Главная страница  Измерения влажности 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [ 92 ] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

поверхность которого наносится слой мелко йзмельчёй-иого (величина частиц 30-50 мкм) силикагеля. Недостатком этих датчиков является большая величина сопротивления (измеряемого на постоянном токе) при относительной влажности воздуха ниже 40-50%. Другие ЭГД имели чувствительный элемент в виде диска из прессованного цеолита, лредварительно измельченного до порошкообразного состояния. Цеолиты наносились также в виде тонких слоев на водостойкие основания.

В абсорбционных ЭГД используется ие тонкий слой, а определенный объем гигроскопического материала. Большинство капиллярнопористых материалов очень лег--ко поглощает влагу, но лишь немногие из них так же легко отдают ее и свободны от сорбционного гистерезиса. Заполнение капилляров водяным паром вызывает резкое уменьшение объемного сопротивления; в то же время наличие разветвленных капилляров увеличивает инерционность ЭГД этого типа. Кроме того, им присущи также гистерезис и нестабильность характеристик. Несмотря, на эти недостатки, был создан ряд датчиков этого типа с использованием разных твердых материалов или отдельных волокон и тканей из волокон. Чувствительным элементом являлись, например, стеклянное волокно или нейлоновая ткань, зажатые между двумя перфорированными металлически-ми пластинами, а также искусственное волокно с вплетенными в ткань серебряными нитями, выполняющими роль электродов. Более широкое применение нашли пористые керамические материалы, например смеси с окисью церия и двуокисью титана. Достоинство этих датчиков -способность переносить длительное воздействие газов с относительной влажностью, равной 100%.

Наибольшее практическое значение имеют сорбцион-ные датчики следующих типов: угольные, пьезокварцевые и алюминиевооксидные.

Угольные ЭГД имеют влагочувствительный элемент в виде пленки гигроскопического связующего вещества, содержащего в виде суспензии тонко размолотые частицы угля. Чаще всего связующим служит целлюлоза или ее соединение (например, гидроксилэтилцеллюлоза или ацетилцеллюлоза) с добавками желатина, а иногда и других веществ. Технология изготовления датчиков описана в (Л. 8-10]. Уголь часто вводится в связующее в виде сажи (ацетиленовой). Влагочувствительная плен-



ка наносится методом погружения (реже набрызгйва-ния) на основание - прямоугольную пластину из твердого диэлектрика (оргстекла или полистирола). Боковые длинные грани пластины покрывают металлом, например серебром; эти металлические слои служат электродами. Значительно реже применяют основания цилиндрической формы и проволочные спиральные электроды.

Выходной величиной угольного датчика служит его электрическое сопротивление. Согласно общепринятой теории проводимость пленки изменяется в результате ее сжатия или расширения под .влиянием сорбированной влаги. Деформация пленки вызывает перемещение проводящих частиц угля. Некоторые исследователи [Л. 8-10] подвергают сомнению деформационный механизм действия датчика и считают его чисто сорбционным, обусловленным целлюлозными составляющими пленки.

Однако зависимость Дх{ц>) -сопротивления угольного датчика от относительной влажности воздуха имеет характер, противоположный наблюдаемому не только у электролитических, но и других сорбционных ЭГД. При постоянной температуре сопротивление датчика увеличивается с ростом влажности, что может свидетельствовать о преобладании электронной проводимости над ионной. Для угольных датчиков характерно явление гистерезиса; наличие гистерезисной петли шириной до 10% для диапазона относительной влажности 10ф1007о было установлено у датчиков, разработанных в СССР [Л. 8-11]. Сопротивление Яхпри <p=const увеличивается с повышением температуры, причем температурный ко-эфициент непостоянен.

Форма переходной характеристики угольного датчика несколько отличается от простой экспоненциальной; в частности, ей свойственно более быстрое нарастание выходной величины на начальном участке. Следовательно, датчик следует рассматривать как инерционное звено, порядок которого выше первого. На практике инерционность датчика характеризуют одной постоянной времени Т. Быстродействие угольных ЭГД достаточно высоко. Так, например, упомянутые отечественные датчики имели при 0°С и неподвижном воздуха Т=2 сек при увеличении влажности и Г=6 сек при ее уменьшении. Как и у других ЭГД, постоянная времени уменьшается с ростом скорости воздуха, увеличивается при пониже-



НИИ температуры и, в меньшей степени, при повышении влажности.

Угольные датчики выпускаются рядом приборостроительных фирм и нашли применение преимущественно в радиозондах; благодаря высокому быстродействию и отсутствию отказов при насыщении атмосферы влагой они стали основными конкурентами хлористолитиевых ЭГД в этой области. Их широкому применению в промышленности препятствует, кроме значительного сорбционного гистерезиса, нестабильность характеристик.

Пьезокварцевые сорбционные датчики основаны на изменении параметров (амплитуда и частота колебаний) кварцевого резонатора в результате адсорбции влаги на его поверхности или сорбции влаги гигроскопической пленкой,,нанесенной на поверхность кварца. Выходной величиной влагочувствительных элементов обоих типов в большинстве случаев служит собственная частота колебаний пьезокварца, уменьшающаяся с ростом измеряемой влажности.

Первоначально разрабатывались чисто адсорбционные пьезокварцевые датчики, т. е. без гигроскопической пленки. Их принцип действия основан на прямом изменении эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора в результате адсорбции водяных паров и обусловленного ею затухания упругих колебаний в поверхностном слое кварца и его металлизированном покрытии. Один из первых гигрометров с таким датчиком имел простую схему, состоящую из двух ламповых генераторов, собранных на двух половинах двойного триода. В [Л. 8-12] исследованы влияние влажности воздуха на составляющие эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора и зависимость его характеристик от температуры и давления газа.

Значительно большее распространение нашли пьезокварцевые датчики с тонким слоем влагосорбирующего вещества, наносимого на металлизированную Поверхность кварца. Такой датчик представляет собой сочетание влагочувствительного элемента сорбционного типа с пьезокварцевым преобразователем, измеряющим сорбированную массу влаги. В датчиках этого типа ценой некоторого увеличения инерционности достигают высокой чувствительности и понижения нижнего предела измере-.ний в область микровлагосодержаний. Влагочувствительный слой изготовляют из материалов с микропористой




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [ 92 ] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

0.0224