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]

структурой, используемых в электрических сорбционных датчиках других типов, - молекулярных, сит типа цеолитов, пленок двуокисей кремния, пятиокиси фосфора, сульфированного полистирола и других гигроскопических полимеров и природных смол. Влагочувствительный материал должен иметь минимальный сорбционный гистерезис и обладать устойчивостью характеристик во времени. Последнее требование не выполняют некоторые фтористые соединения, например NaF, LiF. Полярные жидкости типа полиэтиленгликоля обеспечивают малую инерционность, но неудовлетворительны по устойчивости и избирательности к водяному пару [Л. 8-13]. В последнее время предлагалось применение в качестве сорбента водорастворимых солей (CaCl2, LiBr, LiCl) с добавкой в качестве связующего поливинилового спирта или полимерных пленок.

Статическую характеристику датчика можно приближенно описать уравнением

где Af-изменение частоту резонатора, соответствующее изменению Am массы сорбата (влаги); pk, S -соответственно плотность и площадь поверхностного слоя кварцевой пластины; TV! - частотный коэффициент, зависящий от типа среза и формы пьезопластины.

Чувствительность датчика можно считать постоянной величиной лишь для-тонких пленок (толщиной до 30 - 50 нм). У выполненных приборов она составляла 200 - 400 гц/мкг влаги. Максимальная допустимая загрузка кварца пленкой уменьшается с ростом частоты, но одновременно значительно повышается его чувствительность. Верхний предел частоты ограничен величиной 15 Мгц из соображений механической прочности. Чаще всего рабочая частота гигрометров с пьезокварцевыми датчиками составляет 8-9 Мгц. В {Л. 8-14] рекомендуется использовать пьезопластины с моночастотной характеристикой. Для такой пластины с пленкой SiOz определенной пористой структуры при /=8,19 Мгц выведена зависимость Af от относительной влажностн ф воздуха:

Af[28f°°,

где -отношение толщины пленки к предельно допустимой, вызывающей потерю работоспособности резонатора; Т - температура воздуха.



Пьезокварцевые датчики с влагбчувствйтельной плёИ-кой имеют очень широкие пределы измерений -от 0,1 до "30 ООО м. д., причем верхний предел соответствует •ф=1007о. С увеличением диаметра пор влагочувствительного покрытия верхний предел повышается, но одновременно уменьшается чувствительность датчика.

Количество влаги, сорбированной пленкой, определяется ее сорбционными изотермами; это предопределяет влияние температуры и давления исследуемого газа на результат измерения влажности. Минимальное значение ТКЧ (температурного коэффициента частоты) в интервале температур -40--1-80°С имеют кварцевые пластины среза AT.

Эмпирическое выражение для температурной погрешности датчиков с пленкой ЗЮг при измерениях относительной влажности ф воздуха имеет вид [Л. 8-14]:

где ЛГ-разность температур градуировки и измерения.

Измерительные устройства гигрометров используют частотную модуляцию с помощью пьезокварцевого датчика, включенного в колебательный контур генератбра, и рассчитаны на автоматическое непрерывное измерение. Для компенсации погрешностей - температурных и от наличия газовых примесей- они строятся на принципе сравнения, реализуемом двумя различными способами.

В первом (рис. 8-5,а) применяются два кварцевых резонатора, имеющих одинаковые ТКЧ. Один из них - измерительный - обтекается потоком анализируемого газа; второй (без влагочувствительного покрытия) - опорный- герметизирован. Кварцевые резонаторы управляют частотой колебаний двух ламповых или полупро--водниковых генераторов - измерительного и опорного. Частоты обоих генераторов сравниваются в смесителе; частота биений Af характеризует влагосодержание газа. Для настройки нуля гигрометра через измерительный резонатор пропускают абсолютно сухой газ.

Вторая, более сложная схема (рис. 8-5,6) имеет два одинаковых пьезокварцевых датчика; в один из них поступает поток анализируемого газа, а во второй - образцового (полностью осушенного). Переключающее устройство периодически изменяет направления обоих потоков газа.



Гигрометры с пьезодатчйкамн с чувстЁиТельной пленкой имеют удобную для измерения естественную выходную величину, широкие пределы измерений, малую инерционность, достаточную чувствительность, в том числе и Б области малых и микровлагосодержаний, они применимы для воздуха и различных газов. К их недостаткам относятся чувствительность к изменениям плотности и вязкости исследуемого газа, а также поглощение некоторых кимпонентов газа, кроме водяного па-

7 Ю

Рис. 8-5. Блок-схемы гигрометров с пьезокварцевыми датчиками.

1,2 - измерительный н эталонный датчики; 3, 4 - измерительный и опорный генераторы; 5 - смеситель; 6 -к выходному устройству; 7 - анализируемый газ; 8 - эталонный (осушенный) газ; 9 - переключающее устройство; 10 - клапаны.

ра. Ош.ибка может достичь ощутимой величины, если эталоном служит осушенный азот, а исследуемая газовая смесь имеет влагосодержание, близкое к нулю, и содержит -примеси двуокиси углерода, хлористого водорода, метилового спирта и т. д.

Погрешности вызываются также осаждением пыли и других механических загрязнений газа на поверхности пленки, а в случае применения полимерных пленок - их старением.

Алюминиево-оксидные ЭГД, предложенные английскими исследователями {Л. 8-15], имеют в качест-284




[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]

0.0172