Влагочувствительный элемент Советский патент 1981 года по МПК G01N19/10 

I :-.

ЬГаобретение относится к измерительной технике и предназначена для измерения относительной влажности воздуха (газа).

Известны влагочувствительные элементы, один из которых выполнен в виде пластины с нанесенным на нее слоем задубленной желатины, пропитанной гигроскопическим раствором, а другой изготовлен из полифторстирола. Гигроскопичность последнего элемента повышена путем сульфирования и создания определенной пористости поверхности. С помощью зтих элементов возможно получение идентичных элементов 1.13 .,

Недостатки элементов состоят в малой поверхности контакта гигроскопического вещества с окрзгжающим воздухом и относительно большим весом и габа-; , ритами.20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является влагочувствительный элемент, соде ржащий основу в виде двух плоских спиральных пружин и гигроскопическое вещество 21.

Однако форма основы этого элемента he обеспечивает компактности устройства. Кроме того, старение материала спирали приводит к изменению его упругих свойств, поэтому величина деформации спирали становится нестабильной, а это сказывается на структуре капилляров и пор нанесенной ла нее пленки гигроскопического материала, что снижает стабильность работы элемента.

Цель изобретения - уменьшение габаритов влагочувствительного элемента и. повышение стабильности его работы.

Указанная цель достигается тем, что основа влагочувстеительного элемента выполнена в виде винтовой спирали с равномерно увеличивающимся шагом от одного торца спирали к другому, причем стержень и гигроскопическо вещество введены внутрь спирали.

На чертеже схематически изображен предлагаемый элемент.

Елт гочувствительный элемент содержит винтовую спираль 1 (витую ци- ; лйндрическую пружину , которая выполнена с ра:вномерно увеличивающимся шагом от торца 2 к торцу 3 и плечи кАм 4. Внутри спирали размещены стержень 5 и гигроскопический раствор 6 (в виде столбика А )с мениском 7. Спираль 1 укреплена на вилке 8 коромысла гигрометра с помощью стержня 5, Столбик раствора находится в положении А при минимальной относительной влажности, а в положении Б - при макск маиьной. .

Зинтоэая спираль 1 является основой

элемента, гигроскопический раствор 6 полностью смачивает витки спирали и удерживается внутри нее за счет капил лярных сил.

Винтовая спираль может.быть укреплена на вилке 8 коромысла непосредственно, однако в предлагаемом элементе внутрь спирали введен стержень 5, так как он увеличивает смачиваемую гигроскопическим раствором поверхность и уменьшает инерционность элемента. Спираль и стержень выполнены из коррозиесфойкого материала, например кварцево нити, а их поверхности для повышения стабильности работы должны облздать хорошей смачиваемостью, для чего на .них нанесен микронный слой задубленно желатинь. За счет микрокапилляров и пор в слое желатины, на поверхности которьк всегда имеется влага, обеспечивается хорошая смачиваемость спирали 1 и стержня 5.

В качестве гигроскопических растворов могут быть использованы как ионные, например хлористого лития, хлористого цинка, т.п., так и молекулярные, например глицерина и т.п. Количество гигроскопического раствора в спирали и его концентрации определяются рабочим диапазоном влагочувствительного элемента.

От диаметра спирали зависит инерционность элемента и его чувствитель ность к механическим воздействиям: чем он меньше, тем меньше инерционность и чувствительность к механичесКИМ воздействиям.

Предлагаемый влагочувствительный элемент изготовлен из вольфрамовой нити 60-ваттной лампочки накаливания, а в качестве гигроскопического раствора используют 70%-ную серную кислоту (плотность 1,6105 г/см при 20c)j .Раствор кислоты занимает при и 40%-ной относительной влажности окружакмцего воздуха 0,1 часть длины спирали.

Влагочувствительный элемент обладает малой инерцией (1-2 с), а столбик, раствора 95%-ной относительной рлажности механически устойчив.

Устройство работает следующим образом.

Гигроскопический раствор 6, количество и концентрация которого соответствуют, например, минимальной относительной влажности рабочего диапазона элемента, помещенный при его изг.отовлении внутрь, спирали 1 в облас ти А торца 2, расположен в виде столбика с мениском 7. При такой массе стрелка коромысла массового гигрометра показывает по шкале минимальное /значение влажности. При увеличении от носительной влажности окружающего воздуха гигроскопический раствор начинает поглощать влагу из воздуха, при этом масса элемента увеличивается- и коромысло гигрометра отклоняется от первоначального положения равновесия. При уменьшении влажности воздуха влага из раствора элемента испаряется и стрелка коромысла гигрометра показьшает уменьшение относительной влажности. При поглощении-,и испарении вЬаги гигроскопическим раствором мениск столбика последнего перемещается за счет капиллярных сил и занимает положение от А до Б..

Так как гигроскопический раствор 6 находится не только внутри, но и полностью смачивает витки спирали 1 в пределах занимаемого ими объема, то поверхность контакта раствора с окружающим воздухом достаточно большая. Благодаря этому влагообмен происходит интенсивно,.что обеспечивает высокую чувствительность и малую инерционност

Отсутствие деформации спирали (расвор свободно перемещается, не деформируя ее) при изменениях влажности и хорошая смачиваемость витков спирали и стержня обеспечивают высокую стабильность работы влаЛ чувствительного элемента..

Предлагаемый элемент может быть .использован не только в весовом гигрометре, но и самостоятельно, например как гигроскоп. Положение мениска 7 столбика раствора 6 внутри спирали 1, при условии удержания начала столбика у торца 2 спирали, точно соответствует определенным значениям относительной влажности. IIosTOiviy, поместив рядом со спиралью шкалу и лупу, можно Производить отсчет относительной вла1ж иости. Выполнение основы влагочувствитель ного элемента ,в форме винтовой спирали позволяет использовать в качестве гигроскопических веществ не только растворы, но и твердые вещества rt материалы. В этом случае гигроскопический материал наносится на витки спира ли в ввде тонкой пленки. Гигроскопический слой может быть получен также путем обработки поверхности материала самой спирали, например электролитическим путем и т.п. При этом процесс изготовления влагочувствительного элемента легко автоматизировать, что позволяет наладить поточное производство и .обеспечить изготовление идентичных, взаимозаменяемых элементов, которые работают стабильно, обладают большой чувствительностью и малой инерционностью. В этом случае возможно использова1 ие широкого ассортиме 82 та гигроскопических веществ и материалов, наносимых в виде тонких пле нок, а диаметр и шаг витков спирали определяется конструк-тивными соображе ниями. л Формула изобретения Влагочувствительный элемент, содержащий основу в виде двух плоских спиральных пружин и гигроскопическое вещество, отличающийс.я тем, что, с целью повьш1ения стабил1гности работы и уменьшения габаритов, основа влагочувствительного элемента выполнена в .виде винтовой спирали с равномерно увеличивающимся шагом от одного торца спирали к другому, причем внутри спирали помещены стержень и гигроскопическое вещество. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 589584, кл. ВО N 19/10, 1978. 2.Авторское -свидетельство СССР 70225, кл. &01 N 19/10, 1946 прототип).