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]

(рис. 8-7,6). На форму характеристик (т. е. на чувствительность датчика, пределы измерений и другие свойства) можно воздействовать выбором тех параметров методики изготовления, которые определяют размеры и свойства оксидной-пленки, а также параметров измерительного устройства. Важное значение имеет толщина пористого слоя пленки: с ее увеличением минимальное измеряемое значение влажности ф перемещается в сторону высоких ф и увеличивается чувствительность датчика Б этой области. Полная проводимость плоского датчика зависит от напряжения «второго анодирования» [Л. 8-16] при ф>40°/о; уменьшению этого напряжения (в пределах 50-300 в) соответствует увеличение абсолютного значения проводимости и чувствительности датчика. Зависимость tg6 от частоты (в пределах f=30-b 10 гц), исследованная для плоского датчика, показала, что при ф1=0 tg б г«0,005-;-0,008 и почти не зависит от /. С увеличением .ф возрастают значения tg б и частотные характеристики tg6(f) при ф=const имеют четко выраженный максимум, который с ростом ф закономерно, сдвигается в сторону высоких ф.

Обычные оксидные датчики позволяют измерять относительную влажность в пределах 20-=-30<ф<100%. Для смещения нижнего предела в область малых и микровлагосодержаний и повышения чувствительности в этой области было предложено {Л. 8-21] заполнять поры оксидной пленки насыщенным водным раствором гигроскопической соли до нанесения на пленку внешнего электрода. Раствором заполняется только часть объема пор без образования сквозных проводящих мостиков между электродами. Раствор LiCl позволяет измерять температуры точки росы т от -120 до -20°С, раствор CaCl2 от -70 до 0°С. На базе таких датчиков выпускают гигрометры для измерения микроконцентраций влаги, начиная с долей 1•10" не только в газах, но и Б жидкостях. Недостаток этих ЭГД - высокая чувствительность к перегрузкам по влажности, приводящая к выходу чувствительного элемента из строя при контакте с атмосферным воздухом больше 5-10 сек. Указанная особенность вынуждает хранить датчики в закрытых контейнерах с молекулярными ситами (т -100°С). Относительно дополнительных погрешностей оксидных ЭГД имеются противоречивые данные. Экспериментальные данные, полученные для стержне-



вых датчиков в диапазоне температур -15-=-.80°С [Л. 8-15] и для плоских датчиков при температурах от комнатных до -90 °С, свидетельствуют о том, что температурная погрешность близка к нулю; гистерезис отсутствует, если датчики не находились длительное время в воздухе, насыщенном водяным паром.

Другие исследователи {Л. 8-16 и 8-18] отмечают довольно большие температурные погрешности и гистере-зисныс явления.

Инерционность датчика определяется процессами диффузии водяного пара через слой газа к поверхности пленки и главным образом (в движущемся газе) диффузии и адсорбции внутри влагочувствительного слоя. Рассматриваемые ЭГД, можно аппроксимировать апериодическим звеном первого порядка. Постоянная времени Т при понижении влажности больше, чем при повышении; ее величина зависит также от начальной влажности и увеличивается при понижении температуры. У датчиков обычной конструкции Т в среднем исчисляется несколькими "секундами, иногда десятью и больше.

Доказана возможность миниатюризации оксидных ЭГД со значительным повышением их быстродействия. Для этого необходимо предельно уменьшить толщину влагочувствительной пленки, а также исключить соприкосновение с ней гигроскопических материалов. Миниатюрный датчик для радиозондов весом не более 12 мг (основание из алюминиевой фольги толщиной около 0,08 мм со слоем окиси толщиной около 2 мкм) имел постоянную времени (для температуры 24 °С) около 0,1 сек при повышении относительной влажности с О до 50% и около 0,3 сек при понижении со 100 до 50% [Л. 8-17]. Еще большим быстродействием (Г=а0,025 сек) обладает микродатчик для динамических измерений градиентов и полей влажности вблизи поверхности влажных тел [Л. 8-22].

Основным недостатком алюминиевооксидных ЭГД является их старение. Постепенное изменение характеристик наблюдалось у оксидных датчиков в самых различных условиях хранения и эксплуатации. Иногда по истечении длительного времени (несколько месяцев) характеристики стабилизировались, но в большинстве случаев уменьшение чувствительности датчиков во времени не прекращалось полностью. Для предотвращения старения применялись различные способы - искусствен-



ное старение, термообработка пленки и т. д. Было высказано предположение, что причиной старения является медленное уменьшение проводимости стенок и оснований пор в результате процесса диффузии легких анионов, образованных в процессе анодирования, со стенок капилляров в кристаллическую структуру окиси. Для замены этих анионов более тяжелыми, предлагалось погружать датчики на 1-2 сек в насыщенный раствор некоторых солей, например вольфрамовокислого натрия, а затем подвергать искусственному старению периодическим изменением относительной влажности окружающего воздуха {Л. 8-15]. Все эти способы в лучшем случае позволяют замедлить процесс старения и стабилизировать характеристики на несколько недель или месяцев.

В гигрометрах с оксидными ЭГД применялись схемы измерения емкости или полной проводимости, построенные на различных принципах. Простейшей является последовательная схема омметра на частоте 50 гц (см. рис. 4-3,а). Другим устройством, работающим на той же частоте, является баллистический преобразователь емкости в силу тока по принципу накопления количества электричества в конденсаторе. В современных схемах этого типа вместо электромеханических переключателей или реле применяют бесконтактные переключающие устройства. Для измерения полного сопротивления датчика применялись также мосты низких звуковых частот (f2-3 кгц) и резонансные схемы на радиочастотах на принципе биений или генераторы с частотой, модулируемой датчиком и измеряемой частотным детектором; эти схемы аналогичны применяемым в диэлькометрических влагомерах (см. § 4-2).

Алюминиевооксидные ЭГД представляют большой интерес для многих областей науки и техники благодаря СБОИМ достоинствам: низкая стоимость, механическая прочность, простота изготовления, возможность получения взаимозаменяемых датчиков и их миниатюризации, малоинерционность, возможность измерений микровлагосодержаний газов и жидкостей и измерений при отрицательных температурах.

Препятствием к широкому практическому применению этих датчиков является лишь то, что до сих пор не решена полностью задача долговременной стабилизации их характеристик,




[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]

0.0138