ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

Систему передачи единицы измерения от эталона (или эталонной установки) к рабочим измерительным приборам описывают проверочной схемой. Сложность соз­дания проверочной схемы для гигрометров обусловлена тем, что диапазон измерений влажности газов и паро­газовых смесей охватывает 10—11 порядков (от 5-Ю-8 до 103 г/ж3 и более), диапазон температур от —60°С и ниже. до 600 °С и выше при давлениях до 400 кгс/см2,

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

/ ЄлцуеІІиес у SrpasioHori

F ПаВериа ( по образца - I Вым V смесям J

Н

! ■S

91

Йароттры А логрдяятщ Вотчщяяи

Гигрометры І Гфоточньігіц. датчинагш

F ПоВерна J Tw образца - Btw

CtieCfiM

_ ( сличение __________

~V показаний J

Рис. 11-1. Общая поверочная схема для гигрометрии.

Сличение Показаний

I

Скоростях от 0 до 15 місек и различном химическом со­ставе объектов измерения {Л. 11-6]. Необходимо также учесть общие требования, предъявляемые ко всем пове­рочным схемам: образцовые средства различных разря­дов должны обладать необходимой точностью, схема должна содержать минимальное число элементов и пере­даточных ступеней с максимальной унификацией элемен­тов поверочной аппаратуры и применением наиболее простых, способов и средств поверки для рабочих при­боров наиболее распространенных типов.

Б поверочных схемах для аналитических измерений в газах и воздухе используются как образцовые приборы, так и газовые смеси. заданного состава. Эти направле­ния нашли отражение в изображенной на рис. 11-1 поверочной схеме для гигрометрии [Лі 11-7], составлен­ной на основании рекомендаций национальных и меж­дународных организаций: а) Отдела стандартизации Секретариата СЭБ; б) Всемирной метеорологической организации (ВМО); в) Всесоюзного научно-исследова­тельского института метрологии (ВНИИМ); г) Нацио­нального бюро эталонов США (НБЭ).

Б основу построения схемы положено деление (не­сколько условное) гигрометров на две группы: с погруж­ными и проточными датчиками. Гигрометрам с по­гружными датчиками соответствует левая часть схемы, с проточными — правая; буквами на символах элементов схемы обозначены рекомендующие их организации: а) СЭБ; б) ВМО; в) ВНИИМ; г) НБЭ.

Схема состоит только из эталонного и одного образ­цового разрядов. Верхнее звено поверочной схемы обра­зуют эталонные установка и прибор, основаннные на аб­солютных методах. Установка /, работающая по грави­метрическому методу полного поглощения, предназначе­на для измерения объемных влагосодержаний от 1 ООО до 10000 м. д. Образцовый кулонометрический гигро­метр 2 также охватывает широкий диапазон влагосо­держаний.

В среднее звено схемы входят установки, создающие образцовые среды — паровоздушные или парогазовые смеси с заданными значениями влагоеодержания, а так­же образцовые приборы. К первой категории относятся солевые гигростаты 3, позволяющие получать воздух с относительной влажностью ф от 3 до 98%, и генерато­ры влажности — «двухтемпературный» или на принципе двух давлений 4 (10^іф^98%) и диффузионный 5 для влагосодержаний 3—20 ООО м. д.

К образцовым приборам., отнесены: гигрометр 6 с сорб - ционным электрическим датчиком, аспирационный пси­хрометр Ассмана 7, гигрометр точки росы 8, кулопомет - рический гигрометр 9 (класса точности более низкого, чем 2), пневматический мост 10 и рефрактометр СВЧ 11.

Эталонные средства используются в схеме двояким образом: для аттестации образцовых смесей, создавае­мых генераторами при различных режимах работы, и для аттестации образцовых приборов методом сличения по­казаний на парогазовых смесях различного влагоеодер­жания. Градуировка и поверка. рабочих гигрометров, проточных и погружных, также может выполняться либо по образцовым смесям, либо сличением показаний с об­разцовыми приборами. Диапазон малых и микровлаго- содержаний (ниже 100—10-Ю-6) требует применения особых образцовых средств, рассматриваемых ниже. При организации системы поверочных лабораторий в них мо­гут найти применение те или иные образцовые средства и приборы поверочной схемы.

