ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2004 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к технике измерения влажности газов, в частности к датчикам определения влажности воздуха, которые могут быть использованы при аэрологических исследованиях приземных слоев атмосферы, в производственных, сельскохозяйственных и бытовых помещениях.

Известен датчик влажности, содержащий электрическое сопротивление, величина которого меняется в соответствии с влажностью окружающей среды, на поверхность которого нанесена защитная пленка из силиконовой смолы. На полученную защитную пленку не влияет набухание или усадка чувствительного к действию влажности материала (Патент США №4473813, G 01 N 27/12, 1984 год).

Недостатком известного датчика является большая инерционность и длительность установления равновесных значений влажности газов вследствие диффузионных затруднений проникновения паров воды через защитную пленку к влагочувствительному материалу и обратно в атмосферу.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является датчик влажности, содержащий электроизоляционную подложку, на которой образованы параллельно расположенные гребенчатые электроды. На поверхностном участке подложки между упомянутыми электродами сформирована влагочувствительная пленка, обладающая протонной проводимостью (патент Японии №58105050, G 01 N 27/12, 1983 год).

Недостатком известного датчика является нестабильность работы вследствие нарушения контакта электродов с влагочувствительной пленкой при набухании ее в атмосфере газа с большой влажностью и сжатия вследствие дегидратации.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать датчик влажности, конструкция которого обеспечивала бы стабильную работу датчика.

Поставленная задача решена в предлагаемом датчике влажности, содержащем подложку с нанесенными на нее электродами и влагочувствительную пленку, в котором подложка имеет форму цилиндра, а ленточные токопроводящие электроды нанесены в виде спирали на боковую поверхность цилиндра и соединены с токопроводящими контактами, расположенными на торцевой поверхности цилиндра, при этом влагочувствительная пленка выполнена из ксерогеля состава Н_2-х(NН₄)_хV₉Мо₃О₃₁ ·_{nН2О, нанесенного ровным слоем на боковую поверхность цилиндра, как на витки спирали, расположенные на поверхности, так и в зазоры между витками.}

В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известен датчик влажности предлагаемой конструкции, в котором подложка имеет форму цилиндра, а ленточные токопроводящие электроды нанесены в виде спирали на боковую поверхность цилиндра и соединены с токопроводящими контактами, расположенными на торцевой поверхности цилиндра, при этом влагочувствительная пленка выполнена из ксерогеля состава Н_2-х(NН₄)_хV₉Мо₃О₃₁·_nH2O.

Использование подложки цилиндрической формы с ленточными элетродами, нанесенными в виде спирали на боковую поверхность цилиндра, позволяет значительно повысить стабильность работы датчика. В случае нанесения влагочувствительной пленки на подложку в форме плоской пластинки с нанесенными на подложку плоскими металлическими электродами в атмосфере воздуха с переменной влажностью в процессе поглощения и выделения паров воды чувствительной пленкой она увеличивается или уменьшается в объеме. Это приводит к нарушению электрического контакта между пленкой и металлическими электродами, в результате чего датчик влажности работает не стабильно, и его показания изменяются со временем. Этого не происходит при нанесении влагочувствительной пленки на подложку цилиндрической формы с ленточными спиральными электродами, поскольку предлагаемая конструкция позволяет исключить нарушения контакта при изменении объема влагочувствительной пленки за счет возникновения поверхностных сил натяжения.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик влажности. Датчик содержит электроизоляционную нечувствительную к влаге подложку (1) цилиндрической формы, на боковой поверхности которой расположены электроды (2) в виде ленточного спиралевидного электропроводящего слоя. Электроды (2) соединены с электрическими контактами (3), расположенными на торцевой поверхности цилиндрической подложки (1). Влагочувствительная пленка (4) нанесена на боковую поверхность цилиндрической подложки (1) ровным слоем, включая витки спирали ленточного электропроводящего слоя (2) и промежутки между ними. Влагочувствительная пленка (4) имеет состав Н_2-х(NН₄)_хV₉Мо₃О₃₁·_{nH2О и получена путем нанесения геля указанного состава и его последующего высушивания при комнатной температуре. В качестве электроизоляционной нечувствительной к влаге подложки (1) с электродами (2) в виде ленточного спиралевидного электропроводящего слоя могут быть использованы стандартные резисторы типа МЛТ с различным электросопротивлением. На фиг.2 изображен график зависимости электросопротивления датчика влажности от относительной влажности воздуха при температуре 20° С при использовании электродов, обладающих различным электросопротивлением (1-200 кОм, 2-700 кОм, 3-380 кОм, 4-95 кОм). Используя резисторы с различным электросопротивлением можно получать датчики влажности с различной чувствительностью и интервалом изменения электросопротивления от влажности воздуха.}

Предлагаемый датчик влажности работает следующим образом. Датчик влажности помещают в атмосферу с известной стандартной относительной влажностью и измеряют его электросопротивление на переменном токе. После этого строят график зависимости электросопротивления датчика от влажности атмосферы (воздуха). Для определения неизвестной относительной влажности воздуха датчик помещают в объем этого воздуха и измеряют его электросопротивление на переменном токе. Затем по графику зависимости электросопротивления датчика от влажности стандартных образцов воздуха определяют относительную влажность воздуха.

Таким образом, предлагаемая конструкция датчика влажности обеспечивает его стабильную работу без изменения показаний влажности со временем.

Изобретение относится к технике измерения влажности газов, в частности к датчикам определения влажности воздуха, которые могут быть использованы при аэрологических исследованиях приземных слоев атмосферы, в производственных, сельскохозяйственных и бытовых помещениях. Сущность: предлагается датчик влажности, содержащий подложку с нанесенными на нее электродами и влагочувствительную пленку, в котором подложка имеет форму цилиндра, а ленточные токопроводящие электроды нанесены в виде спирали на боковую поверхность цилиндра и соединены с токопроводящими контактами, расположенными на торцевой поверхности цилиндра, при этом влагочувствительная пленка выполнена из ксерогеля состава Н_2-х(NH₄)_xV₉Mo₃O₃₁·_{nH2O, нанесенного ровным слоем на боковую поверхность цилиндра, как на витки спирали, расположенные на поверхности, так и в зазоры между витками. Технический результат изобретения: повышение стабильности и работы датчика. 2 ил.}

Датчик влажности, содержащий подложку с нанесенными на нее электродами и влагочувствительную пленку, отличающийся тем, что подложка имеет форму цилиндра, а ленточные токопроводящие электроды нанесены в виде спирали на боковую поверхность цилиндра и соединены с токопроводящими контактами, расположенными на торцевой поверхности цилиндра, при этом влагочувствительная пленка выполнена из ксерогеля состава Н_2-х(NH₄)_xV₉Mo₃O₃₁·_{nH2O, нанесенного ровным слоем на боковую поверхность цилиндра, как на витки спирали, расположенные на поверхности, так и в зазоры между витками.}