Конденсационный гигрометр Советский патент 1976 года по МПК G01W1/11 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам, измеряющим влажность исследуемого газа по температуре точки росы.

Известны гидрометры с подогревными электрическими датчиками, основанные на зависимости максимальной зттругости водяного пара над поверхностью насьпценного раствора гигроскопической соли, например, от температуры. Основная характеристика гигрометра связана с определенной температурой точки росы по кривой зависимости упругости водяного пара над поверхностью воды и насьпценного раствора LiCI от температуры 1.

Недостатком этих гигрометров являются гидратные переходы раствора хлористого лития при разных температурах и появление точек излома на кривых зависимости упругости водяного пара и насьпценного раствора хлористого лития от температуры, что приводит к ненадежной работе этих гигрометров.

Н аиболее близким к предлагаемому является гигрометр точки росы, включающий в себя полупроводниковую термоэлектрическую батарею, систему фиксации росьущтчик температуры 2.

В известном гигрометре точки росы для фиксации росы используют цельнометаллическое или выполненное из другого материала с напьшенной пленкой металла зеркальце, на котором при его охлаждении вьшадает роса, а при нагревании она испаряется, причем оба эти состояния фиксируются оптической системой индикации, работающей па принципе отражения от поверхности зеркальца. Точность измерения такой системой индикации росы обусловлена состоянием поверхности зеркальца, т.е. степенью его загрязнения. Погрешность таких приборов сильно зависит от размеров зеркальца ввиду возникновения градиентов температур и неоднородности, в связи с этим, вьшадения росы по поверхности зеркальца. Чувствительность этих гигрометров снижается при малой относительной влажности.

Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений исследуемого параметра газа с относительной влажностью от О до 98% в широком интервале температзф.

Для этого система фиксации росы вьшолнена на основе полупроводниковой структуры ср-п переходом.

На фиг. 1 изображена схема устройства лабораторного образца конденсационного гидрометра; на фиг. 2 показана зависимость обратного тока р-п перехода от толщины слоя росы (точкой d обозначен слой росы, после которого поисходит насыщение тока.) Устройство состоит из полупроводниковой термоэлектрической батареи 1, на охлаждаемой (нагреваемой) поверхности которой расположена полупроводниковая структура 2 с обратно смещенным ртп переходом. Структура вьшолнена на тонкой диэлектрической подложке 3, например на ситале или окиснем слое окисленного кремния. Для снижения теплового контактного со1фотивления между подложкой с полупроводниковой структурой и поверхностью термоэлектрической батареи в контактное пространство введена высокотеплопроводшя кремнеорганическая паста, 1ипример 1СПТ-8. Тем пература в области р-п-перехода измеряется миниатю ным термометром сопротивления 4 или термопарой медь-константан, проградуированными по пяти точкамв области положительных температур (температу ры плавления G а 29,8° С, сплава Вуда 60,95° С, парафина 52° С, сплава Bi 36%, РЬ28%, Cd 6%, Hg 30% 48° С и индия 153° С; в точке 0°С) и в трех точках в области низких температур (температуры плавления MgS04 - 3,9° С, ZnS04 - 6,5° С, KCI - 11,1° С.). Принцип действия гигрометра заключается в следующем. При определенной полярности тока, текущего через батарею, начинает охлаждаться ее рабочая поверхность, на которой расположена полупроводниковая структура с обратно смещенным р-п-лереходом. Величину обратного смещения вырабатьшают перед областью загиба обратной ветви вольт-амперной характеристики. Вьшадение росы в зоне р-гы1ерехода приводит к увеличению обратного тока. В момент изменения обратного тока р-пперехода, например, в десять раз (выбор точки отсчета зависит от градуировки прибора) происходит отсчет температуры, которая и является температурой точки росы. Затем происходит изменение полярности тока в термоэлектрической батарее, нагрев полупроводниковой структуры и восстановление обратной ветви вольт-амперной характеристики до ее первоначального значения. Относительная погрепшость лабораторного гигрометра, измеренная в интервале относительной влажности от 5 до 98%, не превышала 2%. Такая относительно малая погрешность для лабораторного образца обусловлена возможностью очень точного момента выбора момента отсчета температуры точки росы, так как система фиксации росы в предложенном гигрометре чувствителыи к молекулярному слою росы. Предложенная конструкция гигрометра не имеет погрешностей, обусловленных загрязнением и размерами зеркальщ в системе оптическ(й индвк9г ции росы. Индикация постоянной толщины конденсата, контролируемой обратным током р п-перехода, существенно повышает точность отсчета температуры точки росы. Гигрометр прост и надежен в работе. Формула изобретения Конденсационный гигрометр, содержащий полупроводниковую термоэлектрическую батарею, систему фиксации росы, датчик температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений исследуемого параметра газа с относительной влажностью от О до 98% в широком интервале температур, система фиксации росы вьшолнена на основе полупроводниковой структуры с р-п-переходом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Берлинер М.А., Измерение влажности, М., Энергия, 1973 г. стр. 249. 2.Авторское свидетельство N 2655(Ю, М. л G 01 W 1/11, 1968 г. (npoTonni). Ш