Образцовые приборы большинства типов описаны во второй части книги. Рассмотрим теперь - еще не описан­ные элементы общей поверочной схемы.

Общепризнанным эталоном в гигрометрии среднего диапазона является гравиметрический гигро­метр полного поглощения. Измеряемую вели­чину— влагосодержаиие (отношение смеси) D определя­ют как

D=maIVcpc,

Где тп — масса водяного пара; Vc, рс — соответственно объем и плотность абсолютно сухого газа при значениях температуры и давления, соответствующих моменту из­мерения.

Установка этого типа, разработанная НБЭ [JI. 11-8] (рис. .11-2), состоит из двух основных частей: системы поглощения влаги для определения ее массы и системы измерения объема газа, прошедшего через первую систе­му. Анализируемый газ пропускают через три последо­вательно соединенных съемных стеклянных сосуда (име­ющих форму U-образных трубок), заполненных тверды - ми сорбентами — Mg(C104J2 (первая трубка) и Р2О5 (вторая и третья). Для определения величины тп срав­нивают массу трубок до н после протекания газа с по­мощью точных аналитических весов, установленных в термостатируемом помещении. Система измерения объема газа состоит из двух калиброванных по объему цилиндрических камер, изготовленных из нержавеющей стали и погруженных в термостатированную масляную ванну. Камеры автоматически заполняются попеременно;

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

Рис. 11-2. Блок-схема гравиметрического гигрометра полного погло­щения.

1 — вход анализируемого газа; 2 — основные осушители; 3 — расходомер; 4 — Байпасная линия; 5 — регулятор расхода; 6 — система измерения объема газа; 7 — масляная ванна; 8 — приборы для измерения давления, температуры и разрежения; 9 — реле давления; 10 — вакуумный насос; // — ванна с хладо - агентом; 12 — холодильная установка; 13 — газ для промывки; 14 — осуши­тели.

При достижении установленного значения давления газа (50—700 мм рт. ст.) в одном сосуде реле давления пере­ключает поток осушенного газа на второй сосуд, а пер­вый соединяет с вакуумным насосом. Массу сухого газа вычисляют по числу заполнений камер с учетом его тем­пературы и давления.

Б состав установки входят вспомогательные устройст­ва: система осушки сжатого воздуха, используемого для промывки установки перед измерением, холодильная установка для понижения температуры масляной ванны и байпасная линия с запорными клапанами, дающими

Возможность соединить газовый тракт с окружающей средой, а также изолировать основные осушители.

Длительность пропускания газа должна обеспечить поглощение массы влаги, которую можно определить - с достаточной точностью. Б зависимости от расхода газа и его влагосодержания она колеблется от 5 мин до 30 ч; Предварительная промывка продолжается около 16 ч. Пределы измерений ограничены с нижней стороны по­грешностью и длительностью измерения, с верхней----------------------------------------------------------------------------------

Максимальной температурой помещения (30 °С), которая должна превышать температуру точки росы. Установка НБЭ позволяет измерять влагосодержание в пределах 0,19—27 мг/г. Анализ всех источников погрешностей [JL 11-8] показал, что общая относительная погрешность установки в указанных пределах равна ±0,13% измеряе­мого значения влагосодержания. Столь высокая точность - достижима только при условии очень высокого качества изготовления и эксплуатации установки.

Известны попытки усовершенствования гигрометра описанного типа. Б [JL 11-9] предложена конструкция устройства для сосуда с влагопоглощающим веществом, позволяющая определять его массу без необходимости съема и переноса на весы. Благодаря этому все операции после первоначальной установки сосуда выполняются без прикосновения к нему человеческой руки и систему осуш­ки вместе с весами можно поместить в камеру с конди­ционируемым воздухом.

Рассмотрим теперь образцовые средства, предусмот­ренные поверочной схемой, и некоторые менее распрост­раненные установки и приборы, не вошедшие в эту схе­му. Чаще всего для поверки и градуировки гигрометров применяют камеры-гигростаты — лабораторные установ­ки, в рабочей камере которых можно в течение длитель­ного времени поддерживать заданные (в достаточно ши­роком диапазоне) значения влажности паровоздушной или парогазовой смеси. Современные камеры-гигростаты, как правило, автоматизированы; в термогигростатах, кроме влажности, автоматически регулируется и темпе­ратура смеси.

