Оптомолекулярный гигрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N21/81 

(54) ОПТОМОЛЕКУЛЯРНЬЙ ГИГРОМЕТР

I

Изобретение относится к влагометрии и может быть использовано для измерения относительной влажности в качестве селективного датчика ионного и газового состава среды;

Известны гигрометры для измерения относительной влажности, содержащие в качестве основных элементов источник света, фотоприемник и чувствительный к влажности элемент, способный изменять окраску в зависимости от влажности среды 1 .

Однако из-за потерь на отражение известные устройства имеют недостаточные чувствительность и быстродействие.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптомолекулярный гигрометр, содержащий датчик, состоящий из последовательно расположенных малоинерционного Источника света, влагочувствительного элемента, приемного фотоэлемен.та и электронный блок с блоком питанин источника света и регистратором 2 .

Недостатком этого устройства является инерционность, так как ввиду малой интенсивности источника света (светодиода) и потери света при диффузном отражении от влагочувствительного элемента необходим защитный экран, замедляющий процессы обмена влагой и снижаклций быстродейст10вие. Кроме того, используемый в качестве регистратора простой компаратор, сравнивающий сигналы основного и опорного каналов, не дает надежного вьщеления полезного сигнала на

ts фазе засветки.

Целью изобретения является увеличение быстродействия оптомолекулярного гигрометра.

Для дости;кения указанной цели в

20 известном оптомолекулярном гигрометре, содержащем датчик, состоящий из последовательно расположенных малоинерционного источника света, вла3гочувствительного элемента, приемно го фотоэлемента, и электронный блок с блоком питания источника света и регистратором, влагочувствительный элемент выполнен в виде цилиндра с конусообразным торцом, обращенный к источнику света, а регистратор снабжен синхронным детектором. На чертеже приведена принципиальная схема оптомолекулярного гигрометра. Схема оптомолекулярного гигрометра содержит датчик 1 и электронный блок 2. Датчик состоит из корпуса 3,малоинерционного источника света 4,расположенного у конусообразного торца влагочувствительного элемента 5,покрытого влагочувствительным сло ем 6. У противоположного торца све товода .размещен приемный фотоэлемент 7. Электронньй блок гигрометра включает в себя блок питания 8, синх ронный детектор 9 и регистратор 10. Цилиндрический влагочувствительный элемент (световод) 5 вьшолнен из сшитого дивинилбензолом полистирола, поверхность которого представ ляет собой тонкий (5-10 мкм) катионообменный слой в С -форме, полученный путем синтеза ионообменных материалов. Гигрометр работает следующим образом. Р1мпульсы света от источника 4, соединенного с блоком питания импульсного напряжения 8, за счет пол ного внутреннего отражения от высокочувствительного слоя 6 попадают на приемный фотоэлемент 7. Импульсы тока приемного фотоэлемента, следующие с частотой импульсов света источника 4, регистрируются синхронным детектором 9 и вызывают в регис раторе 10 ток, пропорциональный амплитуде импульсов. Амплитуда импуль сов тока приёмного фотоэлемента опре деляется амплитудой импульсов источ ника 4 и поглощением света во влаго чувствительном слое 6, которое, в свою очередь, зависит от влажности внещней среды, контактирующей с этим слоем. Таким образом, показания регистратора 10 зависят от влажности внешней среды. Внещняя засветка, попадающая на приемный фотоэлемент7., определяется синхронным детектором и не влияет на показания регистратора 10. Вьтолнение влагочувствительного элемента 5 в виде цилиндра с конусообразным торцом позволяет более эффективно использовать свет, испускаемый источником, так как формирование луча полного внутреннего отражения (ПВО) происходит не на плоской поверхности, на которой значительная часть света теряется, а на конусной. Уменьшение потерь света позволяет увеличить длину влагочувствительного элемента и при сохранении той же чувствительности уменьшить толщину влагочувствительного слоя, так как процессы водообмена в слое идут диффузионным путем, то толщина слоя существенно определяет быстродействие (время отклика , где 1 толщина влагочувствительного слоя). Уменьшение толщины влагочувствительного слоя в 1,5 раза приводит к уменьшению времени релаксации этого слоя более чем в 2 раза. Оптомолекулярный гигрометр обладает высокой чувствительностью во всем диапазоне влажностей от 0,1 до 100%, погрешность измерений не вьше 1%, время отклика не превышает 10 с. Использование изобретения позволяет увеличить быстродействие гигрометров более чем в 6 раз при высокой чувствительности измерений относительной влажности. Формула изобретения Оптомолекулярный гигрометр, содержащий датчик, состоящий из последовательно расположенных мапоинерционного источника света, влагочувствительного элемента, приемного фотоэлемента, и электронный блок с блоком питания источника света и регистратором, отличающийся, тем , что, с целью увеличения быстродействия, влагочувствительный элемент выполнен в виде цилиндра с конусообразным торцом, обращенным к источнику света, а регистратор снабжен синхронным детектором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент CIUA № 3557619, кл. G 01 N 21/22, опублик. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 561896, кл. G 01 N 21/10, 1977 (прототип).