Подогревный электрохимический первичный преобразователь влажности газов

СОЮЗ СОВЕТСИИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 6 01 N 25 66

ЮА аН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СЕИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTKT СССР.t 21-) 3213783/1-.8-25

Ф

- (22-) a8. 12:. 80 (46) 15.В5.83. Вкщ Е18. (72) Ю.Д.: Лукомский (71) Киевский институт автоматики .им".. ХХУ .съезда КПСС: (53) .533. 275 (068. 8.): ...(56).i..éâòîðñêîå свидетельство СССР

Э .523338, кл. 5 01 и .25/64, 12..07. 74

2, АВторское свидетельство СССР

В 545910, кл. С 01 < -25/56, 26.11.75 . (нрототиа ). .(54)(57.,) ПОДОГРЕВНЫЙ ЭЛЕЖТРОЛИТИЧЕСКИВ. ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОЩЛЕЛЬ ВЛАЖ НОСТИ ГАЗОВ:, содержащйй термочувствительный элемент, влагочувствительный

„„Я(.),„, 1017987 А спой на основе гигроскопической соли, установленный между сними магнитонровод трансформатора, в-котором влагочувствительный слой образует корогкозамкнутую. вторичную обмотку, и находящийся -в тепловом контакте с .влагочувствительным слоем трубчатый резистивный нагревательный элемент с токовыводами по торцам, о т л и ч а ю ц и и с ÿ тем, что, с целью расширения диапазона преобразования и повьипення.быстродействия в резистивном нагревательном элементе по его образующей выпалнен вырез, а токовыводы расположены на противоположных сторонах этого выреза.

1017987

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при разработке технических средств измерения контроля и регулирования влажности газов.

Известен подогревной электролитический первичный преобразователь влажности газов, содержащий термочунстнительный элемент, влагочунствительный слой на основе гигроскопической соли, электроды и трубчатый ре- 10 зистивный нагревательный элемент с токовыводами по торцам, находящ«;йся в тепловом контакте с влагочувствительным слоем и включенный н це «ь регулирования нлагосодержания гигро- 5 скопической соли по заданному значению. Аналогично устроены также пре«« образователь, в котором влагочувствительный слой нанесен поверх покрытого диэлектр««ком трубчатого реэистивного 0 нагревательного элемента, преобразователь, в котором трубчатый резистивный нагревательный элемент выполнен с перекрытием нлагочувствительного слоя по длине, преобразователь, в ко- 5 тором трубчатый резистивный нагревательный эле«лент выполнен в виде пленки. При подключении электродов.к ис точнику переменного тока происходит нагрев нлагочувствительного слоя и электродов за счет тепловыделения н них и за счет теплопередачи к ним от резистивного нагревательного элемента, тепловыделение в котором пропорционально значению тока н цепи электрбдон. После завершения переход-З5 ного процесса нагрева устанавливается равновесная температура влагочувствительного слоя, являющаяся мерой парциального давления водяного пара в окружающем газе. Эта температура 40 передается термочувствительному элементу, где преобразуется в соответствующий выходной сигнал, по которому с помощью характерис ики преобразования определяют влажность окружаю- 45 щего газа 1 3.

Однако токоподвод к влагочувствительному слою с помощью электродов вызывает электролиз гигроскопической .соли и постепенное уменьшение ее массы в слое, что приводит к соответствую50 щему снижению чувствительности и сокращению ресурса преобразователя.

Таким образом, недостатками указанного преобразователя являются постепенное снижение чувствительности и сок 55 ращение ресурса преобразователя н процессе его эксплуатации вследствие уменьшения массы гигроскопической соли из-за электролиза.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является безэлектродный подогревной электролитический первичный преобразователь влажности газов, содержащий термочувстнительный элемент, влаго- 65 чувствительный слой на основе гигроскопической соли, уста««овленный между ними магнитопровод трансформатора, в котором влагочувствительный слой образует короткозамкнутую вторичную обмотку, и находящийся в тепловом контакте с влагочувстнительным слоем трубчатый резистивный нагревательный элемент с токоныводами по торцам, включенный в цепь регулирования влагосодержания гигроскопической соли по заданному значен нию (> 3.