На практике применяется много разновидностей ка­мер-гигростатов; их общим свойством является контроль и управление с помощью контрольных гигрометров. Точ­ность получаемых смесей определяется в значительной мере погрешностями гигрометра; характеристики гигро - метра часто ограничивают и диапазон изменения влаж ности.

Значительно больший интерес представляют установ­ки, в которых можно получать парогазовые смеси с за­данными значениями влажности по результатам изме­рения других параметров или физико-химических свойстр смеси. Такие установки, именуемые «генераторами влаж­ности», после аттестации можно использовать в качестве образцовых без необходимости прибегать к помощи образ. цовых гигрометров.

Генераторы влажности могут быть основаны на сле­дующих принципах:

А) насыщение воздуха над поверхностью водных растворов солей или кислот («солевые гигростаты»);

Б) изменение температуры или Давления насыщенного воздуха (-генераторы влажности двухтемпературные и на принципе двух давлений);

В) смешение насыщенного и сухого воздуха в извест­ном - соотношении (гигростаты на принципе смешения).

В последних двух методах газ или газовая смесь на­сыщаются водяным 'паром над поверхностью воды.

В установках первого типа получение парогазовых смесей заданной - влажности с возможностью их сохране­ния в течение длительного времени основано на том, что в замкнутом объеме над поверхностью некоторых жид­костей устанавливается определенное значение упругости водяного пара, определяемое видом жидкости (или ее концентрацией) и температурой. На практике использу­ется вода для получения относительной влажности <р= = 100%, а для более низких значений — насыщенные водные растворы солей, смеси некоторых кристаллогид­ратов, водные растворы серной кислоты и глицерина.

Применяемые чаще всего растворы гигроскопических солей готовят из дистиллированной воды и химически чистых солей. В соответствии с законом Рауля относи­тельная влажность -воздуха над водными растворами оп­ределяется выражением

Ф=1____________________________ ., Ш-П

Где Мс — молекулярные массы воды и раетворенното вещества (А1В= 18); пс — число молей вещества, раство­ренных - в пв молях воды.

При больших концентрациях растворенного вещества наблюдается отклонение от соотношения (11-1).

Основными справочными материалами о значениях ф над солевыми растворами и влиянии температуры - на эти значения являются экспериментальные данные. В гигро - метрии наиболее надежными считаются данные НБЭ [Л. 11-10], приведенные в табл. 11-1.

Таблица 11-1

Температура, "С

Относительная влажность воздуха над насыщенными растворами солей, %

О £ О

ІЗ

О.3=

Со

О

Ы

X

ЬЛсо

SX

CJ

Га 2

О

Со

£ Z

О

2

«

Б

0

14,7

35,0

60,6

74,9

83,7

97,6

99,1

5

14,0

36,4

59,2

75,1

82,6

96,6

98,4

10

13,3

34,2

57,8

75,2

81,7

95,5

97,9

15

12,8

33,9

56,3

75,3

81,1

94,4

97,5

20

12,4

33,6

54,9

75,5

80,6

93,2

97,2

25

12,0

33,2

53,4

75,8

80,3

92,0

96,9

30

11,8

32,8

52,0

75,6

80,0

90,7

96,6

35

П,7

32,5

50,6

75,5

79,8

89,3

96,4

40

11,6

32,1

49,2

75,4

79,6

87,9

96,2

45

11,5

31,8

47,7

75,1

79,3

86,5

96,0

50

11,4

31,4

46,3

74,7

79,1

85,0

95,8

Более полные данные, охватывающие растворы 88 со­лей в диапазоне температур от 2 до 1О0°С, приведены ■в работе [Л. 11-11], содержащей также некоторые указа­ния о свойствах этих растворов — величине температур­ного коэффициента, токсичности, агрессивности и т. д. Работа (Л. 7-19] содержит данные о 16 солях, причем для трех из них (NaOH, ПСІ, СаС12) с температурными интервалами в 0,5 °С и меньше для областей температур, близких к точкам гидратного перехода.

