Przedmiotem wynalazku jest kapilarny czujnik hygrometryczny, nalezacy do grupy czujników kon¬ densacyjnych z elektropojemnosciowym przetwa¬ rzaniem informacji na sygnal elektryczny, sluza¬ cy do kontroli wzglednej wilgotnosci powietrza.Znane sa czujniki hygrometryczne, w których para wodna z otoczenia kondensuje sie pod wply¬ wem zjawisk kapilarnych w porach materialu stanowiacego dielektryk kondensatora i wplywa tym samym na jego pojemnosc elektryczna. Naj¬ czesciej spotykanym czujnikiem jest aluminiowy pret z wytworzona elektrolitycznie na jego po¬ wierzchni warstwa tlenku glinu, na która z kolei jest naparowana cienka, porowata, warstwa zlota.Czujnik ten jest kondensatorem cylindrycznym zlozonym z aluminiowej i zlotej okladki, pomie¬ dzy którymi znajduje sie warstwa porowatego dielektryka — tlenku glinu. Im wieksza jest wzgled¬ na wilgotnosc powietrza tym wiecej wody kon¬ densuje sie w porach dielektryka i tym wieksza jest wypadkowa pojemnosc elektryczna czujnika, gdyz czysta woda ma wysoka wartosc wzglednej przenikalnosci dielektrycznej, równa 81 w tempe¬ raturze 20°C.Podstawowa wada czujnika tego typu jest trudna technologia jego wykonania, wymagajaca precy¬ zyjnego przestrzegania parametrów procesu elek¬ trolitycznego utleniania glinu, tak aby uzyskana w jego wyniku warstwa tlenku zawierala pory -o róznych srednicach, zawartych w przedziale 10 15 30 10-b—io-» metra, przy czym procentowy udzial po¬ rów okreslonej srednicy w ogólnej ich zawartosci powinien byc w przyblizeniu równomierny, zas pory o róznej srednicy albo wcale nie powinny sie ze soba laczyc szeregowo, albo polaczenia te powinny byc takie, by wartosci srednie kolejnych porów tworzyly ciag monofonicznie rosnacy lub malejacy. Równomiernosc procentowego udzialu porów o róznych srednicach decyduje o równo¬ miernosci czulosci hygrometru w róznych zakre¬ sach wilgotnosci powietrza, zas warunek dotycza¬ cy sposobu ich wzajemnych polaczen wiaze sie z koniecznoscia minimalizacji histerezy jego cha¬ rakterystyki.Bardzo dobrym wskaznikiem wzglednej wilgot¬ nosci powietrza wykorzystujacym zjawisko kapi¬ larnej kondensacji pary wodnej jest pojedyncza kapilara w ksztalcie stozka. Jesli umiesci sie ka- pilare stozkowa w powietrzu o okreslonej wzgled¬ nej wilgotnosci, to zachodzi w niej samorzutnie kondensacja kapilarna, az do momentu, w którym krzywizna menisku kondensujacej sie wody przyj¬ mie odpowiednia wartosc. Im wieksza -jest wzgled¬ na wilgotnosc powietrza, tym wiekszy odpowiada jej promien krzywizny menisku zgodnie z opisu¬ jacym te zaleznosc wzorem Kelvina.Podstawowa wade wskaznika stanowi brak moz¬ liwosci uzyskania informacji o ilosci skondenso¬ wanej w nim wody, w postaci sygnalu elektrycz¬ nego. 122 3063 Istota kapilarnego czujnika hygrometrycznego wedlug wynalazku polega na tym, ze stanowi go kondensator elektryczny, którego dielektrykiem jest kondensujaca sie miedzy jego okladkami wo¬ da, przy czym kondensacja ta zachodzi zgodnie z prawem Kelvina opisujacym kondensacje w ka- pilarze stozkowej. Czujnik zawiera element hygro- czuly skladajacy sie z dwu cienkich