Индуктированные во нлагочувстнительном слое такого преобразователя токи используются н нем практически лишь для контроля влагосодержания гигроскопической соли, так.как нагрев влагочунствительного слоя осуществляется в основном за счет теплопередачи от резистивного нагревательного элемента. Однако при работе такого преобразователя происходит нанедение токов и в резистивном нагревательном элементе, что приводит к возникновению постоянной состонляющей его нагрева и соответствующе-. му понышению значения нижнего предела преобразования по относительной влажности. Кроме того, наведение токов в резистивном нагревательном элементе приводит к расходованию энергии трансформатора, увеличению его массы и снижению быстродействия.

При увеличении электрического сопротивления резистинного нагревательного элемента значение постоянной составляющей нагрева снижается, однако такое увеличение сопротивления вызывает необходимость соответствующего повьпиения напряжения, что приводит к усложнению и удорожанию связи между регулятором влагосодержания и резистинным нагревательным элементом и не обеспечивает полного устранения неуправляемого нагрева. Следовательно, недостатками этого г реобраэо- вателя являются относительно узкий диапазон преобразования от«осительной влажности и невысокое быстродействие из-за неуправляемого нагрева реэ истинного на греват ель ного элемента индуктированными в нем токами.

Целью изобретения. является расширение диапазона преобразования и повышение быстродейсъвия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в подогревном электролитическом первичном преобразователе влажности газон, содержащем термочувствитель«Йй элемент, влагочувствительный слой на основе гигроскопической соли, установленный между ними магнитопронод трансформатора, в котором влагочувствительный слой образует короткозамкнутую вторичную обмотку, и находящийся в тепловом контакте с вла1017987

Э гочувствительным слоем трубчатый резистивный нагревательный элемент с токовыводами по горцам, в резистивном нагревательном элементе по. его образукщей .выполнен выоез, а токовыводы расположены на противоположных сторонах этога выреза.

Выг.олнение резистивного нагревательного элемента и его.токовыводов разомкнутыми по периметру вдоль своей оси препятствует протеканию 10 в резистивном нагревательном элементе поперечных токов от электродвижущей силы, индуктированной в нем при из.менении магнитного потока, и предотвращает -неуправляемый нагрев резис тивного нагревательного элемента, т.е. предотвращает тепловыделения в нем, функционально не связанные с влагосодержанием-гигроскопической соли во влагочувствительном слое.

Это приводит к уменьшению значения нижнего предела преобразования по.относительной влажности, а также приводит к уменьшению нагрузки на транс-: форматор, что обеспечивает возможность уменьшения сечения магнитопровода и общей массы преобразователя и приводит, в конечном счете, к повьюгению его быстродействия и точности.

Кроме того, выполнение резистивного нагревательного элемента и ега токовыводов разамкнутьзги по периметру вдоль своей оси обеспечивает возможность выполнения его низк юмным, что приводит к упрощению цепи управления нагревом. 35

На фиг.1 изображен пример конструктивного выполнения предложенного преобразователяу на фнг.2 — разрез

A-А на фиг.1; на фиг.3 — принципиальная электрическая схема преобразова- 4Q теля.

Предлагаемый преобразователь устроен следующим образом.

На выполненный из магнитного матеРиала пустотелый сердечник 1, 45 внутри которого установлен термочувствительный элемент 2, нанесены разомкнутые по периметру вдоль своей оси трубчатый пленочный резистивный нагревательный элемент 3 с токовыводами 4 по торцам. По образующей элемента 3 выполнен вырез, а токо выводы расположены на противоположных сторонах этого выреза. Резистивный нагревательный- элемент

3 покрыт слоем диэлектрика 5, на который нанесен выполненный в виде короткозамкнутого витка влагочувствительный слой 6 из внедренных в ткань насыщенного раствора и кристаллов гигроскопической соли, причем 6О резистивный нагревательный элемент

3 выполнен с перекрытием термочувствительного элемента 2. Поверх влагочувствительного слоя 6 с зазором установлена пропитанная гидрофоб- 65 ф ныл лаком газопроиицаемая: катушка

7, выполненная, например, намоткой тйпа ".универсаль" или секционированной намоткой с щелевыии зазорами между секциями, что и обеспечивает ее газопроницаемость (эта катушка. может быть также выполнена совмещенной с влагочувствительным. слоем 6, например, путем вплетенкя в него .3.

Катушка 7 .окружена перфорщ ованньж магнитопроводом 8.(или магнитопровадом из паристо о материала7,, который соединен с .сердечииМом 1 посредством еплоизоляционных ирокладок 9-. В.схему преобразователя введены задатчик.:

10, номинального значения влагосадержаиия гигроскопической соли, регулятор 11 и резистор 12, причем к одно му входу регулятора 11 подключен выход задазчика 10, ко второму sxoду - ".отенциальные клеммы резистора

12, через который катушка 7 подключена к цени источника переменнога напряжения, а выход регулятора 11 соединен с токовыводами 4 резистивного .нагревательного элемента 3.

