Способ изготовления сорбционных электрических датчиков влажности газов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к влагометрии воздуха и газов и может быть применено в различных отраслях промышленности и научных исследованиях, в том числе сельском хозяйстве, метеорологии и т. п.

Цель изобретения - уменьшение отклонения рабочих характеристик, нанример сопротивления, изготавливаемых датчиков влажности от заданных.

Снособ изготовления сорбционных электрических датчиков влажности газов включает нанесение влагочувствительного вещества, представляющего смесь сорбента и проводящих или полунроводящих частиц, на подложку с электродами. В поле плоского конденсатора создают рабочую зону, ограниченную зонами с пов1з1шенной напряженностью, помен ают на нижнюю пластину в рабочей зоне датчик, вносят в. эту зону порошок для покрытия, подают напряжение и после достижения установившегося состояния автоколебаний частиц нсевдоожи- женного порошка в рабочей зоне напряжение снимают, датчик с осевн:ими частицами извлекают из межэлектродного зазора и частицы фиксируют сорбентом. Давление в рабочей зоне при псевдоожижении ,- держивают такой величины, при которой электрическая напряженность между электродами достаточна для псевдоожижения частиц.

Пооперационно способ осуществляют следующим образом.

Подложку с электродами вносят в межэлектродное пространство конденсатора и располаг ают на одном из электродов, создавая контакт с электродами датчика для получения эквипотенциальной поверхности. В межэлектродную область вводят заданную массу проводящих или полупроводящих частиц. Частицы вносят механически, или посредством электрических дозаторов. Затем на электроды подают заданное напряжение. При подаче на электроды разности потенциалов на частицах возникает заряд и действует сила, отрывающая их от нижнего электрода. При условии , где F-% - сила электрического поля, действующая на частицу ( (V,r); г - радиус частицы; V - } апряжение на электродах); Fa - сила адгезии частицы; mg - вес частицы; обычно , частицы входят в режим автоколебаний, образуя псевдоожиженную гетерогенную систему. Строго определенная часть их, пропорциональная площади подложки jj,aT4HKa, находится над подложкой. Эти определенные масса и количество частиц осядут на нее при снятии напряжения, равномерно расположивщись на поверхности датчика. В процессе нанесения частиц на подложку важно обеспечить одинаковую плотность их расположения для того, чт о- бы сопротивление датчиков было одинаковым. Профиль электродов оказывает влияние на

0

0

0

0

плотность распред(;ления порошка по объему. поверхность электродов плоская, то и распределение псевдоожиженного порощка в этом объеме равномерно. Датчик располагают в объеме, ограниченном плоски.ми час- тя.ми электродов в так i.. ваемой рабочей зоне, поэтому распределение порошка в ней вплоть до начала образования запорных зон равномерно. Запорные зоны образуются профилированием электродов таким образом, что к кромке уменьи.1ае1ся межэлектродное расстояние, и п ем увеличивается напряженность. М.ожн: распс. шжи : : ч периферии электродов охранное кольцо и подать на него напряжен ;;: большее, ЧЕМ на центральный электрод. Тем самым гилже создают у кра:; электрода зону с позышелкой напряженностью электрического поля Yroji профиля и длина зг порных зон з|1 бирает- ся из условия, мтс.Зы чапицы не покидали зону псевдоо. :- жечия вследствие соударений и тангесоидальной составляклцей отскока. Время псевдоожижения сказывается на суммарном количестве частиц, участвующих в процессе автоколебаний и при достаточно длительном времени, вследствие соударений и других случайных процессов, часть из них мо.жет покинуть межэлектродное пространство. Время, необходимое для создания равномерной смеси, обычно не более нескольких секунд. За это время каждая частица несколько сот раз преодолевает межэлектродное пространство и занимает место, соответствующее ее механической и электрической энергиям, т. е. образуется устойчивая автоколебательная система всего анса.мбля частиц. Как показывают эксперименты, плотность распределения зависит от суммарной массы частиц, вводи- Mbix в нсевдоожижение. Это справедливо д. :;я масс, создающих объем твердой фазы не более 0,5% от объема области псевдоожижения. Для вещества с одинаковым дисперсным составом при определенной массе порошка суммарное количество и плотность расположения частиц примерно одинаковы. Величину необходимой для этой Операции массы порошка подбирают экспериментально.

Принципиально имеется возможность измерять сопротивление между электродами непосредственно в процессе нанесения дисперсного материала на подложку или сразу после окончания.