Для получения величин ф<10% используются насы­щенные растворы Р205 (для температур от 2 до 50 °С можно считать |<р=0) и NaOH (при температуре 25 °С ф^6,5%). Равновесная влажность очень мало зависит от общего - давления парогазовой смеси (в пределах до нескольких кгс/см2).

К достоинствам солевых гигростатов следует отнести их простоту и надежность в эксплуатации. Их недостат­ками являются возможность получения лишь ограничен - 362

Ного числа дискретных значений влажности, ограничен­ный температурный диапазон, пределы которого опреде­ляются температурами кипения и замерзания используе­мого раствора при данном давлении, а также большая длительность достижения равновесной влажности. Кроме того, некоторые неудобства связаны с необходимостью замены раствора для перехода к новому значению влаж­ности.

Для обеспечения правильной работы и надлежащей точности необходимы определенные предосторожности. Камера и ее узлы должны изготовляться из негигроско­пических материалов; термостатирование камеры должно минимизировать температурные градиенты в ней. Для уменьшения длительности переходных процессов макси­мально увеличивают отношение площади поверхности раствора к объему воздуха в камере и создают интенсив­ное перемешивание или циркуляцию - этого воздуха. Испытуемые в камере изделия не должны нарушать гигротермического равновесия выделением или поглоще­нием тепла или влаги.

При условии правильного построения и эксплуатации солевых гигростатов с их помощью можно получать парогазовые смеси с абсолютной погрешностью, не пре­вышающей ± 1 % относительной влажности. -

Примерами солевых гигростатов могут служить уста­новки, разработанные в СКВ аналитического приборо­строения [Л. 11-12]. Стационарный гигростат с полезным объемом 0,3 MS построен на базе климатической камеры и позволяет получать относительную влажность 30— 85%'. Переносный гигростат предназначен для поверки, гигрометрических "датчиков непосредственно в условиях эксплуатации. В гигростате отсутствует система термо - статирования; вентилятор перемешивает воздух в рабо­чем объеме. Установление температурно-влажностного режима длится 30—90 мин в зависимости от температу­ры и влажности окружающего воздуха.

Значительно реже, чем растворы солей, применяют водные растворы серной кислоты. Их основным недостат­ком является агрессивность; иногда эти растворы оказы­вают разрушающее действие на объекты испытаний и вспомогательную аппаратуру. Было также установлено, что при гигротермическом увлажнении некоторых полу­проводниковых материалов над растворами H2S04 име­ла место адсорбция молекул кислоты на поверхности

Таблица 11-2

Массовая концент­рация (масса 1 US( На 100 г раствора), %

Плотность раствора пэи20°С, Г/см?

Относительная влажность воздуха, %, при температуре, °С

0

20

25

30

50

75

10

1,0661

95,9

95,6

95,6

95,6

95,6

95,6

20

1,1394

87,8

88,0

88,0

88,0

88,2

88,5

25

1,1783

81,8

82,4

«2,5

82,6

83,1

83,6

30

1,2185

73,8

75,0

75,2

75,4

76,2

77,2

35

1,2599

64,6

66,0

66,3

66,6

67,9

69,5

40

1,3028

54,2

56,1

56,5

56,9

58,5

60,5

45

1,3476

44,0

45,6

46,1

46,6

48,5

50,8

50

1,3951

33,6

35,2

35,7

36,2

38,3

41,0

55

1,4453

23,5

25,3

25.8

26,3

28,5

31,1

■60

1,4983

14,6

16,1

16,6

17,1

19,0

21,4

65

1,5533

7,8

9,2

9,7

10,1

11,8

14,0

70

1,6105

3,4

3,7

4.1

5,4

7,2

Твердого вещества. В табл. 11-2 [Л. 11-13] приведены данные о растворах Н2&04; в цитируемой работе содер­жатся также данные о водных растворах глицерина, на­шедших более ограниченное применение.

Генераторы 'влажности двухтемператур - ные и «а принципе двух давлений представ­ляют собой динамические системы, в которых циркулиру­ет единый поток воздуха.

Воздух насыщается в увлажнителе (сатураторе) при определенных значениях температуры и давления; до поступления в рабочую камеру изменяют один из этих параметров без ИЗМ ЄН ЄН ЙЯ S бсолютной влажности воз­духа и, таким образом, получают заданное значение от­носительной влажности.