При замыкании цепи источника переменного напряжения в катушке 7 протекает переменный ток, который создает в магнитной цепи сердечника

1 и магнитопровода 8 переменный магнитный ноток. Этот поток индуктирует во влагочувствительном слое

6 электродвижущую силу, вызывающую электрический ток. В начальный момент времени, когда вся гигроскопическая соль еще находится в состоянии ненасыщенного раствора, электрическое сопротивление влагочувствительного слоя 6 индуктируемому s нем току минимально. Поэтому в катушке 7 и во влагочувствительном слое 6 протекают максимальные токи и падение напряжения на резисторе 12, отражающее влагосодержанне гигроскопической соли, тоже максимально. Соответственно этому при получаемом с задатчика 10 стабильном напряжении, отражающем заданное значение влагосодержания гигроскопической соли, с регулятора 11 на токовыводы 4 реэистивного нагревательного элемента 3 поступает максимальное управляющее напряжение, что вызывает интенсивный разогрев его. При повышении температуры влагочувствительного слоя

6 растворитель испаряется, концентра« ция гигроскопической соли в растворе повышается до насыщения. По мере дальнейшего испарения растворителяг повышения концентрации раствора и выделения из него кристаллов гигроскопической соли электрическое соиротивление -влавачувствительного слоя 6 возMl напряжения на Резисторе 12 и тепловыделение в резистивном нагревательном элементе 3 уменьшаются. После

S 1ОПЯЕУ, .завершения переходного процесса при вследствие электролиза гнгроскопинеизменном значении парниального дай4 ческой .соли на поверхностях электро- . ления водяного пара в окружающей Фа дов при эксплуатации преоб.зазоватезе устанавливается равновесный рв- лей. При.этом расширение диапазона . жим тепловыделения в реэистивнеа преобразования по относительной влажнагревателънам элементе 3, а Падв- 3 ности в .сторону нижних зиаченнй до ние напряжения на резисторе Ы сто- уровня, ограниченного физико-хнмнбнлизируется на уровне равй©м Вйа» чеФкиюе.свойствами используемой ченив напряжения задатчика 16,. Йфа гигроскопической .соли, достигается этом равновесная: температура владо- за счет предотвращения неуправляемого чувствительного слоя 3, кфтщ уМ . ..:;!О югрвва резистивного нагревательного определяют по. выходному параМатфу элемента и составляет ориентировочно те увствительного. элемента.:3, ".и :;. от 5 до 153 относительной влажности, является мерой парцюалъного;мэлаиия повнвение быстро@ейатвия преобразоваводяного нара в окружавшем rase, . тФля до©тигается .за счет уменыаенкя

Значение этого дввления определяют )$ обцеФ массы сердечника:до значений по значенив: равновесной температура . . сечения и,массы керамического карка-. с псмсмьв. предписанной itpeodpasosa- . ca в электродном преобразователе в телю номинальной .статической характе- 1,5-2 раза по сравйенйю. с прототипом,. ристики преобраэования.. " :. а упрощеине преобразователя достйгаетОсновной технический .эффект изоб- ci:упразднением: согласующего. рансретения заключается в.создании. Oes- Форматора между усилителем-и резйртивэлектродного ареобразоватеФя с ин-., ным нагревательным элементом. paaaspeдуктивным щщводои. эйергии: и -влаго- ние.дФщазона преобразования по отчуВствительнсиу слоа. Дойтоинствси нОсительной:влажВости .и пфвыаение таких бееконтактных.йреобразователвй >> быстрщцФствия. расширяет .область приявляется практичеаки неограниченный : ыенения;подогреэнйх. :преобразователей ресурс, быстродействие:и йрастота, -. и» малоинерционные..объекты.с низкими такие же., как и- s известнЫх электрщ -. уровнями относительной-влажности газов, них .преобразователях> недостатком :: работаааие продолжительное время беэ которых является ограниченный yeeypc, доступа обслужнваааеГО пеРсонала. .

1017987

A-A

2

Ьг.2

Составитель В. Екаев

Редактор М. Петрова ТехредЛ.Пекарь Корректор Л- Во и

Заказ 3528/41 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4