Емкостный датчик влажности газовых сред

 

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные ц элeктpичec;кoй перегородкой-подложкой , на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительная камера является проточной, а компенсационная камера - герметичной и заполнена эталонной средой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен дополнительной проточной камерой , установленной со стороны компенсационной и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонеi проницаемой перегородкой-мембраной, причем дополнительная камера по вхоkn ду и выходу измеряемой среды соединена с измерительной камерой.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5!) Г 01 Х 27/22

НЛ У 13.2 д 14.1 7 Н1 9

Фзмериеи гаяо&я среда

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3585541/24-25 (22) 27.04.83 (46) 07.01.85. Бюл,¹ 1 (72) Н.M.Свиридов, Ю.А.Скрипник и В.А.Ефремов (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 551.508.7(088.8) (56) 1. Надь Ш.Б. Диэлектрометрия.

М., "Энергия", 1976, с, 108-109, рис. ?4.

2 ° Ветров В.В., Долгов Е.Н. и др, Электронно-технические измерения при физико-химических исследованиях.

Иэ-во Ленинград, ун-та, 1979, с. 39-42, рис. 1,14б (прототип). (54) (57) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ

ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащий измеритель„„SU„„1133533 A ную и компенсационную камеры, разделенные диэлектрической перегородкой-подложкой, на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительная камера является проточной, а компенсационная камера — герметичной и заполнена эталонной средой, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен дополнительной проточной камерой,установленной со стороны компенсационной и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонеФ проницаемой перегородкой-мембраной, Е причем дополнительная камера по входу и выходу измеряемой среды соединена с измерительной камерой. С.

l l 33533

Изобретение относится к измерительной технике и может быTb использовано в системах дистанционного контроля и автоматического регулирования влажности газовых сред, например атмосферного воздуха.

Известен .емкостный датчик с внутренним полем, выполненный в виде плоскопараллельного конденсатора, между пластинами электропровода- 10 ми которого пропускают контролируемый газ (1) .

Недостатком известного датчика является наличие существенных погреш ностей измерений, обусловленных температурными изменениями геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств контролируемого газа и изолирующих конструктивных элементов. Кроме того, в результате измерения вносится погрешность, связанная с наличием водяной адсорбционной пленки между электродами конденсатора и с изменением давления контролируемого газа внутри датчи- 25 ка так как при этом изменяется плотность газа, а также наблюдается деформация пластин конденсатора

Наиболее близким техническим решением к изобретению является емкостный датчик влажности газовых сред, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные диэлектрической перегородкой-подложкой, на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительная камера является проточной, а компенсационная — герметичной и заполнена эталонной средой j2).

Недостатком известного датчика

40 являются погрешности измерения, обусловленные различной плотностью воздушных сред в измерительной и компен. сационной камерах из-за возможности разности давлений в этих камерах.

Разность давлений в камерах приводит также к различным деформациям (проги. бам) торцовых защитных крышек и перегородки-подложки камер, на которых закреплены электроды измерительного и компенсационного конденсаторов, что обуславливает различные приращения их емкостей и, как следствие, появление дополнительной погрешности. Относительно большое удаление электродов измерительного и компенсацилнного конденсаторов при изменении температуры измеряемой среды приводит к появлению градиента температур между этими электродами, Э-от градиент температур обуславливает различный дрейф геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств изолирующих конструктивных элементов измерительной и компенсационной камер, а следовательно, и погрешность измерения. Кроме того, наличие водяной адсорбционной пленки между электродами кднденсаторов ухудшает стабильность и точность измерения, так как толщина этой пленки зависит от давления в камерах, а также от температуры изолирующих конструктивных элементов камер емкостного датчика.

Кроме того, недостатком известного емкостного датчика является наличине погрешностей измерения, обусловленных коррозией электродов конденсаторов и засорением межэлектрод» ных промежутков, различной плотностью газовых сред в измерительной и компенсационной камерах из-за возможного различия давлений в этих камерах, а также погрешностей, связайных с прогибом диэлектрической перегородки-подложки. Наличие водяной адсорбционной пленки между электродами накладных конденсаторов приводит к появлению дополнительной погрешности измерения, так как толщина этой пленки зависит от температуры диэлектрической среды перегородки-подложки, давлений в измерительной и компенсационной камерах и т.д, Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что емкостный датчик влажности газовых сред, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные диэлектрической перегородкой-подложкой, на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительная камера является проточной, а компенсационная камера - герметичной и заполнена эталонной средой, снабжен дополнительной проточной камерой, установленной со стороны компенсационной камеры и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонепроницаемой перегородкоймембраной, причем дополнительная камера по входу и выходу измеряемой среды соединена с измерительной ка11335 мерой.

