ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА Российский патент 2003 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения влажности воздуха в быту и различных технологических процессах.

Известны различные датчики для измерения влажности воздуха, содержащие основание из токонепроводящего материала, на боковую поверхность которой уложены бифилярно два проволочных электрода, между которыми размещена влагочувствительная пленка (Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Мир, 1973, с. 294). В основе работы данных устройств лежит кулонометрический принцип измерения количества влаги, поглощаемой влагочувствительной пленкой из газового потока.

Недостатком известных устройств является сложность их конструкции и ограниченная сфера их применения. Такие устройства пригодны лишь для измерения влажности газовых сред, омывающих датчик по всему его периметру.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является датчик давления газов и паров, содержащий вращающийся цилиндр из токонепроводящего материала, на боковой поверхности которого размещены последовательно парные электроды, каждая из которых вмонтирована заподлицо с его внешней поверхностью, при этом между каждой парой электродов размещена соответствующая электролитическая ячейка, реагирующая на соответствующий газ или пар, при этом устройство содержит также скользящие электрические контакты, подпружиненные к вращающемуся цилиндру и контактирующие последовательно с каждой парой электродов (Патент РФ 2060482, МКЛ G 01 L 7/18, 1993 г.) ПРОТОТИП.

В процессе вращения цилиндра за один полный оборот через контакты снимаются электрические потенциалы с каждой электролитической ячейки и по амплитуде сигналов судят о давлении соответствующих газов и паров.

Наряду с преимуществами устройства необходимо отметить один серьезный его недостаток, который заключается в том, что в процессе вращения цилиндра под действием центробежных сил частички жидкого электролита выбрасываются в окружающую среду. Отрыв мелких капелек электролита происходит преимущественно с границ контакта электролитической пленки с электродами, поскольку именно на этих границах образуются газы (водород и кислород) в виде пузырьков, при разрушении (взрыве) которых электролит в виде мелких частичек выбрасывается в окружающую среду. Данный процесс имеет место даже в стационарных условиях, когда цилиндр с электролитической пленкой не вращается. Однако под действием центробежных сил данный процесс резко увеличивается, что отрицательно сказывается на работе датчика.

Другим серьезным недостатком известного датчика является также то, что при образовании газовых пузырьков на границе раздела между электродом и электролитической пленкой активная поверхность электродов уменьшается. При этом режим работы датчика нарушается и становится нестабильным. Все это в комплексе приводит к снижению точности измерения и снижению надежности работы датчика.

Техническим результатом от использования заявленного технического решения является повышение точности измерения и повышение надежности работы датчика.

Технический результат достигается тем, что в известном датчике влажности воздуха, содержащем вращающийся цилиндр с электродами на боковой поверхности, размещенную между электродами электролитическую ячейку, реагирующую на водяной пар, а также контактирующие с электродами скользящие электрические контакты, вращающийся цилиндр выполнен полым, а электроды выполнены в виде колец и размещены на внутренней поверхности цилиндра, при этом между электродами заподлицо с внутренней их боковой поверхностью размещена кольцевая перегородка, выполненная из токонепроводящего материала, а электролитическая ячейка размещена на внутренней боковой ее поверхности и замыкает кольцевые электроды.

Технический результат достигается еще и тем, что толщина кольцевой перегородки составляет преимущественно 0,2-0,5 мм.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить точность измерения и надежность работы устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен датчик влажности воздуха.

Датчик содержит вращающийся полый цилиндр 1, выполненный из токонепроводящего материала. На внутренней поверхности цилиндра 1 размещены кольцевые электроды 2 и 3, между которыми заподлицо с их внутренней боковой поверхностью размещена кольцевая перегородка 4, имеющая толщину преимущественно 0,1-0,5 мм. Кольцевая перегородка 4 выполнена из токонепроводящего материала. На внутренней боковой поверхности кольцевой перегородки 4 размещена электролитическая ячейка 5, реагирующая на водяной пар. Электролитическая ячейка 5 образована путем нанесения на внутреннюю боковую поверхность кольцевой перегородки 4 тонкого слоя электролита - ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄), замыкающей электроды 2 и 3. К выступающим из полого цилиндра краям электродов 2 и 3 подпружинены скользящие электрические контакты 6 и 7, подключенные к измерительному блоку с источником электрического тока. Поскольку при измерении влажности воздуха могут быть использованы различные методы, блок и источник тока на чертеже не показаны.

