Подогревной электролитический датчик влажности газов Советский патент 1985 года по МПК G01N25/56 

t Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для определения влажности в различных отраслях промьшшенности и сельского хозяйства. Известен подогревной электролити ческий пергичный преобразователь влажности газов, у которого с целью повьшения ресурса преобразователя электроды расположены внутри влагочувствительного слоя (B4CJ. На каркас, внутри которого установлен тер мочувствительный элемент (ТЧЭ), надет тканевый чулочек, на который на виты электроды, покрытые тканевым чулочком Cl. Однако данный датчик имеет большую инерционность и пониженную точность. Наиболее близким к изобретению является подогревной электролитичес кий датчик влажности газов, содержапдай находящиеся в контакте с ВЧС два пучка неметаллических электродов, установленные вдоль оси ТЧЭ, причем электроды одного из пучков уложены между электродами другого пучка, расположенный поверх электро дов чулочек из пористого токонепроводящего материала 2. Однако известное устройство не обладает достаточной точностью и надежностью в работе из-за плохого электрического контакта между элект родами и ВЧС, а при наличии внешнег чулочка точность снижается из-за несоответствия температуры ТЧЭ температуре ВЧС. Целью изобретения является повышение надежности и точности датчика Поставленная цель достигается тем что в подогревном электролитическом датчике влажности газов, содержащем находящиеся в контакте с вла- гочувствительным слоем два пучка не металлических электродов, установленные вдоль оси термочувствительно го элемента, причем электроды одного пучка уложены между электродами другого пучка, и расположенный поверх электродов чулочек из пористого токонепроводяшего материала, чулочек вьшолнен в виде бандажной сетки, площадь нитей 5, и шаг h которой оп ределяются зависимостями

: - TpSa, . Ь,

т Tf S T((Sd-$,)

(О

Sd 23 - 1) Ь, с где S - площадь влагочувствительного элемента ВЧЭ Sj - площадь электродов; 4Тр - максимально допустимое отклонение температуры, измеряемой термочувствительным элементом датчика от температуры фазового равно весияДТ - превьшение 1максимапьное) температуры электродов и сетки над температурой фазового равновесия j Ь - толщина нити сетки. В основу расчета щага бандажной сетки заложена максимально допустимая погрешность конкретного датчика, которая является функцией влияния температуры электродов и сетки на температуру фазового равновесия. Температура Тр имеет площадь ВЧЭ датчика, не покрытая электродами и сеткой, т.е. S - S , где S - суммарная площадь электродов и сетки. S, + S, т.е. Площади ВЧЭ, покрытые электродами (Sg) и сеткой (Sg), имеют температуру , Это обусловлено тем, что места соприкосновения электродов с ВЧС обладают повьщ1еннь м электрическим сопротивлением. I Из-за отсутствия непосредственног го контакта с окружающей средой ТЧЭ датчика измеряет-усредненную температуру ВЧЭ датчика (Тр), т.е. среднюю температуру электродов, сетки и части ВЧЭ, не покрытой электродами и сеткой. Предварительные экспериментальные замеры температур Тр, Т и Т проводятся на ВЧЭ с электродами из разных материалов (например, токопроводящей ткани ). Они показьгоают, что в области рабочих напряжений питания на всей рабочей поверхности ВЧЭ -разность температур ДТр Ti-Tp «f0, ДТ, « l-C. Температура, измеряемая ТЧЭ датчика, находится из условия теплового баланса 31 Преобразовав уравнение (1), получаем уравнение для определения площади (Тр - Тр) Sd где Тр - Тр 4Тр. Таким образом, площадь нитей сетки может быть вычислена по формуле с - S -S - ...JP.. с - 1 э j Из уравнения (3 ) видно, что площадь сетки пропорциональна заданной погрешности датчика. Если рассмотреть продольное сечение датчика, то длина образующей ВЧС равна сумме п-го числа толщин ниток (Ъ) и шага (h) сетки,, т.е. В (Ь + + h)n, площадь ВЧС 5 7iDi(b + h)n W a площадь сетки Sj. TiDjbn.(5) Следовательно, взяв отношение Sc TIP2 n-b Sg (b + KTn и считая, что диаметр витка сетки (DA.) практически равен диаметру чулочка (ВЧС) D Ъ+Ъ- Преобразовав это выражение, получаем формулу для определения шага сетки - 1)-Ь Таким образом, бандажная сетка с щагом, рассчитанным по формуле (6|, в соответствии с заданным сечением пористого токонепроводящего материала, является элементом, накапливающим кристаллы гигроскопической соли увеличивающим ресурс датчика, не снижая точности, и не увеличивающим инерционность датчика благодаря сохранению оптимального тепловлагообг мена ВЧС. Кроме того, бандажная сетка, создавая надежный и равномерный элект1385 10 15 20 25 30 35 23 . {жческий контакт между электродами и ВЧС, повьшает надежность работы датчика. Следов а тельно -наличие сетки позволяет увеличить точность и надежность работы датчика по отношению к известному датчику. На фиг.1 изображен предлагаемый датчик; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Подогревной электролитический датчик влажности газов содержит находящиеся в контакте с влагочувств,ительг ным слоем 1 два пучка неметаллических электродов 2 и 3, установленных вдоль оси термочувствительного элемента 4, причем электроды одного из пучков уложены между электродами другого пучка, Поверх электродов расттоложен чулочек из пористого токопроводящего материала, выполненный в виде бандажной сетки 5. Термочувствительный элемент 4 закреплен во втулке 6 с продольными прорезями. Электроды выполнены из токопрово-дящейоткани, покрытой токопроводящим лаком. Прорези во йтулке 6 предусматривают заданное количество электродов и их взаимное расположение. соединенных параллельно электродов 2 и аналогично соединенных электродов 3 подключены к источ нику переменного тока (24 В). Бандажная сетка выполнена из преДарительно обработанной стеклоткани, площадь нитей S и шаг h сетки определяются зависимостями ( SJL . 1) b, ,. С . площадр влагочувствительного элемента , площадь электродов; максимальноо допустимое отклонение температуры, изме- ряемой термочувствительным элементом датчика от темпе- ратуры фазового равновесия, - превышение (максимальное) температуры электродов и сетки над температурой фазового равновесия; b толщина нити сетки. . инцип работы датчика заключаетследующем.

