RU2812803C1

RU2812803C1 - Hygrometer

Info

Publication number: RU2812803C1
Application number: RU2023118006A
Authority: RU
Inventors: Леонид Федосеевич Носенко; Виктор Павлович Пирог
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие ОКБА" (ООО "НПП ОКБА")
Filing date: 2023-07-06
Publication date: 2024-02-02

Abstract

FIELD: hygrometers.

SUBSTANCE: proposed hygrometer consists of an input fitting, a microammeter, an additional resistor, a coulometric cell, a gas flow stabilizer, a direct current source, and an output fitting. The output allows reducing the error in measuring microconcentrations of the volume fraction of moisture in gases.

EFFECT: increased accuracy of measuring the volume fraction of moisture in gases with a coulometric hygrometer by reducing I_f.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах и может быть использовано в гигрометрах, основанных на кулонометрическом методе измерения влажности в газах.The present invention relates to the field of analytical instrumentation, is intended for measuring the volume fraction of moisture in gases and can be used in hygrometers based on the coulometric method for measuring humidity in gases.

Для измерения влажности газов широкое распространение получили кулонометрические гигрометры. Относительная простота и высокая надежность способствовали их массовому внедрению в электронной, химической, нефтехимической и других промышленностях.To measure the humidity of gases, coulometric hygrometers are widely used. Relative simplicity and high reliability contributed to their mass adoption in the electronics, chemical, petrochemical and other industries.

В основу работы кулонометрического гигрометра положена работа кулонометрической ячейки. Известна Кулонометрическая ячейка А.С. №, №448774, G01N 27/02, содержащая корпус, два геликоидальных электрода, вмонтированных во внутренний канал корпуса, пленку сорбента пятиокись фосфора, покрывающей электроды и внутренний канал корпуса. К электродам через выводы в корпусе подводится электрическое напряжение источника постоянного тока.The operation of a coulometric hygrometer is based on the operation of a coulometric cell. Known Coulometric cell A.S. No., No. 448774, G01N 27/02, containing a housing, two helical electrodes mounted in the internal channel of the housing, a phosphorus pentoxide sorbent film covering the electrodes and the internal channel of the housing. Electric voltage from a direct current source is supplied to the electrodes through terminals in the housing.

Расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу.The flow rate of the analyzed gas through the coulometric cell is maintained constant using a gas flow stabilizer. The moisture contained in the analyzed gas is absorbed by the sorbent film and, under the influence of voltage from a direct current source to the electrodes of the coulometric cell, undergoes electrolysis.

Ток электролиза, проходящий через кулонометрическую ячейку, пропорционален объемной доли влаги в анализируемом газе и определяется по формуле:The electrolysis current passing through the coulometric cell is proportional to the volume fraction of moisture in the analyzed gas and is determined by the formula:

где: B_H2O - объемная доля влаги в анализируемом газе;where: B _H2O is the volume fraction of moisture in the analyzed gas;

Э_H2O - электрохимический эквивалент воды;E _H2O is the electrochemical equivalent of water;

Q - расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку;Q is the flow rate of the analyzed gas through the coulometric cell;

I₀ - ток электролиза кулонометрической ячейки.I ₀ - electrolysis current of the coulometric cell.

Ничуговский Г.Ф. Н 70. Определение влажности химических веществ. Л., «Химия» 1977, стр. 117.Nichugovsky G.F. H 70. Determination of moisture content of chemical substances. L., “Chemistry” 1977, p. 117.

…Фактически же наряду с током электролиза воды I_H2O существует некоторый фоновый ток I_ф, вызванный электропроводностью сорбента и материала кулонометрической ячейки, а также ток электролиза воды I_p, образующийся за счет рекомбинации водорода и кислорода в момент выделения на электродах. Таким образом I₀ представляет собой сумму... In fact, along with the water electrolysis current I _H2O , there is a certain background current I _f caused by the electrical conductivity of the sorbent and the material of the coulometric cell, as well as a water electrolysis current I _p formed due to the recombination of hydrogen and oxygen at the time of release on the electrodes. Thus I ₀ represents the sum

Чистая пятиокись фосфора в безводном состоянии имеет очень высокое омическое сопротивление, поэтому сила фонового тока за счет ее электропроводности соответствует концентрации воды на уровне 10^-7 %. В реальных условиях вполне достижимо измерение концентрации на уровне 10^-5 %. Уменьшение электропроводности пятиокиси фосфора связано с наличием электропроводности материала ячейки - электрически они включены параллельно.Pure phosphorus pentoxide in the anhydrous state has a very high ohmic resistance, so the strength of the background current due to its electrical conductivity corresponds to a water concentration of 10 ^-7 %. Under real-life conditions, measuring concentrations as low as 10 ^-5 % is quite achievable. The decrease in the electrical conductivity of phosphorus pentoxide is due to the presence of electrical conductivity in the cell material - they are electrically connected in parallel.

