Датчик влажности газов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/56 

(54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, может быть использовано в кварцевых датчиках влажности газов.

Известен датчик влажности газов, содержащий пьезокварцевую пластину, покрытую влагочувствительным веществом 1}.

Недостатком данного датчика является высокая температурная погрешность .

Наиболее близким к предлагаемому является датчик влажности газов, содержсцций чувствительный элемент, выполненный в виде кваЕи;евой пластины с злектродами, содержёццими в местах максимальной деформации ячейки для заполнения влагочувствительныл веществом 2.

Недостатком данного устройства является то, что при работе по энергетическому методу (т.е., когда в качестве .характеристики преобразования используется зависимость эквивалентного электрического сопротивления кварцевой пластины, пропо1Я1ионального изменению модуля потерь влагочувствительного покрытия от относительной влажности в газе) повышение температуры окружаннцего воздуха приводит к увеличению модуля потерь влагочувствительного покрытия, т.е. к появлению положительной температурный погрешности датчика, которая понижает точность и ограничивает диапазон измерения влажности газа.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

10

Поставленная цель достигается тем, что в датчике влгикносги газов, содер-. жащем чувствительный элемент, выполненный в виде кварцевой пластины с электродами, содержащими в местах

15 максимальной деформации ячейки для заполнения влагочувствительным веществом, одна из ячеек в электродах заполнена,веществом с отрицательной температурной зависимостью модуля

20 потерь.

Кроме того, в качестве вещества с отрицательной температурной зави- симостью модуля потерь выбран феноло25поливинилацетальный клей.

На фиг. 1 изображен датчик влажности газов; на фиг. 2 .- температурные зависимости относительного изменения эквивалентного электричес30кого сопротивления датчанка при применении различных веществ в качестве компенсаторов погрешности, Датчик влажности газа (фиг. 1) с держит кварцевую пластину 1, покрытую с двух сторон металлизированными электродами 2, имеющими в местах ма симальной деформации ячейки 3-5, за полненные влагочувствительным вещес вом и ячейку 6, заполненную влагочувствительным веществом с отрицательной температурной зависимостью модуля потерь, в качестве которого выбран фенолополивинилацетальный клей. При работе датчика влажности влагочувствительном веществе происходит рассеяние энергии упругих колебаний кварцевой пластины. Величин этого рассеяния определяется упруги ми свойствами влагочувствительного вещества, характеризуется модулем потерь и зависит от относительной влажности воздуха. При изменении по терь влагочувствительного вещества, нанесенного на кварцевую пластину резонатора, например, в результате измерения влажности окружающей сред изменяется рассеяние энергии колеба ний кварцевой пластины, вследствие чего изменяется эквивалентное электрическое сопротивление кварцевого резонатора. Эквивалентное электриче кое сопротивление кварцевого резона тора является выходным параметром кварцевого датчика влажности газа энергетического метода. Ввиду наличия положительной температурной зависимости модуля потер влагочувствительного вещества, хара теризующейся тем, что с повышением температуры рассеяние энергии колебаний в покрытии повышается, извест ные датчики влажности этого метода ,имеют температурную погрешность. Проведена работа по изысканию пу тей компенсации температурной погре ности датчика с помощью вещества с отр1ицательной температурной зависимостью модуля потерь, т.е. 5ещества нанесение которого на кварцевую пластину резонатора приводило бы к понижению его эквивалентного электр ческого сопротивления при увеличении температуры окружающей средаз. Исследовано ряд веществ, которые поочередно наносились на кварцевую пластину резонатора в ячейку электр да, сделанную в месте максимальной деформации кварцевой пластины(для исследуемого кварцевого резонатора от среза и отношением ширины к длине 0,41 места максимальных деформаций кварцевой пластины в количестве 4-х находятся на средней линии 2-х больших граней пьезоэлемента на рас стоянии 0,22 ч. длины от края). Затем сняты зависимости эквивалентного электрического сопротивления ква цевого резонатора, пропорционального модулю потерь, Нанесенного на пластину вещества от температуры. Температурные зависимости (фиг.. 2) относительного изменения эквивалентного электрического сопротивления кварцевого резонатора с нанесенными в место максимальной деформации исследованы для поли-М-фенилениэофталамида,сме- си поли-Е-капроамида -Ш(СН2)з и фенолополивинилацетального клея. Все кривые, проходя через одну точку t 20°С, 4R/R , так как за точку отсчета для всех веществ взято эквивалентное электрическое сопротивление кварцевого резонатора с покрытием при - Rao, тогда uR i 20 . . где R - значение эквивалентного сопротивления кварцевого резонатора с нанесенными при определенной температуре. Из приведенных зависимостей видно, что отрицательной температурной зависимостью модуля потерь, из исследованных веществ, обладает только фенолополивинилацетальный клей, причем, если фенолополивинилацетальный клей смешать с влагочувсительным веществом (поли-Ё-капроамидом), отрицательная температурная зависимость модуля потерь отсу гствует. При отсутствии влагочувстительности вещества в ячейках 3-5 и при наличии в ячейке 6 вещества с отрицательной температурной зависимостью модуля потерь приращение эквивалентного электрического сопротивления датчика уменьшается с повышением температура. При наличии в одной из ячеек вещества с отрицательной температурной зависимостью модуля потерь погрешность датчика уменьшается от 5% относительной влажности на 10°С в диапазоне 20-30с до 1% относительной влажности. Применение вещетсва с отрицательной температурной зависимостью модуля потерь позволяет поввлсить точность измерений, снизить расходы на изготовление датчика за счет упрощения технологии изготовления влагомера. Формула изобретения 1. Датчик влажности газов, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кварцевой пластины с электродами, содержащими в местах максимальной деформации ячейки для заполнении влагочувствительным веществом/ отличающий ся тем. Что, с целью повьшения .точности измерения, одна из ячеек в электродах заполнена веществом с отрицательной