ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01W1/11 G01N25/56 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывного контроля влажности воздуха и газов и может быть использовано, например, в химической промышленности, в сельском хозяйстве для контроля режима влажности в помещениях или в емкостях.

Уровень техники

Известен «Датчик влажности газов» [см. Авт. свид. СССР №541137, кл. G 01 W 1/11, публ. 1976], содержащий непроводящую подложку с нанесенным на нее влагочувствительным покрытием из монокристаллического эпитаксикального арсенида галлия и два металлических токопроводящих электрода.

При этом непроводящая подложка с нанесенным на нее влагочувствительным покрытием и два токопроводящих электрода образуют в совокупности так называемый влагочувствительный элемент.

Серьезным недостатком данного устройства является то, что его влагочувствительный элемент по существу является монолитным, т.е. имеет место жесткое закрепление на подложке с влагочувствительным покрытием токопроводящих электродов, из-за чего становится невозможной замена в случае неисправности отдельных компонентов влагочувствительного элемента (например, только токопроводящих электродов или только подложки с влагочувствительным покрытием). Таким образом, в случае неисправности приходится заменять весь влагочувствительный элемент целиком.

Ближайшим аналогом заявленному объекту является «Электролитический датчик влажности» [см. авт. свид. СССР №286291, кл. G 01 К, 1965], выбранный автором в качестве прототипа.

Данное устройство-прототип включает в себя электроизоляционное основание, гибкую электроизоляционную подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен, два накладных металлических электрода, контактная поверхность которых, соприкасающаяся с влагочувствительным покрытием на основе желатина, выполнена профилированной, подпружиненный шток, колпак с металлической сеткой, измерительный прибор, подключенный к выводам накладных электродов.

К числу достоинств устройства-прототипа следует отнести возможность замены при выходе из строя не всего целиком влагочувствительного элемента, а только отдельных его компонентов (например, только накладных электродов или только электроизоляционной подложки с влагочувствительным покрытием).

К числу недостатков устройства-прототипа следует отнести его недостаточную стабильность и влагоустойчивость, а также недостаточный срок службы датчика и сложность его конструкции.

Сущность изобретения.

Известно, что задача определения и поддержания на необходимом уровне влажности воздуха в помещениях и емкостях является очень актуальной для различных отраслей народного хозяйства.

В основу предлагаемого изобретения положено техническое решение задачи создания такого датчика влажности воздуха, который бы обладал не только повышенной стабильностью и влагоустойчивостью, но и был бы достаточно простым и долговечным.

При реализации предлагаемого датчика влажности воздуха достигаются следующие технические результаты:

- увеличивается срок службы датчика;

- имеет место упрощение конструкции датчика;

- повышается стабильность работы датчика;

- повышается влагоустойчивость датчика.

Получение нового технического результата достигается тем, что в электролитический датчик влажности, содержащий электроизоляционное основание, электроизоляционную подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен, два накладных электрода, контактная поверхность которых соприкасается с влагочувствительным покрытием на основе желатина, и измерительный прибор, подключенный к выводам накладных электродов, дополнительно введены два прижимных узла, каждый из двух прижимных узлов предназначен для создания постоянного давления соответствующего накладного электрода на рабочую поверхность влагочувствительного покрытия на основе желатина, а контактная поверхность накладных электродов, соприкасающаяся с влагочувствительным покрытием на основе желатина, выполнена оксидированной и плоской.

В датчике каждый из двух прижимных узлов включает в себя пружину, направляющую для пружины, кронштейн, крепежный элемент.

В датчике оба накладных электрода выполнены металлическими, например, из серебра или из титана.

В датчике влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен, электроизоляционной подложки выполнено в виде слоя одинаковой толщины от 1 до 5 мкм.

В датчике влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен, электроизоляционной подложки содержит дубитель - двухромовокислый калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

желатина0,4-0,6двухромовокислый калий0,3-0,5хлористый литий0,9-1,0водаостальное

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения является достаточной для достижения обеспечиваемых изобретением новых технических результатов. Тем самым, предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого устройства поясним с помощью чертежа, на котором показано предлагаемое устройство, вид спереди, сбоку и сверху.

