ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике, касается, в частности, датчиков влажности и может быть использовано для автоматического измерения влажности газообразных сред, в частности, на атомных и тепловых электрических станциях как в статике, так и в потоках.

Известен емкостной датчик влажности [1], который состоит из двух стеклянных пластинок, между которыми заключены две токопроводящие обкладки, выполненные в виде гребенок, вставленных одна в другую. Датчики такого типа были испытаны авторами. Недостатком этих датчиков влажности является узкий диапазон измерения. При измерении относительной влажности окружающей среды < 50% датчик реагирует вяло или совсем не реагирует на изменение влажности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является емкостной датчик влажности [2], включающий токопроводящую обкладку, выполненную из алюминиевой основы, на которую нанесен влагопоглощающий слой, выполненный путем нанесения двухслойного оксидного покрытия, причем один слой с мелкими порами, а другой - с крупными, а затем нанесен еще один токопроводящий слой.

Недостатком известного устройства является его относительно высокая стоимость из-за использования дорогостоящего оборудования для плазменного нанесения многослойного покрытия, а также напыления проводника, служащего второй обкладкой. Кроме того, в случае загрязнения датчика радионуклидами возникает проблема дезактивации. Известно, что дезактивировать пористые материалы очень трудно, тем более оксиды.

Задача, решаемая изобретением, заключается в упрощении его изготовления и эксплуатации, а также удешевлении датчика за счет снижения стоимости материала.

Сущность изобретения состоит в том, что в датчике влажности, включающем токопроводящие обкладки и влагопоглощающий слой, предложено влагопоглощающий слой выполнить из листового фильтрующего материала, пропитанного карбонатами щелочных металлов, токопроводящие обкладки датчика поместить в герметичный диэлектрический чехол, датчик снабдить двумя влагопоглощающими слоями, помещенными с двух сторон токопроводящих обкладок, а листовой фильтрующий материал поджать к токопроводящим обкладкам решетчатой накладкой.

Преимущество листового фильтрующего материала заключается в том, что его легко заменить в случае загрязнения (например, радиоактивного), а также в его дешевизне.

Пропитка фильтровального материала солями щелочных металлов необходима для того, чтобы датчик оперативно реагировал на изменение влажности окружающей среды - чем больше влажность, тем больше проводимость фильтровального материала и, следовательно, больше сигнал.

Диэлектрический чехол необходим для того, чтобы увлажненный проводящий фильтрующий материал не замкнул между собой токопроводящие обкладки.

При эксплуатации данная конструкция хороша тем, что позволяет легко ее разобрать, заменить фильтрующий материал и вновь легко подготовить к работе.

Диэлектрическая пленка должна быть возможно более тонкой, так как непосредственно вблизи поверхности токопроводящих обкладок и происходит отклик на изменение влажности в виде изменения емкости, поэтому важно плотно прижать влагопоглощающий слой, изолированный диэлектрической пленкой от токопроводящих обкладок, к самим токопроводящим обкладкам. Плотное прижатие достигается за счет того, что датчик помещают между двумя крупноячеистыми решетками, выполненными из непроводящего электрический ток материала, например из оргстекла, которые стягиваются между собой винтами.

Были проведены опыты по пропитке влагопоглощающего слоя разными солями щелочных металлов. Выбраны карбонаты, как наиболее устойчивые во времени. Другие соли щелочных металлов, например алюминаты и силикаты, приводят к изменению стабильности показаний датчика во времени.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена изометрическая проекция датчика с частичным разрезом; на фиг. 2 - схема слоев датчика для того, чтобы были видны внутренние слои устройства; на фиг.3 - часть конденсатора с обкладками в виде гребенок, вставленных одна в другую.

Датчик содержит (см. фиг. 1, 2 и 3) проводящие обкладки, образованные медной фольгой 1 на дважды фольгированном текстолите 2. Слои медной фольги 1 вытравлены таким образом, чтобы получились конденсаторы, параллельно соединенные между собой для увеличения начальной емкости датчика. Этот двойной конденсатор, каждая половина которого представляет собой две гребенки (см. фиг. 3), вставленные друг в друга, заключен в герметичный чехол 3 из диэлектрической пленки, поверх которой расположен влагопоглощающий слой 4 из листового фильтрующего материала, пропитанного солями щелочных металлов, служащий чувствительным элементом устройства. Эти слои сжаты с двух сторон решеткой 5, наприме, из оргстекла, при помощи винтов 6.

Датчик работает следующим образом. При попадании частиц воды на влагопоглощающий слой меняется его диэлектрическая проницаемость, т.к. соли щелочных металлов реагируют с водой с образованием электролита. Изменение диэлектрической проницаемости приводит к изменению емкости конденсатора, на что реагирует измерительное устройство, и сигнал преобразуется с помощью прямопоказывающего прибора в изменение относительной влажности. Напряжение питания измерительного устройства 5 В, толщина лавсановой пленки ~ 10 мкм. Диапазон измеряемой влажности от 10 до 100%. Диапазон температур, в которых работает датчик, от 0 до 60^oC. Материалы, из которых выполнен датчик, широко доступны, сам датчик прост в изготовлении, влагопоглощающий слой (чувствительный элемент датчика) в случае радиоактивного загрязнения легко заменяется. Размеры датчика 130x20x13 мм.

Испытания датчика в течение 6 месяцев подтверждают его стабильную работу.

Список литературы
1. IEEE Trans. Industry Applications. 1988, 24 N 3, p. 402-410.

2. Россия, а.с. N 1822969, G 01 N 27/22, опубл. 23.06.93 - наиболее близкий аналог.

Изобретение может быть использовано для автоматического измерения влажности газообразных сред, в частности на атомных и тепловых электрических станциях как в статике, так и в потоках. Сущность: в датчике влажности, включающем токопроводящие обкладки и влагопоглощающий слой, предложено влагопоглощающий слой выполнить из листового фильтрующего материала, пропитанного карбонатами щелочных металлов, токопроводящие обкладки датчика поместить в герметичный диэлектрический чехол, датчик снабдить двумя влагопоглощающими слоями, помещенными с двух сторон токопроводящих обкладок, а листовой фильтрующий материал поджать к токопроводящим обкладкам решетчатой накладкой. Технический результат изобретения заключается в упрощении изготовления и эксплуатации датчика, а также в удешевлении датчика за счет снижения стоимости материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Емкостной датчик влажности, включающий токопроводящие обкладки и влагопоглощающий слой, отличающийся тем, что влагопоглощающий слой выполнен из листового фильтрующего материала, пропитанного карбонатами щелочных металлов, причем токопроводящие обкладки помещены в герметичный диэлектрический чехол. 2. Емкостной датчик влажности по п.1, отличающийся тем, что он снабжен двумя влагопоглощающими слоями, помещенными с двух сторон токопроводящих обкладок. 3. Емкостной датчик влажности по п.1, отличающийся тем, что листовой фильтрующий материал поджат к токопроводящим обкладкам решетчатой прокладкой.