Принцип устройства двухтемпературного генератора показан на рис. 11-3,с. Основными частями установки являются насыщающий увлажнитель 1 и рабочая камера 2, термостатируемые в жидкостных ваннах термостатов 3 и 4; непрерывную циркуляцию воздуха в замкнутой системе 12 создает воздушный насос 5. При условии, что воздух полностью насыщается в увлажнителе при температуре tu повышение его температуры до 4 создает в рабочей камере относительную влажность

Где Ei, Ez — упругости насыщенного пара при темпера­турах соответственно. U и fe. 364

Если полные давления в увлажнителе (Р±) и рабочей камере (pz) неодинаковы, формула для определения <р принимает вид:

(11-2)

Известны различные способы реализации описанного принципа. В установке НБЭ для регулирования темпера-

Б)

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

7 В)

EL.

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

Рис. 11-3. Блок-схемы генераторов влаж­ности.

А — двухтемпературного; Є — на принципе двух давлений; в — со смешением двух потоков воз­духа.

Туры рабочей камеры вместо термостата применены электрические нагреватели потока воздуха. Для получе­ния нескольких значений <р использовались установки с несколькими сатураторами, термостатируемыми при
различных температурах. Переключение сатураторов, осуществляемое с помощью быстродействующих клапа­нов, позволяет уменьшить инерционность установки, одна­ко ее конструкция сильно усложняется. В некоторых установках вместо воды были применены ненасыщенные водные растворы гигроскопических солей (LiCl и др.) Это позволяет получать смеси с равновесной влаж­ностью, .более низкой чем при применении воды; устра­няется также опасность выпадения конденсата на стен­ках аппаратуры. Однако в этом случае для контроля влажности смеси необходимы измерительные приборы, что лишает генераторы влажности их основного преиму­щества. В обычных двухтемпературных генераторах пре­делы <р определяются температурой сатуратора и, в изве­стной мере, скоростью воздушного потока V, от которой зависят тепловые потери. При высоких значениях V при­ходится вводить поправку к значению определенному по формуле (11-2); для о=5 м/сек величина поправки равна 0,6%' iq>.

Точность получения заданного значения влажности определяется погрешностями измерения температур и их постоянством в сатураторе и рабочем объеме генератора. Источниками погрешностей являются градиенты темпера­туры, сорбция влаги стенками аппаратуры и, особенно, неполное насыщение воздуха в сатураторе. Метод двух температур непригоден для температурных испытаний гигрометров из-за невозможности получения различных значений температуры при постоянном значении <р. Ос­новным его недостатком является значительная длитель­ность (30—60 мин) перехода от одного значения <р к дру­гому, обусловленная тепловой инерцией отдельных элементов.

От указанного недостатка свободны установки с из­менением давления воздуха. Воздух достигает состояния насыщения' при повышенном давлении ръ при последую­щем понижении давления до величины р2 и сохранении постоянной температуры относительная влажность воз­духа будет:

Q>=pzlpi. (11-31

С учетом отклонений свойств влажного воздуха от свойств идеального газа и потери части влаги при расши­рении значения (р можно определить с большей точ­ностью (особенно при высоких давлениях Pi) "ПО эмпири - 366

Ческим формулам; одна из - них имеет вид:

. Pl(i-kPl + k'Pf) ' V '

Где K и K' — постоянные

Величина р2 часто равна атмосферному давлению; если при этом pi^jlO кгс/см2, поправочный множитель к формуле (11-3), вычисленный из (11-4), отличается от единицы не больше чем на 0,0025.

Схема установки показана па рис. 11-3,6. Воздух по­ступает через регулятор давления 1 в насыщающий увлаж­нитель 2, а затем через дроссельный кран 3 в рабочую камеру 4 и через. вентиль 5 выбрасывается в атмосферу или отсасывается насосом.- Части установки 2, 3 и 4 тер - мостатированы в жидкостной ванне 6. Давление в увлаж­нителе и рабочей камере измеряют при помощи мано­метров 7.