Целью настоящего изобретения является уменьшение I_ф.The purpose of the present invention is to reduce I _f .

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения кулонометрическим гигрометром объемной доли влаги в газах за счет уменьшения I_ф.The technical result of the present invention is to increase the accuracy of measuring the volume fraction of moisture in gases with a coulometric hygrometer by reducing _If .

Поставленная цель достигается тем, что в электрическую схему гигрометра введен дополнительный резистор R_g, который подключен между электродом кулонометрической ячейки и выходным контактом микроамперметра. Так как электропроводимость сорбента и материала кулонометрической ячейки на много меньше, чем проводимость микроамперметра, то электропроводимость R_g получается подключенной параллельно. При параллельном подключении проводимостей будет перераспределение токов т.е. будет уменьшен ток проходящий через проводимость сорбента и материала кулонометрической ячейки. При этом ток электролиза I_H2O и I_p образующийся за счет рекомбинации водорода и кислорода остаются без изменения. Тогда ток электролиза кулонометрической ячейки I₀ будет:This goal is achieved by introducing an additional resistor R _g into the electrical circuit of the hygrometer, which is connected between the electrode of the coulometric cell and the output contact of the microammeter. Since the electrical conductivity of the sorbent and the material of the coulometric cell is much less than the conductivity of the microammeter, the electrical conductivity R _g is obtained connected in parallel. When connecting conductivities in parallel, there will be a redistribution of currents, i.e. the current passing through the conductivity of the sorbent and the material of the coulometric cell will be reduced. In this case, the electrolysis current I _H2O and I _p formed due to the recombination of hydrogen and oxygen remain unchanged. Then the electrolysis current of the coulometric cell I ₀ will be:

Где I'_ф - уменьшенный ток электронной проводимости сорбента и материала кулонометрической ячейки.Where I' _f is the reduced electronic conductivity current of the sorbent and the material of the coulometric cell.

На Фиг. представлен гигрометр. Состоящий из штуцера вход 1, микроамперметра 2, дополнительного резистора 3, кулонометрической ячейки 4, стабилизатора расхода газа 5, источника постоянного тока 6, выходного штуцера выход.In FIG. a hygrometer is presented. Consisting of fitting 1, microammeter 2, additional resistor 3, coulometric cell 4, gas flow stabilizer 5, DC source 6, output fitting.

Гигрометр работает следующим образом. Анализируемый газ подается на входной штуцер вход гигрометра. Расход анализируемого газа через кулонометрическую ячейку поддерживается постоянным с помощью стабилизатора расхода газа. Влага, содержащаяся в анализируемом газе, поглощается пленкой сорбента и под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, подвергается электролизу. Ток электролиза, проходящий через кулонометрическую ячейку и измеренный микроамперметром пропорционален объемной доли влаги в анализируемом газе и рассчитывается по формуле (1).The hygrometer works as follows. The analyzed gas is supplied to the inlet fitting of the hygrometer. The flow rate of the analyzed gas through the coulometric cell is maintained constant using a gas flow stabilizer. The moisture contained in the analyzed gas is absorbed by the sorbent film and, under the influence of voltage from a direct current source applied to the electrodes of the coulometric cell, undergoes electrolysis. The electrolysis current passing through the coulometric cell and measured by a microammeter is proportional to the volume fraction of moisture in the analyzed gas and is calculated by formula (1).

Claims

A hygrometer consisting of an input fitting, a microammeter, an additional resistor, a coulometric cell, a gas flow stabilizer, a direct current source, an output fitting, characterized in that an additional resistor R _g is introduced into the electrical circuit of the hygrometer, which is connected between the electrode of the coulometric cell and the output contact microammeter.