4. Гигрометрический метод
Метод основан на зависимости физических свойств материалов, поглощающих влагу из анализируемого газа, от его влагосодержания.
В практике технических измерений находят применение следующие пирометрические приборы: электролитические и сорбционные.
В электролитических гигрометрах прибор содержит влагочувствительный элемент, содержащий электролит. Изменение влажности газа вызывает изменение количества влаги в чувствительном элементе - электролите и, соответственно, изменение концентрации электролита, изменение его сопротивления или электропроводности.
В электролитическом гигрометре (рис.9.4) в качестве влагочувствительного элемента используется хлористый литий. Насыщенный раствор хлористого лития нагревается до температуры, при которой парциальное давление водяного пара над раствором равно парциальному давлению паров в окружающей атмосфере. Следовательно, по принципу действия электролитические гигрометры с подогревным преобразователем аналогичны гигрометрам точки росы, но обладают тем преимуществом, что нагреть преобразователь значительно легче и проще, чем охладить зеркало в приборах точки росы.
Чувствительный элемент прибора представляет собой тонкостенную трубку из коррозионно-стойкой стали, покрытую слоем стеклянной ваты 2, которая пропитана раствором хлористого лития. На стеклянную вату намотаны изолированные одна от другой спирали 5 (электроды) из серебряной проволоки. Сверху на элемент надета металлическая трубка с сетчатой вставкой, которая задерживает сильные газовые струи. Внутри трубки 7 помещается малоинерционный термометр сопротивления 4, к которому подключен измерительный прибор 5. Серебряные спирали питаются переменным током (во избежание поляризации) напряжением 25-30 В через резистор R.
Температура хлористого лития непрерывно и автоматически устанавливается на точке росы. Это достигается следующим образом. При подаче напряжения на серебряные спирали через раствор хлористого лития проходит электрический ток, нагревая раствор до температуры кристаллизации хлористого лития. Образование твердой соли приводит к резкому увеличению сопротивления пространства между электродами, сила тока уменьшается, и температура преобразователя снижается. Понижение температуры продолжается до тех пор, пока вследствие поглощения влаги из окружающей среды проводимость между электродами вновь повышается. Температура поддерживается на уровне контролируемой влажности.
В сорбционных гигрометрах используется изменение физических свойств сорбционных материалов (керамики), окиси алюминия, микропористых материалов, от содержания в них влаги. Изменение содержания влаги сопровождается изменением электрического сопротивления, емкости и других параметров.
Применяются в промышленности сорбционные гигрометры деформационного типа, основанные на свойстве некоторых твердых материалов изменять свои линейные размеры в зависимости от влажности газа. В качестве чувствительного элемента впервые был применен человеческий волос. В настоящее время широко применяются влагомеры (сигнализаторы влажности), выполненные на основе капроновой нити, которая растягивается или сжимается при изменении влажности.
Широко применяются пьезосорбционные гигрометры. Они представляют собой пластину кварцевого резонатора 1, на поверхность которого нанесена пленка гигроскопического материала 2.
В результате процессов сорбции водяных паров увеличивается масса кварцевой пластины, что приводит к изменению частоты ее собственных колебаний соответственно частоты колебаний автогенератора 5.
&f = /2bm/(NpS), (9.5)
где/- собственная частота колебаний; N- частотный коэффициент; р - плотность кварца; S - площадь пластины; Am- изменение массы сорбированного водяного пара.
Отношение f2/(N pS)=const = K - определяется свойствами пьезоматериала, поэтому можно записать: Д/ —К Дт .
Этот метод имеет высокую чувствительность.
На этом принципе разработаны приборы для измерения влажности газа: "Волна-1" и "Волна-2". Чувствительный элемент представляет собой тонкую пластину из пьезокварца с резонансной частотой 5 мГц, на поверхность которой нанесена пленка сорбента, поглощающего водяные пары. В качестве сорбента используется полиамид. Изменение частоты колебаний автогенератора, в частоте задающую цепь которого включен пьезокварц, служит мерой относительной влажности.