Диапазон изменения относительной влажности у гене­раторов на принципе двух давлений обычно рабен от 5—10 до 98% .- Получение низких влагосодержаний сопря­жено с некоторыми трудностями. Для получения был разработан «гибридный» генератор, сочетающий принципы двух температур и двух давлений. В этой уста­новке увлажнитель работает при температуре более. низкой (примерно на 22°С), чем рабочая камера; ниж­ний предел <р был доведен до 1 % ■

Время установления в обычных генераторах на прин­ципе двух давлений. не превышает 10—15 мин. Их точ­ность зависит от погрешностей измерения давлений и точности поправок на отличие от идеальных газов. Кроме того, сохраняют свое значение и факторы, указан­ные для «двухтемпературного» метода. По мнению мно­гих исследователей, при выборе образцовых поверочных средств генератору на принципе двух давлений следует отдать предпочтение перед двухтемпературным.

Гигростаты на принципе смешения двух потоков воздуха — полностью осушенного и увлаж­ненного до насыщения — позволяют получать различные значения влажности путем изменения количественного отношения этих потоков. В установке такого типа (рис. 11-3,е) атмосферный воздух подается воздушным насосом 1 в осушитель 2. Поток воздуха с влажностью (р=0 разделяется смесительным дозирующим краном 3 на две части с определенным соотношением расходов.

■Первый поток поступает в сатуратор 4. Насыщенный воздух поступает в смеситель 5, где смешивается со вто­рым 'потоком полностью осушенного воздуха. Воздушная смесь подается в камеру 6, где омывает испытуемый объект, а затем выходит в наружную атмосферу. Увлаж­нитель, смесительная и рабочая камеры термостатируют - ся с помощью термостата 7; в жидкостную ванну термо­стата помещены также теплообменные - змеевики, через которые сухой и насыщенный воздух подаются в смеси­тель. Таким образом, увлажнение воздуха и работа сме­сителя и рабочей камеры происходят при одинаковой температуре, которой соответствует определенная вели­чина Е упругости насыщенного водянного пара. Если обозначить через х ту часть общего потока воздуха, ко­торая проходит через увлажнитель, а влагосодержание увлажненного воздуха — через Dn, то влагосодержание воздуха в рабочей камере будет:

D=xdu-~

Относительная влажность воздуха в камере

Где р, рн — давления влажного воздуха соответственно в рабочей камере и увлажнителе.

Если перепад давления между увлажнителем и рабо­чей камерой, сообщающейся с атмосферой, незначителен, можно принять рн—р=Е> (В — атмосферное давление). При испытаниях в области отрицательных температур значение Е ничтожно мало по сравнению с атмосферным давлением.

В этих условиях, уравнение (11-5) упрощается и при­нимает вид:

<p=x.

Выравнивание давлений в обеих ветвях установки осуществляется с помощью регулируемых дросселей и дифференциального манометра или ротаметра.

Важнейшим элементом гигростатов данного типа яв­ляется дозирующий кран. В наиболее совершенных уста­новках кран имеет 6—7 фиксированных положений, позволяющих осуществить вручную ступенчатое регули­рование расхода. Точность гигростатов определяется погрешностями регулирования отношения массовых рас­ходов потоков сухого и насыщенного воздуха, а также погрешностями от неполноты насыщения и осушки этих 368 потоков. Точность связанного регулирования обоих рас­ходов зависит от степени стабилизации давления за до­зирующим клапаном; погрешность, связанная с допуще­нием ри=В, растет с увеличением скорости воздуха. Т1о указанным причинам динамический метод смешения не может обеспечить высокой точности получения паровоз­душных смесей, особенно в широком диапазоне темпера­тур; он не был включен в рассмотренную поверочную схему. Однако на этом методе основаны некоторые до­статочно совершенные гигростаты с контрольным - гигро­метром.

Рассмотренные выше генераторы влажности предназ­начены в основном для диапазонов средних и высоких влагосодержаний. Для поверки и градуировки гигро­метров для малых и микровлагосодержа - ний необходимы специфические образцовые методы и установки. Для получения парогазовых смесей нашли применение диффузионные дозаторы динамического типа с диффузией водяного пара через цилиндрическую трубку или через пористую перегородку. Параметрами, определяющими количесгво пара, диффундирующего через трубку, являются скорость газа и его температура. В установке этого типа [Л. 11-14] можно изменять рас­ход воздуха или температуру водяного термостата; пер­вый способ обеспечивает более высокое быстродействие генератора. Была установлена необходимость искусст­венного старения трубок из пластика. В диапазоне вла­госодержаний от 25 до 1 ООО • Ю-6 относительная погреш­ность генератора (определенная с помощью эталона НБЭ) находилась в пределах 2—5%.