На чертеже изображен емкостный датчик влажности газовых сред, фронтальный разрез.

Емкостный датчик влажности газовых сред содержит проточную измерительную камеру 1 герметичную компенсационную камеру 2, проточную дополнительную камеру 3, корпус 4 и систему 5 подачи измеряемой газовой срвды. Камеры 1 — 3 размещены в корпусе 4, выполненном, например, в виде металлического цилиндра.

Проточная измерительная камера 1 состоит из разделительного кольца 6, торцовой защитной крышки 7, перегородки-подложки 8, изготовленной из диэлектрического материала с большим коэффициентом теплопроводности, и измерительного накладного конденсатора 9, закрепленного на одной стороне перегородки-подложки 8, на противоположной стороне которой закреплен компенсационный накладной конденсатор 10, выполненный идентично измерительному конденсатору 9. Конденсаторы 9 и 10 состоят из низкопотенциальных 11.1, 12.1 и высокопотенциальных 1!.2 и 12.2 электро. 30 дов. На наружные поверхности влектродов и на межэлектродные поверхности перегородки-подложки 8 нанесено защитное диэлектрическое покрытие 13.

Компенсационная камера 2 состоит из разделительного кольца 14, перегородки-подложки 8, компенсационного накладного конденсатора 10 и перегородки-мембраны 15, выполненной из гибкого гофрированного лиэлектри- 40 ческого газонепроницаемого материала. В компенсационной камере 2 содержится эталонная среда осушенный воздух или воздух с заданной влажностью 45

Дополнительная проточная камера 3 состоит из разделительного кольца

16, перегородки-мембраны 15 и торцовой защитной крышки 17.

Емкостный датчик влажности газовых сред работает следующим образом.

При подаче измеряемой газовой сре ды в емкостный датчик, давления газовых сред в измерительной 1, компенсационной 2 и дополнительной 3 55 камерах будут всегда одинаковыми.

Это следует из того, что давления газовых сред в измерительной 1 и

33 4 дополнительной 3 камерах будут всегда одинаковыми, так как они связаны между собой посредством системы 5 подачи газовых сред, а давление в компенсационной камере 2 и давление в дополнительной камере 3 будут выравниваться благодаря наличию подвиж. ной гибкой перегородки-мембраны 15 °

В том случае разность давлений газовых сред в компенсационной 2 и дополнительной 3 камерах будет определяться только упругостью перегородки-мембраны 15, Применение гибких, гофрированных тонких диэлектрических перегородок-мембран позволит уменьшить эту разность давлений вплоть до нуля. При этом перегородка-мембрана не будет подвержена деформации прогибу, а следовательно, не будет вноситься погрешность в измерения, связанная с изгибами электродов 11.1, 11.2, 12.1 и 12.2 конденсаторов 9 и 10.

При подаче осушенного воздуха в емкостный датчик и при включении измерительного 9 и компенсационного

10 конденсаторов в уравновешенную измерительную, например мостовую, дифференциальную схему, сигнал на ее выходе будет отсутствовать и не не будет появляться даже при большиХ изменениях давления измеряемой газовой среды. Это следует из того, что приращения емкостей измерительного 9 и компенсационного 10 конденсаторов при изменении плотностей осушенного воздуха в измерительной 1 и компенсационной камерах будут одинаковыми. Подача влажного воздуха в измерительную камеру 1 приведет к увеличению емкости измерительного конденсатора 9, так как диэлектрическая проницаемость влажного воз духа больше, чем осушенного. Следовательно, на выходе измерительной схемы появится сигнал, величина которого будет связана пропорциональной зависимостью с количеством влаги,. содержащейся в воздушной среде.

При этом изменение давления газовой среды в измерительной камере 1 не будет существенно влиять на результат измерения влажности газовых сред.

