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 К_х от коли­чества в ней воды может быть выражена следующим уравнением:

К_х=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(м_л/е_вт:_э), (XV.6)

Где К — постоянный коэффициент, зависящий от свойств электролита,. Кл/молъ; |»_в — количество воды, подвергнутой, электролизу, моль; е_в — 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%.