Основным элементом диффузионных генераторов с пористой перегородкой является камера, разделенная на две части паропроницаемой мембраной. Через верхнюю часть непрерывно проходит поток сухого воздуха, а ниж­няя частично заполнена водой. Влажность потока возду­ха зависит от его скорости и температуры в камере.

В установке, описанной в {Л. 11-15], применены мемб­раны из целофановой, полиэтиленовой или золотобитной пленки. Расход воздуха стабилизирован с помощью регу­лятора с критическим соплом, а упругость водяного пара воздуха над перегородкой регулируют изменением темпе­ратуры воды с помощью электрического нагревателя.

Одним из образцовых приборов поверочной схемы являегся пневматический - мост, предста-вляющий собой сорбционный гигрометр с критическим соплом. Известно, что при истечении газа через сопло существует критическое значение отношения давления на выходе (в горловине сопла) к давлению на входе (для воздуха это значение близко к 0,5), при котором скорость движе­ния таза в сопле достигает звуковой и расход газа опре­деляется только входным давлением и температурой, .но не зависит от давления на низкой стороне.

Основной частью гигрометра являются две группы сопл, работающих в режимах критического расхода и имеющих диаметр горловины, близкий к 1 мм. Сопла 1—4 собраны по схеме (рис. 11-4), аналогичной четырех - плечему мосту, в котором они являются аналогами пле-

МЕТОДЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГИГРОМЕТРОВ

Рис. 11-4. Блсж-схема гигрометриче - ского пневматического моста.

Чевых сопротивлений, а измерительным прибором служит дифференциальный манометр 5. Сопла 1, 2, между которыми включен осушитель 6 с твердым сорбентом", образуют измерительную ветвь моста, сопла 3, 4 — его опорную ветвь. Манометры 7 и 8 измеряют давления на входе моста и в средней точке опорной ветви. Мост может быть построен и по другим схемам [Л. 11-16]; в практическом исполнении он представляет собой тер- мостатируемый блок из нержавеющей стали, а воздуш­ный поток - создается с помощью вакуум-насоса.

Принцип действия моста основан на изменении пара­метров исследуемого газового потока в результате его осушки, вызывающем изменение перепада давлений Ар В измерительной диагонали.

Если упругость водяного пара Є не превышает 22 мм рт. ст., получают простую линейную зависимость

Е=§ Ар,

Где і|5 — эмпирическая постоянная, значение которой зависит от параметров моста.

Упроще-н-ные" рабочие меру и контрель - ные средства используются для поверки гигрометров, непосредственно в условиях эксплуатации. В первую очередь возникает необходимость поверки датчиков, так как для испытаний измерительных устройств можно использовать образцовые меры выходной величины дат­чика — сопротивления, емкости и т. п. Роль контрольных средств особенно велика при эксплуатации гигрометри - ческих датчиков (ЭГД), не обладающих стабильными градуировочными характеристиками и требующих пери­одической их проверки. В качестве таких средств можно использовать рассмотренные ранее переносные солевые гигростаты. При этом возникают, однако, затруднения, связанные с приготовлением и заменой жидких солевых растворов. Удобнее применять эти растворы в виде ка­шицы; опыт показал, что при этом сохраняется значение упругости водяного пара. над водным насыщенным раст­вором соответствующей соли.

Лучшее решение задачи дают смеси (обычно бинар­ные) тонко измельченных 'И высушенных твердых гидра­тов (или гидрата и ангидрида) гигроскопических солей. Упругость водяных паров лад такой системой постоянна при условии 'постоянства температуры. Газ, не вступаю-. щий в реакцию с системой и находящийся в тигротерми - ческом равновесии с ней, имеет влажность <рр, определя­емую только этой упругостью, температурой и полным давлением газа.

В [Л. 11-17] приведен перечень 10 бинарных смесей со значениями чр>р от 2,7 до 81% при +25 °С.