Установка дополнительной камеры 3 со стороны компенсационной камеры 2 позволит также обеспечить обтекание с двух сторон (большей частью) внешней поверхности компенсационной камеры 2 измеряемой газовой средой, где 5 толщина защитного диэлектрического покрытия, ширина низкопотенциального . электрода конденсаторов; ширина высокопотенциального электрода конденсаторов ширина межэлектродного промежутка, что приводит к более быстрому выравниванию температуры во всех камерах емкоотного датчика. Это, в свою очередь, обеспечивает более полную компенсацию погрешностей, обусловленных температурным изменением диэлектрических свойств газовых сред и водяных адсорбционных пленок на поверхности конденсаторов 9 и 10.

Применение защитного диэлектри ° ческого покрытия 13, наносимого на электроды конденсаторов 9 и 10 и на межэлектродные поверхности перегородки-подложки 8,позволяет исключить токи сквозной проводимости между электродами конденсаторов, коррозию электродов и засорение межзлектродных промежутков, а также позволяет исключить возможность короткого замгкания электродов конденсаторов.

Наличие защитного диэлектрического покрытия приводит также к ослаблению влияния водяной адсорбционной пленки, осаждающейся на поверхности конденсаторов, на выходной сигнал емкостного датчика.

Толщину защитного диэлектрического покрытия 13 необходимо устанавливать в зависимости от ширины электродов и межэлектродных промежутков.

Исходя из реальных геомег"рических размеров обычно применяемых емкостных датчиков, численное значение толщины защитного покрытия должно находиться в интервале от 1 до !

000 мкм. С увеЛичением ширины элек-, тродов и межплектродных промежутков толщина защитного диэлектрического покрытия 13 может быть также увеличена, при этом чувствительность емкостного датчика заметно не уменьшается. С достаточной точностью для практических целей (так как число электродов в конденсаторе, как правило, не превышает ста единиц) толГ щину защитного диэлектрического покрытия можно определить из соотношения (a 1 с) ь (о b сф

100 gQ

1!33533 и =2,3,4... — число низко- и высокопотенциальных электродов в одном конденсаторе.

При испольэоцании емкостного датчика для измерения влажности воздуха в помещениях, резервуарах и.т., объем которых существенно превышает габариты емкостного датчика, система 5 подачи газовой среды может быть

1О выполнена в виде отверстий в корпусе 4 и разделительных колец 6 и 14 или в торцовых защитных крышках 7 и 17 измерительной 1 и дополнительной

3 камер.

Применение в качестве эталонной среды в компенсационной камере 2 воздуха с заданной влажностъю позволяет более полно скомпенсировать погрешности измерения, обусловленные изменением температуры и давления измеряемой воздушной среды, а также позволяет измерять отклонение абсолютной влажности измеряемой воздушной среды от заданного значения.

При этом выходной сигнал можно использовать для осуществления автомати.ческого регулирования влажности воз- . душной среды в контролируемых объемах (помещениях, резервуарах и T еда) °

Таким образом, в предлагаемом ем-. костном датчике существенно повышена точность измерения за счет исключения погрешностей, обусловленных раз— личной плотностью газовых сред в измерительной и компенсационной камерах из-за возможного различия давлений в этих камерах, а также погреш40 ностей, связанных с прогибом диэлектрической перегородки-подложки, Благодаря применению защитного диэлектрического покрытия существенно уменьшены погрешности измерения, связанные с исключением токов сквозной проводимости между электродами конденсаторов, а также с коррозией электродов и засорением межэлектрод-, ных промежутков. Кроме того, исключается возможность короткого замыкания электродов этих конденсаторов, а также ослабляется влияние адсорбционной водяной пленки на результат измерения. Исключение указанных погрешностей измерения позволит более точно контролировать и при необходимости поддерживать на заданном уровне влажность газовых сред (на7 1133533 Я

Составитель A.Ïëàòîâà

Техред Т.Фанта Корректор А. Тяско

Редактор А.Шишкина

Заказ 9944/37 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 пример, влажность воздуха в цехах производства) и переработки искусственных волокон, что позволит повысить качество выпускаемой продукции при ее производстве, переработке, хранении и т.д.