Устройство для измерения влажности Советский патент 1993 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности газообразных и жидких диэлектриков по изменению параметров емкостного датчика.

Целью изобретения является повышение точности измерения и быстродействия благодаря повышению чувствительности к влажности, обеспечиваемой при отсутствии в датчике влагочувствительного вещества.

На фиг. 1 и 2 приведены блок-схемы устройства для измерения влажности газообразных и жидких диэлектриков.

Устройство содержит вакуумный кварцевый резонатор 1 в стеклянном баллоне 2, помещенный в металлический сетчатый экран 3 в форме цилиндра с закрепленными в нем подстроечным электродом 4 в форме металлического кольца, который может перемещаться вдоль стеклянного баллона, например принимать положение 5, электрод 6

пьезоэлемента 7 находится в вакууме, электрод 8 пьезоэлемента подсоединен к потенциальному входу преобразователя эквивалентного активного сопротивления кварцевого резонатора в электрический сигнал 9 с указателем 10. Электрод 4 может быть закреплен непосредственно на стеклянном баллоне 2 кварцевого резонатора, как показано на фиг. 2, На фиг. 3 приведены характеристики преобразования устройства - зависимости эквивалентного активного сопротивления измерительной цепи от относительной влажности воздуха. Кривая 10 получена при верхнем положении подстроенного электрода 4 (фиг. 1), кривая 11 получена при нижнем положении подстроечного электрода 5 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Измерительная цепочка, состоящая из вакуумного кварцевого резонатора 1 (фиг, 1,

W

СП

о

s|

S3

f с

u

.2) и емкостного датчика, электродами которого являются металлизированный электрод 6 пьезоэлемента 7 и металлический сетчатый экран 3 (фиг. 1) или электрод 4(фиг. 2), помещается в контролируемую газооб- разную или жидкую среду, например, воздух или авиационное топливо. Контролируемое вещество заполняет пространство в емкостном датчике, образованное экраном 3 (фиг. 1) и стеклянным баллоном 2 вакуумного кварцевого резонатора 1. При закреплении электрода 4 на стеклянном баллоне 2 (фиг, 2) контролируемое вещество контактирует с поверхностью стеклянного баллона 2 вакуумного кварце- вого резонатора 1. Наличие в емкостном датчике вакуумного пространства внутри стеклянного баллона обеспечивает низкую емкость датчика, необходимую для возбуждения кварцевого резонатора на частоте па- раллельного резонанса. Подстройка на частоту параллельного резонанса осуществляется перемещением подстроенного злектрода 4 вдоль стеклянного баллона 2 вакуумного кварцевого резонатора 1 (фиг. 1, 2). Чем ближе частота возбуждения кварцевого резонатора к частоте его параллельного резонанса, тем выше выходной параметр устройства - эквивалентное активное сопротивление измерительной цепи и чувст- вительность устройства к влажности, что подтверждается зависимостями 10, 11 (фиг. 3), Так, например, при нахождении подстроенного электрода в положении 5 (фиг. 1) чувствительность к влажности выше, особенно при низких влажностях (кривая 11 фиг, 3). Изменение влажности контролируемого диэлектрика приводит к изменению эквивалентного активного сопротивления измерительной цепи устройства, которое фиксируется указателем 10 преобразователя 9 (фиг. 1, 2). Шкала указателя 10 может быть отградуирована в процентах влажности контролируемого д мэлектрика.

Устойчивая высокая чувствительность и линейная характеристика преобразования устройства наблюдается в диапазоне относительной влажности (50-100)% (фиг. 3), При этой влажности на поверхности стеклянного баллона 2 кварцевого резонатора 1 образуются полимолекулярные островки адсорбированной влаги, имеющие сравнительно низкое сопротивление. Количество

адсорбированной влаги при разной относительной влажности воздуха изменяется, изменяя сопротивление поверхности стекла, которое бесконтактно контролируется благодаря высокой чувствительности устройства. Прямолинейность характеристики преобразования датчика (фиг. 3) обеспечивает высокую точность контроля влажности газов в диапазоне(50-100)% относительной влажности воздуха, в котором известные методы и устройства имеют нестабильные нелинейные характеристики.

В отличие от мономолекулярной адсорбции полимолекулярная адсорбция, имеющая меньшую энергию связи влаги с поверхностью, образуется и исчезает при изменении влажности практически мгновенно, обуславливая высокое быстродействие устройства. Отсутствие металлического экрана 3 (фиг. 1) в устройстве, приведенном на фиг. 2, еще больше увеличивает его быстродействие, одновременно уменьшая габариты устройства.

Устройство может быть использовано для контроля влажности воздуха в сушильных аппаратах текстильной промышленности, при климатических испытаниях изделий на влагоустойчивость или при выращивании овощей в теплицах для точного поддержания климатических условий при высоких влажностях воздуха, а также для контроля влажности жидких диэлектриков, например, авиационного топлива, неорганических растворителей, масла и других нефтепродуктов.

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности газообразных и жидких диэлектриков, содержащее подключенную к преобразовате- лю активного сопротивления в электрической сигнал измерительную цепочку из емкостного датчика и кварцевого вакуумного резонатора с электродами в стеклянном баллоне, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, оно снабжено ох- аатывающим стеклянный баллон заземленным подстроенным электродом в виде кольца, закрепленным с возможностью перемещения вдоль стеклянного баллона, а один из электродов резонатора подключен к потенциальному входу преобразователя.

Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: устройство содержит измерительную цепочку из вакуумного кварцевого резонатора и емкостного датчика. Один вывод кварцевого резонатора соединен с потенциальным входом преобразователя эквивалентного сопротивления в элекрический сигнал, а другой, находясь в вакууме, соединен с его заземленным входом через емкость, образованную электродом кварцевого резонатора и диэлекриком, состоящим из вакуумного пространства, стеклянного баллона резонатора и воздушного зазора между баллоном и заземленным электродом, имеющим под- строечный элемент в форме кольца. Кольцо опоясывает вакуумный кварцевый резонатор на рассеянии 1-2 мм от стеклянного баллона или закрепленного на нем и регулирующего чувствительность устройства к влажности путем перемещения кольца вдоль стеклянного баллона кварцевого резонатора. 3 ил. (Л

JiU7

pt/s.2

fttftGM

6,0

S.O

W

3,0

2,0