Особый интерес представляет применение рассмот­ренных систем для поверки гигрометров в области очень малых влагосодержаний. Смесь MgfClO^X X4H20+Mg(C104)2' 6Н20 была использована для по­верки кулонометрических гигрометров. Температура влияет на фр гидратных смесей значительно сильнее, чем у водных солевых растворов; это вызывает необходи­мость достаточно точного измерения или стабилизации температуры.

В отдельную категорию можно выделить установ1 ки для экспериментального определения динамических характеристик гигрометров. Такого рода установки предназначены для создания типовых возмущений (изменений влажности) с целью регистрации реакции гигрометра (чаще его датчика) на

Воздействие определенного вида. Как было показано во второй части книги, датчики гигрометров в большинстве случаев можно аппроксимировать элементарными ли­нейными звеньями. В связи с этим чаще всего ограничи­ваются получением ступенчатой переходной характери­стики, по которой можно определить параметры и ос­тальные динамические характеристики датчика. Значи­тельно реже в рассматриваемых установках создают возможность образования воздействий типа импульсной или гармонической функции времени.

Требования, предъявляемые к установкам Для опре­деления статических и динамических характеристик ги­грометров, различны. Для первых (рассмотренных вы­ше) важнейшим - показателем - качества является оста­точная погрешность влажности создаваемой парогазо­вой смеси. В установках для динамических испытаний допустимы значительно большие погрешности устано­вившихся значений влажности. Первостепенное значение приобретает сохранение формы и параметров реализу­емой функции времени, в частности мгновенного харак­тера скачкообразного или импульсного изменения влажности. Кроме того, необходимо стабилизировать наиболее существенные внешние воздействия — темпера­туру и скорость парогазовой смеси. Установки этого типа применяют также для искусственного старения ги­грометр ических датчиков по заданной программе.

Для динамических испытаний использовались или были специально разработаны установки, основанные на различных принципах, рассмотренных выше.

Генераторы влажности в виде рециркуляционных систем с двумя или несколькими увлажнителями позво­ляют получать ступенчатые изменения влажности при условии применения переключающего устройства, обла­дающего достаточным быстродействием.

Как уже указывалось, генераторы с двумя давления­ми являются менее инерционными, чем двухтемпера - турные.

Скачкообразное возмущение можно получить также механизированным перемещением объекта исследования из одного канала в другой |Л. 0-7]. Простая установка с двумя насыщенными растворами различных солей описана в}Л. 11-18].

Наиболее просто осуществляется ступенчатое изме­нение влажности в описанных выше гигростатах на принципе смешения двух потоков воздуха. Для этого достаточно изменить положение дозирующего крана; с учетом времени, необходимого для уравновешивания давления в обеих ветвях системы с помощью дроссели­рующих клапанов, длительность переходного процесса при ручном управлении и малом объеме рабочей камеры не превышает нескольких секунд.

На указанном принципе основана установка, разра­ботанная Ф.' Бернгардом специально для динамических испытаний [Л. 11-19]. С помощью калиброванных капил­лярных трубок с магнитными вентилями в каналах осушки и увлажнения можно получить большое число ступеней влажности с сохранением скоростей потоков, протекающих через увлажнитель и осушитель. Шаговый переключатель с переменной частотой включения позво­ляет реализовать периодические функции влажности — простые, трех - и шестиступенчатые прямоугольные вол­ны", причем минимальный период квазисинусоидальной функции (12 ступеней) равен 1,2 сек.

ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Психрометрический метод является одним из старей­ших и распространенных в 'промышленности, метеороло­гии и научных исследованиях методов измерения влаж­ности воздуха при положительных температурах. Он основан на зависимости между влажностью воздуха и разностью …

Методы измерения влажности

М. А. БЕРЛИНЕР Методы измерения влажности твердых материалов, жидкостей и газов, основанные на преобразовании влаж­ности в другую физическую величину с использованием современной измерительной техники, насчитывают всего несколько десятилетий; некоторые из …

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ

Задачи метрологического обслуживания измерений влажности возникли сравнительно недавно, после того как эти измерения заня­ли место одной из отраслей аналитической техники. Как и в других отраслях измерительной техники, основной метрологической' зада­чей …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.