Сорбционный датчик влажности г ^иояи^"-''^''^

 

33989I

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсттих

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства ¹â€”

М.Кл. G Olw 1/11

Ci 01п 27/02

Заявлено 17.XII.1970 (№ 1601037/18 1О) с присоединением заявки,№вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 24.Ч.1972. Бюллетень ¹ 17

Дата опубликования описания 18.VII I.1972

Комитет ll0 делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 551.508.71 (088.8) Авторы изобретения

Ю. И. Петров и В. А. Котельников

Ордена Ленина институт химической физики АН СССР

Заявитель

СОРБЦИОННЪ|Й ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ

I !ç0áðåTåíHt. относится к области измерительной техники.

Известные датчики влажности, содержащие изоляционную подложку с размещенными,на ней электродами .и гигроскопический слой, не обладают достаточной чувствительностью, а в области высокой влажности наблюдаются гистерезисные явления.

Для повышения чувствительности и ослабления гистерезисных явлений в области высокой влажности в предлагаемом датчике электроды расположены в одной плоскости и покрыты гигроскопическим слоем толщиной

4 — 5 .икл из контактирующих металлических

0 частиц размером 100 — 300 А, изолированных друг от друга окисной оболочкой толщиной

10 — 20 A.

На фиг, 1 показан общий вид описываемого датчика; на фиг. 2 — эквивалентная схема датчика; на фиг. 3 — зависимость ха рактеристики датчика от частоты переменного тока; на фнг. 4 — зависимость характеристик датчика от влажности.

Датчик представляет собой два напыленных на изолированную подложку 1 (кварц, стекло, полимерный материал и др,) пленочных металлических электрода 2, расположенных в одной плоскости, на поверхности которых и между пими осажден тонкий гигроскопический слой 8 аэрозольных частиц, получаемых испарением металла в разряженном кислороде, толщиной 4 — 5 лак.я, При изготовлении датчика некоторое время его прогревают излучением испарнте IH в разреженной атмосфере кислорода, а затем помещают для калибровки в термостатированную стеклянную трубку, через которую проду1С вают струю воздуха известной влажности.

Электроды толщиной 0,3 — 0,5 лтклт напыляют на чистое покровное стекло в вакууме

"-10 лтлт. рт, ст.

С целью стабилизации электрических пара15 метров гигрометра влажность воздуха в трубке несколько раз изменяют от 0 до 100% и об ратно, Разброс данных различных образцов, приготовленных в одинаковых условиях, не превышает 50%, Было замечено старение

20 образцов, которое практически прекращается через несколько дней пребывания на воздухе.

Процесс старения можно ускорить прогреванием чувствительного элемента во влажном кислороде.

25 Для сороционного,датчика с гигроскопическим слоем из алюминиевых частиц типичные, экспериментально определенные зависимости, последовательно соединенных емкости и сопротивления от относительной влажности и чаЗп стоты переменного напряжения приведены на

339891

3 фиг, 3 и 4. Как видно из фиг. 4, .где представлены данные, полученные на частоте 1000 гц, с ростом Влажности от О,до 100% емкость

ГИГрос«оп и>!ес«ОГО слоя у Вели Нв;!ется с 450

ДО 80000 1!(/). Б то же !!>рем5! сопротивление по- 5 терь происходит через максимум при относительной влажности около 40%. Эти изменения емкости и сопротивления протекают вполне обратимо без какого-либо заметного гистерезиса в процессе уменьшения влажности со 100 !О до 0%. В пределах показанного разброса данные воспроизводились: в течение месяца после изготовлен!!я образца, при храпении его на воздухе с влажностью 30 — 80%, а также noc:le суточного пребывания в атмосфере пасы- !5 щенного водяного пара или многосуточной выдержки в воздухе с влажностью 95%.

О!Дяако смачивание слоя водой приводит к его разрушению, поэтому в реальных условия.х лучше не допускать работы прибора при 20 .влажности более 95%.

"1увствительность датчика зависит от отношения диаметра частиц гигроскопического слоя к толщ!Гне окисной оболочки, от плотности и толщины слоя, а также от площади по-! арытия электродов этим слоем. Эти параметры могут сильно варьироваться в процессе приготовления образца в зависимости от .давления кислорода, расстояния до испарителя, угла па«лона подложки, температуры.нагрева- зо пня,,времени выдержки В атмосфере кислорода и др.

Приведенные па фиг. 3 и 4 данные относятся к образцам средней чувствительности. Б некоторых случаях удавалось получать ооразцы, показывающие при влажности 100% ем «Ость около 1 лкф.

Прп быстром изменении зла>«ности путем внесения образца в сосуд с заданной влажностью воздуха значение емкости и сопротивле- 4О ния уотанавлива!отея настолько быстро, что трудно оценить истинное время переходного процесса. Во всяком случае оно составляет не более нескольких секунд.

Пробивное напряжение датчика при влажности воздуха 80% колеблется около 30 0, поэтому прилагаемое к чувствительному элементу напряжен>ие нс должно превышать это з и>!>!е!!!!е.

Изменение содержания углекислого газа в воз!Духе от .нормального (0,03%) до пренебре>кнмо малого, после,вьв!Ора>кивания воздуха жидким азотом практически не отражается на показаниях датчика.

У датчика измеряемое последовательное сопротивление при увеличении влажности сначала растет, проходит через максимум, а затем спадает. Такой ход кривой объясняется тем, что растущее по мере заполнен>ия пор адсорбированным водяным паром сопротивление диэлектрических потерь Л! (фиг. 2) начинает шунтироваться в области высокой влажности сквозной электропроводностью слоя по

Воде (сопротивление 392).

Как видно >на фиг, 3, по мере повышения частоты значения емкости и сопротивления уменьшаются, причем характер кривых указывает,на то, что время релаксации процесса установления электропроводпости в слое поряда 10 сек.

Предмет изобретения

CopoHионный датчик Влажности> содержащий изоляционную подложку с размещенными па ней электродами и гигроскопический слой, Отли Lololvèã1ñÿ тем, что, с целью повышения чувствительности и,ослабления гистерезисных явлений в области высокой влажности, в нем электроды располо>кены в одной плоскости и покрыты гигроскопическим слоем толщиной

4 — 5 лкл пз контактирующих металлических частиц размером 100 — 300 Л, изолированных друг от друга окисной оболочкой толщиной о !

0 — 20 Л.

339891 1!,l и

704

У ур2(100 Ю Ы Ю 80 700

Бпажнасп ь Р Р (Ж)

Фиг /

Составитель Е. Блохина

Техред Т. Курилко

Корректор T. Гревцова

Редактор С. Хейфиц

Заказ 2628 Изд.. и 724 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

3 1сорскзи ппосрафнн

81

Ц ф о

104