СОРБЦИОННЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Г ^ИоЯИ^"-''^''^ Советский патент 1972 года по МПК G01N27/02 G01W1/11 

Изобретение относится к области измерительной технИки.

Известные датчики влажности, содержащие изоляционную подложку с размещенными :на ней электродами .и гигроскопический слой, не обладают достаточ1иой чувствительностью, а в области высокой влажности наблюдаются г.истерезисные явления.

Для повышения чувствительности и ослаблен.ия гистерезисных явлений в области высокой влаж,ности в предлагаемом датчике электроды расположены в одной плоскости и покрыты гигроскопическим слоем толщиной 4-5 мкм из контактирующи.х металлических

частиц |размерОМ 100-300 А, изолированных друг от друга окисной оболочкой толщииой

10-20 А.

На фиг. 1 показа-н общий вид описываемого датчика; на фиг. 2 - эквивалентная схема датчика; на фиг. 3 - зависимость характеристики датчанка от частоты переменного тока; на фИГ. 4 - зависимость характеристик датчика от влажности.

Датчик представляет собой два напыленных на изолированную подложку / (.кварц, стекло, полимерный материал и др.) пленочных металлических электрода 2, расположенных и одной плоскости, на поверхности которых и между ними осажден тонкий гигроскопический слой 3 аэрозольных частиц, получаемых испарением металла в разряженном кислороде, толщииой 4-5 .икм.

При изготовлении датчика некоторое время его прогревают излучением испарителя в разреженной атмосфере кислорода, а затем помещают для калибровки в термостатированную стеклянную трубку, через которую продувают струю .воздуха известной влажности. Электроды толщиной 0,3-0,5 мкм .напыляют на чистое покровное стекло в вакууме Ю . рт. ст.

С целью ста.билизации электрических параметров ги-грометра влажность воздуха в трубке Несколько раз изменяют от О до 100% и обратно. Разброс данных .различных образцов, приготовленных в одинаковых условиях, не превыщает 50%. Было замечено старение

образцов, которое практически прекращается через несколько дней пребывания на воздухе. Процесс старения можно ускорить прогреванием чувствительного элемента во влажном кислороде.

Для сорбционного датчика с гигроскопическим слоем из алюминиевых частиц тип.ичные, экспериментально онределенные зависимости, последовательно соединен.ных емкостн и сопротивления от отшосительной влажности и чафиг. 3 и 4. Ка.к видно «з фиг. 4, где представлены даяные, полученные на ча-стоте 1000 гц, с РОСТОМ вла/K.iiocTii от О до 100% емкость гнгросколического слоя хчкътнчнвастся с 450 до 80000 пф. В то же Л1ремя сопротивление потерь Происход.шт через максимум при относительной влажностп около 40%. Эти изменения емкости и сопротивления :Пр:отекают -вполне обрат.и;мо без какого-либо заметного гистерезиса в процессе уменьшения влажности со 100 до 0%. В пределах показа-нного разброса данные воспроизводились: ;в течеиие месяца после изготовлеп-ия образца, при хране«ии его на воздухе с влажностью 30-80%, а также после суточл-юго пребываиия в атмосфере насыщенного водя.ного пара или м.ногосуточной выдержки в воздухе с влажностью 95%.

Однако смачнван.ие слоя водой приводит к его разрушению, поэтому в реальных условиях лучше не допускать работы прибора при .влажности более 95%.

Чувствительиость датчика зависит от отиоШ6ИИЯ диаметра частиц гигроскопического слоя к толщине ок1исной оболоч-к.и, от плотности и толщины слоя, а та,кже от площади покрытия электродов этим слоем. Эти параметры -могут cn.ibHO варьироваться в процессе приготовления образца в зависимости от -давления кислорода, расстояния до испарителя, угла наклона подложки, температуры .нагревания, врелюни выдержки в атмосфере кислорода и др.

П-р.иведенцые на фиг. 3 « 4 данные относятся к образца.м средией чувств-ительиости. В некоторых случаях удавалось получать образ-цы, по-казывающ«е при влажности 100% е.мкость около 1 мкф.

При быстром in3MeH6H-P№t :влаж1ности путем виесеиия обра-зца в сосуд с задаииой влажностью воздуха заачен-ие емкости и соп-ротивлеиия устанавл-иваются настолько быстро, что трудно оцергить истинное время переходного процесса. Во всяком случае оно составляет не более -нескольких секу-нд.

Пробивное напряжение датч-ика при влажности воздуха 80% колеблется около 30 в, поэтому прилагаемое к чувст-в ительиому эле.vieirry напряжение но должно превышать это з-пачение.

Изменение содержа ния углекислого газа в воздухе от нормального (0,03%) до пренебрежимо малого после вымораживания воздуха жидким азотом практически ие отражается на показаниях датЧИ-ка.

У датчика -измеряемое последовательное сопротивление при увеличении влаж-ности сначала растет, п-роходит через максимум, а затем спадает. Такой ход кривой объясняется тем, что растущее но мере заполнения пор адсорбиро.ванным водяным паро-м сопротивление диэлектрических потерь Ri (фиг. 2) начинает щуитироваться в области высокой влажности сквозной электропроводностью слоя по воде (сопротивление 2).

Ка-к В1идно иа фиг. 3, по мере повышеиия частоты з:начения емкости и сопротивления уменьшаются, причем характер кр-ивых указывает на то, что время релаксации процесса установления электропроводности в слое по10- сек.

ряда

П р е д iM € Т изобретения

Сорбционный датчик влажности, содержащий изоля-циониую подложку с размеще-иными на ней электродам.н и гигроскоп-ический слой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и ослабления гистерезисных явлений в области высокой влаж-пости, в нем электроды расположены в -одной плоскости и покрыты гигроско-пическим слоем толщиной 4-5 мкя-1 из контактирующ-их металлических

частиц размеро-м 100-300 А, изолированных друг от друга окисной оболочкой толщиной

Л.

fuz. 1

ff

ff Ри.г. 2

56% ./

JD

§.

t ii

tO

I 1/7

0 .. 0

10

f(Zi4) W

4(7 60 80 Влажность Р/Р(%) Риг