Гак как электростатическая сила, действующая на частицу, зависит от напряжения, то и суммарное количество частиц в зоне псевдоожидения и плотность осевших частиц будет зависеть от этой величины. Поэтому для получения минимального разброса приложенное напряжение строго определенно. С у.меньшением радиуса частиц возрастает их адгезионное сцепление с-электродом, поэтому при обычных условиях

электростатической силы недостаточно для введения всего ансамбля частиц в режим автоколебаний. Частицы размером менее 5 мкгд остаются на электродах конденсатора. Для повышения электростатической силы повышают давление газа в межэлектродном зазоре конденсатора. Так при повышении давления с 1 атм до 10 атм пробивная напряженность увеличивается с 2,5 кВ/ММ до 30 кВ/мм, а электростатическая сила, действующая на частицу, возрастает примерно в сто раз. Поэтому при этих условиях частицы размером менее 1 мкм входят в режим автоколебаний и участвуют в осаждении на датчик.

Для того, чтобы все количество псев- доожиженного порошка осело на датчик, можно его поверхность покрыть веш.еством с повышенной адгезией. В качестве такого вещества можно применить тонкий слой самого влагосорбирующего вещества: ионнооб- менной смолы или другого полимера. При выдержке в электрическом поле в течение нескольких секунд все частицы равномерно осядут, вступив в адгезионное сцепление с этой пленкой. Затем напряжение снимают. Подложку с электродами извлекают из межэлектродной области конденсатора и части- цы, нанесенные на подложку, фиксируют каким-либо сорбентом, например ионнообмен- ной смолой или другим органическим электролитом.

На чертеже представлена схема осуществления способа.

Профилированные электроды 1 и 2 соединены с источником высокого напряжения 3. На нижнем электроде располагается подложка датчика влажности 4. Область 5, ограниченная цилиндром с образующими АД, ВС и основаниями АВ и СД, яв- ляется рабочей зоной, областью электродинамического псевдоожижения.

Пример . На нижний электрод конденсатора с межэлектродным расстоянием 1,0 сМ и объемом рабочей зоны псевдоожижения 10 см помещают подложку датчика влажности. Вводят в рабочую зону, расположив на нижнем электроде вокруг датчика, навеску

угольного порошка массой 7 мг. Подают напряжение 16 кВ. Через 2-3 с напряжение снимают, подложку с электродами извлекают и измеряют ее сопротивление. При такой массе псевдоожиженного порошка оно составляет величину 400 кОм. Затем датчик покрывают раствором ионообменной смолы - сульфоноволачного катионита и выдерживают от 3 ч до 4 ч при 150°С. Далее на датчик методом окунания наносят защитную пленку, полученную разбавлением полимерного клея в ацетоне, и выдерживают при 100°С в течение 3 ч.

После этого датчик помещают в эксикатор над поверхностью дистиллированной воды, подводят к его электродам напряжение величиной 1 В, частотой 1000 Гц и выдерживают от 10 до 12 ч для стабилизации характеристики.

Формула изобретения

Способ изготовления сорбционных электрических датчиков влажности газов, включающий нанесение влагочувствительного вещества, представляющего смесь сорбента и проводящих или полупроводящих частиц, на подложку с электродами, отличающийся тем, что, с целью уменьшения отклонения рабочих характеристик изготавливаемых датчиков от заданных, в поле плоского конденсатора создают рабочую зону, ограниченную зонами с повышенной напряженностью, помещают на нижнюю пластину в рабочей зоне датчик, вносят в эту зону порошок для покрытия, подают напряжение и после достижения установившегося состояния автоколебаний частиц псевдоожиженного порошка в рабочей зоне напряжения снимают, датчик с осевшими частицами извлекают из межэлектродного зазора и частицы фиксируют сорбентом, при этом давление в рабочей зоне при псевдоожижении поддерживают такой величины, при которой электрическая напряженность между электродами достаточна для псевдоожижения частиц.

Редактор И. Сегляннк Заказ 5221/42

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Екаев

Техред И. ВересКорректор В. Синнцкая

Тираж 7-78Подписное

Изобретение относится к влагометрии и может использоваться при изготовлении сорбционных датчиков, имеющих уменьшенные отклонения рабочих характеристик от заданных, для чего на пластины плоского конденсатора, в котором помещены датчик и порошок (П) сорбента подают напряжение. После снятия напряжения псевдо- ожиженный П оседает на поверхность датчика, на которой частицы П закрепляют. I ил. to 05 о СХ) о 00