5n

Переменный ток напряжением 24 В, подведенный к двум пучкам электродов датчика, пропитанного раствором гигроскопической соли, нагревают ВЧС и автоматически поддерживают такую его температуру, при которой устанавлив тся фазовое равновесие системы пар - раствор- твердая соль. Эта температура назьгоается равновесной (Тр). В предлагаемом датчике ток проходит одновременно через два участвующих в работе вЧС - сетку, покрьтающую электроды, и подложку, надетую на каркас. Это обеспечивает

87236

оседание большего количества раствора гигроскопической соли, а выбранные оптимальные размеры ячеек сетки не препятствуют влагообмену нижнего 5 ВЧС. Таким образом, наличие сетки увеличивает ресурс датчика, повьшает его точность и надежность.

Изобретение позволяет значительно ° снизить стоимость датчиков влажности газов, улучшить их параметры, что улучшает управление и контроль параметров в системах микроклимата и соответственно,, повышает качество вьг

пускаемой продукции. 5

ПОДОГРЕВНОЙ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, содержащий находящиеся в контакте с влагочувствительным слоем два пучка неметаллических электродов, установленных вдоль оси термочувствительного элемента, причем электроды одного пучка уложены между электродами другого пучка, и расположенный поверх электродов чулочек из пористого токонепроводящего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности датшка, чулочек выполнен в виде баНдажной сетки, площадь нитей S и шаг h которой определяются зависимостями TpSa ; .. /т--- Э , ЛТ, Sd h (. l)b, где S площадь влагочувствительного элемента-, s,площадь. электродов; (Л 4 TOмаксимально допустимое отклонение температуры, измеряемой .термочувствительным элементом датчика, от температуры фазового равновесия; превышение (максимальное) дт, температуры .электродов и сетки над температурбй фазового равновесия; b толщина нити сетки.