В устройстве толщина кольцевой перегородки выбрана в пределах 0,1-1,0 мм в связи с тем, что при значениях ее более 1 мм возрастает сопротивление электролитической ячейки, что снижает чувствительность датчика, а при значениях менее 0,1 возможен прямой электрический контакт между кольцевыми электродами, что может привести к нарушению работы устройства. Выбранный диапазон размеров (0,1-1,0 мм), на наш взгляд, является наиболее приемлемым для датчиков данного типа.

Датчик влажности воздуха работает следующим образом.

В процессе работы датчика полый цилиндр 1 вращается с постоянной заданной угловой скоростью вокруг продольной оси Х-Х. При этом от измерительного блока (не показан) через скользящие электрические контакты 6 и 7 к кольцевым электродам 2 и 3 подается электрический ток, который в зависимости от реализуемого способа измерения может быть постоянным либо переменным. При этом электролитическая ячейка 5, стремясь к равновесию с окружающей средой, меняет свое электрическое сопротивление и, в зависимости от влажности окружающего воздуха, может расти или уменьшаться. Аналогичным образом меняется и величина тока, проходящего через электролитическую пленку, которая и является мерой, характеризующей влажность окружающего воздуха.

При работе датчика необходимая точность и надежность работы устройства обеспечивается тем, что под действием центробежных сил электролитическая пленка ортофосфорной кислоты 5 прижимается к боковой поверхности кольцевой перегородки 4, что практически полностью исключает потери электролита за счет разбрызгивания. Кроме того, при вращении полого цилиндра 1 искусственно созданная сила тяжести выдавливает наружу образующиеся на рабочих поверхностях электродов пузырьки газа. А это в свою очередь исключает образование "мертвых" зон на активных поверхностях электродов, что повышает точность измерения и надежность работы устройства.

Изобретение относится к приборостроения и может быть использовано для измерения влажности воздуха в быту и различных технологических процессах. Сущность: датчик влажности воздуха содержит вращающийся полый цилиндр, выполненный из токонепроводящего материала. Внутри полого цилиндра размещены два кольцевых электрода. На внутренней поверхности цилиндра, между электродами, заподлицо с внутренней их боковой поверхностью размещена кольцевая перегородка, выполненная из токонепроводящего материала. Толщина кольцевой перегородки составляет преимущественно 0,2-0,5 мм. На боковой поверхности кольцевой перегородки размещена замыкающая электроды и реагирующая на водяной пар электролитическая ячейка, образованная из электролита Н₃РО₄. К выступающим из цилиндра краям кольцевых электродов подпружинены скользящие электрические контакты, подключенные к измерительному блоку. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения и надежности работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик влажности воздуха, содержащий вращающийся цилиндр с электродами на боковой поверхности, размещенную между электродами электролитическую ячейку, реагирующую на водяной пар, а также контактирующие с электродами скользящие электрические контакты, отличающийся тем, что вращающийся цилиндр выполнен полым, а электроды выполнены в виде колец и размещены на внутренней поверхности цилиндра, при этом между электродами заподлицо с внутренней их боковой поверхностью размещена кольцевая перегородка, выполненная из токонепроводящего материала, а электролитическая ячейка размещена на внутренней боковой ее поверхности и замыкает кольцевые электроды.2. Датчик влажности воздуха по п.1, отличающийся тем, что толщина кольцевой перегородки составляет преимущественно 0,2-0,5 мм.