Предлагаемое устройство включает в себя:

- два накладных электрода - 1;

- электороизоляционную подложку - 2;

- влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен - 3;

- - электроизоляционное основание - 4;

- две пружины - 5;

- две направляющие для пружины - 6;

- два кронштейна - 7;

- два крепежных элемента - 8;

- измерительный прибор - 9;

- выводы накладных электродов - 10.

Основные блоки предлагаемого устройства выполняют следующие функции.

В предлагаемом изобретении электроизоляционная подложка 2 с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен,3 образуют в совокупности с двумя накладными электродами 1 так называемый разборный влагочувствительный элемент, реагирующий в рабочем состоянии на изменение влажности окружающего воздуха.

Использование разборного влагочувствительного элемента позволяет при необходимости оперативно заменять отдельные его компоненты, вышедшие из строя (например, только накладные электроды 1 или только электроизоляционную подложку 2 с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3), а не весь влагочувствительный элемент целиком.

Каждый из двух прижимных узлов предлагаемого устройства предназначен для создания постоянного давления соответствующего накладного электрода 1 на рабочую поверхность влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен 3.

Каждый из двух прижимных узлов может включать в себя, например, пружину 5, направляющую для пружины 6, кронштейн 7, крепежный элемент 8.

В предлагаемом изобретении в качестве дубителя для влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен 3 используется дубитель - двухромовокислый калий (K₂Cr₂O₇) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

желатина0,4-0,6двухромовокислый калий0,3-0,5хлористый литий (LiCl)0,9-1,0водаостальное

Предлагаемый состав влагочувствительного покрытия на основе желатина позволяет получить пленку на электроизоляционной подложке 2, которая после процесса задубления (например, с помощью ультрафиолетового света) становится не растворимой в воде, но сохраняет при этом высокую гигроскопичность. Задубленный наружный слой влагочувствительного покрытия на основе желатина предохраняет его внутренний незадубленный слой от деформаций.

Влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен 3 должно быть одинаковым по толщине. Эта толщина может колебаться от 1 до 5 микрон.

В предлагаемом датчике влажности воздуха оба входящих в его состав накладные электроды 1 могут быть выполнены металлическими, например, из серебра или из титана.

В предлагаемом изобретении та часть обоих накладных электродов 1, которая контактирует с рабочей поверхностью влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен,3 выполнена плоской и гладкой.

Плоская и гладкая контактная поверхность накладных электродов 1 при малой толщине влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3 является более предпочтительной, чем в случае, когда контактная поверхность накладных электродов 1 выполнена профилированной (например, в виде параллельных полукруглых канавок).

В последнем случае при малой толщине влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3 далеко не вся контактная поверхность накладных электродов 1 будет задействована по назначению.

Кроме того, в предлагаемом изобретении та часть обоих накладных электродов 1, которая контактирует с рабочей поверхностью влагочувствительного покрытия на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3 электроизоляционной подложки 2 выполнена предварительно оксидированной. Использование оксидированного металла позволяет повысить стабильность показаний датчика влажности воздуха и существенно увеличить срок его службы.

Кроме того, применение предварительно оксидированных металлических накладных электродов 1 позволяет добиться постоянства приэлектродного сопротивления, благодаря чему появилась возможность уменьшить электрическое сопротивление влагочувствительной пленки, т.е. уменьшить ее длину и тем самым исключить необходимость ее подпружинивания, что также позволяет существенно упростить конструкцию предлагаемого датчика влажности воздуха.

В собранном виде каждая из специально подобранных пружин 5 должна обеспечивать необходимое постоянное давление на соответствующий накладной электрод 1.

Иначе говоря, можно сказать, что в собранном виде влагочувствительный элемент поджимается к электроизоляционному основанию 4 двумя пружинами 5.

Следует также отметить, что при установке в рабочее положение каждая из пружин 5 занимает требуемое положение в конструкции предлагаемого «Датчика влажности воздуха» с помощью соответствующей ей направляющей для пружины 6, выполненной, например, в виде стержня переменного сечения, на который надевается соответствующая пружина 5. При этом один конец каждой из двух направляющих для пружины 6 упирается в верхнюю часть соответствующего кронштейна 7.

