных электролитических влагомерах влагочувствительный элемент представляет собой жидкую или сухую пленку электролита, наносимую на неэлектропроводпую основу (подложку), которая обладает свойством поглощать влагу из окружающей среды до тех пор, пока не установится динамическое, равновесие между давлением водяного пара непосредственно, над поверхностью раствора и давлением пара окружающей -среды. Изменение влажности среды ведет либо к поглощению воды из нее чувствительным элементом, либо к испарению воды из электролита до достижения нового состояния динамического равновесия.
(Сопротивление электролитической пленки чувствительного элемента влагомера изменяется в зависимости от концентрации растворенного вещества и температуры. При постоянной температуре зависимость электрического сопротивления пленки Кх от количества в ней воды может быть выражена следующим уравнением:
Кх=1!чЬа-^1^<!У. где /, 6 и и — соответственно "Длина, ширина и толщина слоя электролита, м; ] а — удельнаа. электрическая проводимость электролита, См/м; V—объем электролита, м3В качестве электролитов, применяемых в электролитических датчиках, используются водные растворы хлорида лития ШСИ), смесь, поваренной и сегнетовой соли и др.Конструкции электролитических измерительных преобразователей влажности газов представляют собой водостойкие негигроскопичные подложки (основания), на которые в топком кольцевом зазоре между электродами наносится слой электролита. Друвоё распространенной конструкцией является стеклянный или кварцевый цилиндрический шероховатый каркас с двухзаходной резьбой на наружной поверхности. В пазы резьбы укладывается тонкая проволока, а сверху наносится слой гигроскопичного электролита. Для лучшего удержания солей на подложке и предупреждения стекания электролита, что приводит к неравномерности распределения влагочувствительной соли между электродами, необходимости периодической подпитки и т. д., применяется смесь электролита со связующими пленкообразующими веществами {целлюлоза, желатин, поливинилацстат и др:)~
Электролитические измерительные преобразователи влажности газов охватывают практически весь диапазон измерения — от следов водяного пара до 100%-ной относительной влажности.:/
Подогревные электролитические влагомеры
Чувствительный элемент подогревных электролитических влагомеров газовых сред (рис."ХУ.4) состоит из изолированной металлической гильзы 4, которая покрывается стекловолокном 3, пропитая-] ным водным раствором хлорида лития определенной концентрации.) .На эту гильзу спирально наматываются нагревательные электроды 2, к которым подводится электропитание от понижающего траве-] форматора Тр. Так как раствор хлорида лития обладает хорошей проводимостью, по поверхности чувствительного элемента проходит электрический ток и он нагревается. При нагревании вода, содержащаяся в растворе соли, испаряется, сопротивление раствора увеличивается и нагрев уменьшается". При испарении воды чувств-ительный элемент охлаждается, вследствие чего соль хлорида лития вновь начнет поглощать влагу из окружающей газовой среды. После нескольких колебаний температуры система приходит к установившемуся режиму, характеризуемому некоторой равновесной температуро'й. В этом режиме подводимая к чувствительному элементу электроэнергия полностью расходуется на испарение воды из солевого раствора и, таким образом, нагрев чувствительного элемента зависит от величины сопротивления солевого раствора, кото-"
. 1
Рис. ХУ.4. Структурная схема подогревного электролитического влагомера газов
рое в свою очередь определяется относительной влажностью окру--жающей среды. Следовательно, равновесное состояние наступает при температуре точки росы. Эта температура измеряется мало-инерционным термопреобразователем сопротивления 1, помещенным в гильзу преобразователя и включенным в схему прибора 5.
Подогревные электролитические преобразователи влажности являются достаточно стабильными чувствительными элементами этой группы измерительных устройств, подпитка их свежими*растворами соли осуществляется 1 раз в 3—4 мес. В качестве вторичных приборов с такими измерительными преобразователями влажности, как правило, используются автоматические уравновешенные мосты переменного тока. Кулонометрические влагомеры
Разновидностью электролитического метода измерения влажно^, сти является кулонометрический метод, при котором выходной величиной является сила тока, необходимая для непрерывного и полного электролиза влаги, поглощаемой влагочув-ствительным элементом измерительного преобразователя. Чувствительный элемент кулонометрического^ влагомера (рис... XV.5) представляет собй цк-_ линдрический'пластмассовый корпус 1, во внутреннем канале которого размещены два металлических электрода_3, выполненных - в виде геликоидальных несоприкасающихся спиралей, к которым подводится постоянный ток. Между электродами наносится пленка вы-" сокоэффсктивного сорбента 2, имеюще-
,
Рис. XV. 5. Функциональна я схема чувствительного элемента кулоно метрического влагомера газов
2732го высокое удельное сопротивление в сухом виде и высокуй) проводимость после адсорбции влаги. В качестве, сорбента в кулономет-рических измерительных преобразователях используется частично гидратированная пятиокись фосфора. Через чувствительный элемент непрерывно проходит строго постоянное,количество анализируемого газа. При этом происходит процесс поглощения влаги.пленкой с образованием концентрированного раствора фосфорной кислоты согласно реакции
Р205 +Н20^2 НРОз-
Одновременно под действием постоянного токз, потенциал которого превышает потенциал разложения воды, происходит электролиз воды согласно реакции
Н2 + (1/2) 02 + Р205,
В установившемся режиме количества поглощенной и разложенной в единицу времени воды равны и, таким образом, сила тока в питающей цепи, измеряемая чувствительным электроизмерительным прибором, является мерой концентрации влаги в анализируемом газе. Согласно закону Фарадея сила тока электролиза в электролите (в Д)
/—К(мл/евт:э), (XV.6)
Где К — постоянный коэффициент, зависящий от свойств электролита,. Кл/молъ; |»в — количество воды, подвергнутой, электролизу, моль; ев — химический эквивалент воды; -ев—длительность электролиза, с'.
Современные кулонометрические влагомеры предназначены для определения малых содержаний влаги в газах (влагосодержание по точке росы от —88 до +20° С, или от 0,107 до 815 мг/м3). Основная погрешность измерения ±5—10%.