Сорбционный датчик влажности воздуха Советский патент 1985 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности газов, и может быть использовано в метеорологии, сельском хозяйстве, научных исследованиях, промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен датчик влажности, представляющий собой систему электродов, как минимум один из которых закреплен на диэлектрической подложке. Пространство между электродами заполнено гигроскопическим веществом, сорбирующим влагу и изменяющим свои электрофизические параметры D. .

Недостатком этого прибора является сложность в эксплуатации, низ-ч: кая надежность, трудности температурной компенсации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является сорбционный датчик влажности воздуха, содержащий изолированную подложку с электродами и влагочувствительным веществом, состоящим из сульфоново.л лачной ионообменной смолы 2 .

Основное назначение влагочувствительного вещества (ВВ) - преобразование влажности окружающего газа в изменение сопротивления датчика. ВВ сорбирует молекулы воды,которые вызывают диссоциацию носителей заряда. Поэтому включение компонентов, которые оказывают влияние на проводимость и способны какимгто образом вызывать ее изменение без изменения влажности, крайне нежелательно. В известном устройстве в исходный раствор ВВ введено . связующее - резольный клей, который, как показали эксперименты, вызывает погрешность за счет гистерезиса,доходящую до значений свыще ± 10% при относительнойвлажности - 50%. Кроме того, резольный клей, являясь диэлектриком, ограничивает контакт ВВ с электродами. При этом величина контакта может меняться во время хранения и эксплуатации. В смеси с клеем при получении тонких пленок, а именно такие целесообразно получать для уменьшения погрешности изерения/ ВВ не полностью закрыто снаружи, что приводит к влиянию внешних факторов. При попадании каель влаги на поверхность датчика ибо в процессе конденсации, либо а счет брызг ВВ размывается, что риводит к изменению характеристик ли к выводу датчика иа строя.

Цель изобретения -. уменьшение огрешности измерения влажности оздуха.

Указанная цель достигается тем, то в сорбционном датчике влажноти воздуха, содержащем изолироанную подложку с электродами и

влагочувствительным веществом, состоящим из сульфоноволачной ионообменной смолы, влагочувствительное вещество покрыто слоем эпоксидноноволачной поливинилбутиральной композиции.

На чертеже изображено устройство. Датчик представляет собой изолированную подложку 1, на которой закреплены гребенчатые электроды 2. Сверху нанесено влагочувствительное вещество 3, состоящее из сульфоноволачной ионообменной смолы, покрытое слоем эпоксидно-новолачной

5 поливинилбутиральной композиции 4.

Молекулы воды диффундируют через тонкую пленку 4 и изменяют проводимость ВВ. В результате сопротивление между нанесенными на подложку 1 двумя электродами 2, т.е. сопротивление датчика, изменяется. Изменение сопротивления от влажности имеет вид, близкий к экспоненциальному. Уменьшить погрешность измерения, как показали эксперименты,

5 можно путем вывода связующего из состава ВВ и создания защитной пленки. Таким образом, пропитывают уже сформировавшийся слой ВВ раствором связующего и пленкообразующего

0 вещества. При этом оно должно Юбладать гидрофобными свойствами для уменьшения влияния брызг и конденсата. Вещество, из которого изготавливается пленка, должно обладать

5 хорошими адгезионными свойствами, быть химически инертным по отношению к ВВ и растворителям. Перечисленным требованиям удовлетворяет связующее , полученное из раствора в ацетоне эпоксидно-новолачной поливинилбутиральной композиции,, используемой для производства влагостойкого пленочного клея. Это вещество обладает повышенной адгезией

5 ofcb 45-50 МПа),. что примерно в 1,5-2 раза выше, чем у распространенных резольных клеев. Кроме того, оно не взаимодействует с растворителями, термо- и влагостойко.

л Набухание катионита - сульфоноволачной ионообменной смолы (СНФ),используемой в качестве ВВ, приводит к некоторому разрыхлению матричной структуры и внедрению в нее молекул композиции и растворителя. Причем это внедрение после отверждения эпоксидно-новолачной поливинилбутирольной композиции обуславливает экранизацию гидрофильных групп катионаита СНФ вследствие

0 образования простых эфирных связей с высокой энергией диссоциации и ориентацией углеводородных радикалов в сторону окружающей среды. Это наряду с влагостойкостью придает

5 пленке термостабильность, стойкость

к воздействию кислот и щелочей, растворителей и масел.

Разрыхление матрицы СНФ обеспечивает надежную адгезию защитного слоя с подложкой, так как при высокой влажности влагопоглощение доходит до 200% и ВВ представляет практически пленку воды, которая приводит к отслаиванию ВВ и защитного слоя. Кроме того, это позволяет сохранить характеристику датчика, поскольку увеличение поперечного сечения и уменьшения обменной емкости идут пропорционально. При термообработке СНФ и эпоксидно-новолачной поливинилбутиральной композиции не происходит выделения каких-либо газообразных летучих веществ, способных сорбироваться ионитом, вызывая уменьшение его обменной емкости, а также окисление электродов и самого ВВ.

При этом пары воды свободно проникают сквозь слой эпоксидно-новолачной поливинилбутиральной композиции (это показали неизменившиеся в результате нанесения покрытия характеристики сопротивления в зависимости от относительной влажности), а проникновение води в Ъиде жидкости затруднено.. Эксперименты, проводимые с датчиками,показали, что при их кратковременном погружении в воду на 1-2 с смещения характеристик сопротивления не наблюдалось. Более длительные погружения в воду на 15-20 с создавали смещение характеристик в высокоомную область, т.е. при длительных погружениях наблюдалось некоторое растворение и унос ВВ сквозь пленку. Кроме того, эта композиция обладает нейтральными свойствами и не вступает в реакцию с ВВ, что подтвердили эксперименты, проводимые в течение длительного времени. Экспериментально проверялось отслаивание пленки от стеклянной поверхности при помещении последних в воду. Адгезионное сцепление, нарушаемое лишь при механическом контакте, оставалось в течение 48 ч, в то время как пленки, изготовленные, например, из резольного клея, набухали и отслаивались в течение нескольких секунд. Предлагаемое изобретение позволит

5 улучшить характеристики измерителей влажности, необходимые для проведения метереолог 1ческих исследоварий, для увеличения выпуска сельскохозяйственной продукции и контроля атмосферы в различных областях на родного хозяйства.

СОРБЦИОННЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА, содержащий изолированную подложку с электродами и влагочувствительным веществом, состоящим из сульфоноволачной ионообменной смолы, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, влагочувствительное вещество покрыто слоем .эпоксидно-новолачнЬй поливинилбутиральной композиции.