При окончательной сборке предлагаемого «Датчика влажности воздуха» каждый из двух входящих в его состав кронштейнов 7 жестко крепится к электроизоляционному основанию 4 с помощью двух соответствующих им крепежных элементов 8. Измерительный прибор 9 подключен к выводам накладных электродов 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Предлагаемый датчик влажности воздуха при помещении его влагочувствительного элемента в измеряемую среду работает следующим образом.

Так, его влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3 приходит в сорбционное равновесие с окружающей средой, поглощая или отдавая влагу. Таким образом, при сорбционном равновесии количество влаги, содержащееся во влагочувствительном покрытии на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3 будет функцией относительной влажности окружающей среды. С другой стороны, электропроводность влагочувствительного элемента зависит от количества влаги, содержащейся во влагочувствительном покрытии на основе желатина, наружный слой которого задублен, 3. Определяя электропроводность влагочувствительного элемента измерительным прибором 9, подключенным к выводам 10 накладных электродов 1, определяют относительную влажность окружающей среды с использованием градуировочных характеристик.

В предлагаемом устройстве виды материалов, используемых для изготовления электроизоляционной подложки 2, электроизоляционного основания 4, пружин 5, направляющих для пружин 6, кронштейнов 7 и крепежных элементов 8, могут быть различными.

Так, например, в качестве материала для электроизоляционной подложки 2 может быть использована, например, гибкая основа фотопленки.

Электроизоляционное основание 4 может быть выполнено, например, из пластмассы.

Пружины 5 могут быть выполнены, например, из упругой стали. Направляющие для пружин 6 могут быть выполнены, например, в виде стержней из пластмассы.

Кронштейны 7 могут быть реализованы металлическими, например, из алюминия.

Крепежные элементы 8 могут быть реализованы, например, в виде типовых винтов или болтов.

В заключение хотелось бы отметить, что предлагаемый «Датчик влажности воздуха» может быть практически реализован с помощью известных устройств. Таким образом, предлагаемое изобретение полностью соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».

Изобретение относится к измерительной технике. Датчик содержит электроизоляционное основание, электроизоляционную подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен, два накладных электрода, контактная поверхность которых соприкасается с влагочувствительным покрытием на основе желатина, и измерительный прибор, подключенный к выводам накладных электродов. В датчик дополнительно введены два прижимных узла, каждый из двух прижимных узлов предназначен для создания постоянного давления соответствующего накладного электрода на рабочую поверхность влагочувствительного покрытия на основе желатина, которое выполнено в виде слоя одинаковой толщины, а контактная поверхность накладных электродов, соприкасающаяся с влагочувствительным покрытием на основе желатина, выполнена оксидированной и плоской. Технический результат - увеличение срока службы датчика и повышение стабильности работы и влагоустойчивости. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик влажности воздуха, содержащий электроизоляционное основание, электроизоляционную подложку с нанесенным на ее поверхность влагочувствительным покрытием на основе желатина, наружный слой которого задублен, два накладных электрода, контактная поверхность которых соприкасается с влагочувствительным покрытием на основе желатина, и измерительный прибор, подключенный к выводам накладных электродов, отличающийся тем, что в датчик дополнительно введены два прижимных узла, каждый из двух прижимных узлов предназначен для создания постоянного давления соответствующего накладного электрода на рабочую поверхность влагочувствительного покрытия на основе желатина, которое выполнено в виде слоя одинаковой толщины, а контактная поверхность накладных электродов, соприкасающаяся с влагочувствительным покрытием на основе желатина, выполнена оксидированной и плоской.2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что каждый из двух прижимных узлов включает в себя пружину, направляющую для пружины, кронштейн, крепежный элемент.3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что оба накладные электрода выполнены металлическими, например из серебра или титана.4. Датчик по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен, электроизоляционной подложки выполнено в виде слоя одинаковой толщины от 1 до 5 мкм.5. Датчик по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что влагочувствительное покрытие на основе желатина, наружный слой которого задублен, электроизоляционной подложки содержит дубитель - двухромовокислый калий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Желатина0,4-0,6Двухромовокислый калий0,3-0,5Хлористый литий0,9-1,0ВодаОстальное