okraglych przewodników elektrycznych pokrytych warstwa izolacyjna i skreconych z soba spiralnie wzdluz swych osi. Element ten usytuowany w prostokat¬ nej ramce w sposób zapewniajacy jego trwaly na¬ ciag i umieszczony jest w porowatej oslonie cera¬ micznej. Elementem aktywnym kondensujacym wode jest stozkowa przestrzen kapilarna wytwo¬ rzona na styku skreconych z soba dwu przewod¬ ników, a miara wzglednej wilgotnosci powietrza jest zmiana wzajemnej pojemnosci obu przewod¬ ników pod wplywem skondensowanej wody.Czujnik wedlug wynalazku charakteryzuje sie bardzo prosta technologie wykonania i umozliwia osiagniecie duzej dokladnosci pomiaru, gdyz kon¬ densacja kapilarna nie zachodzi w osrodku, któ¬ ry jest statystycznym zbiorem róznic z soba pola¬ czonych porów o róznych srednicach, lecz we wnetrzu pojedynczej kapilary, której srednica zmienia sie w sposób ciagly, co pozwala praktycz¬ nie wyeliminowac histereze charakterystyki czuj¬ nika.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, którego fig. 1 przedstawia przekrój czujnika, a fig. 2 przekrój poprzeczny elementu hygroczulego.Element hygroczuly 1 stanowia dwa cienkie, okragle przewodniki la i Ib elektryczne skrecone spiralnie z soba wzdluz swych osi. Przewodniki te pokryte sa warstwa izolacyjna 9. Jako prze¬ wodniki la i Ib stosowane moga byc cienkie dru¬ ty, preciki lub rurki z metalu o niskim wspólczyn¬ niku rozszerzalnosci termicznej np. drut manga- ninowy o srednicy ok. 0,1 mm pokryty warstwa izolacyjna, lub tez przewodniki te moga byc wy¬ konane w formie warstwy metalizowanej wyko¬ nanej np. z nici kwarcowej napylonej metalem a nastepnie pokrytej emalia izolacyjna. Skladaja- 306 4 cy sie z dwu skreconych przewodników la i Ib element hygroczuly 1 umieszczony jest w prosto¬ katnej ramce 2 wykonanej z tworzywa sztuczne¬ go np. z laminatu szklano-epoksydowego.- Element hygroczuly 1 przytwierdzony jest do jednego kranca ramki 2 trwale i polaczony jest przewodami 3 z przylaczem miernika pojemnosci 4,, natomiast do drugiego kranca ramki element hy¬ groczuly 1 przytwierdzony jest poprzez zaczep 5 0 i sprezyne 6 utrzymujaca staly jego naciag. Ram¬ ka 2 z elementem hygroczulym 1 i przylaczem 4 umieszczona jest w porowatej oslonie ceramicznej 7 chroniacej element hygroczuly 1 przed zapyle¬ niem. Elementem aktywnym tak wykonanego czujnika jest stozkowa przestrzen kapilarna 8 wy¬ tworzona na styku dwu skreconym z soba spiral¬ nie przewodników la, Ib. Kondensujaca sie na styku tych dwu przewodników, w przestrzeni ka¬ pilarnej 8 woda, zwieksza ich wzajemna pojem- J0 nosc elektryczna, która to pojemnosc mierzy sie konwencjonalnym miernikiem. Promien krzywizny menisku r bedacy miara stoipnia wyjpelnienia prze¬ strzeni ^kapilarnej 8 woda kondensacyjna jest funk¬ cja wzglednej wilgotnosci (powietrza zgodnie z opi¬ sujacym te zaleznosc wzorem Kelvdna.Zastrzezenia patentowe Kapilarny czujnik hygrometryczny do pomiaru 30 wzglednej wilgotnosci powietrza, zawierajacy ele¬ ment hygroczuly w postaci kondensatora o pojem¬ nosci zmiennej pod wplywem zmian wilgotnosci powietrza, znamienny tym, ze element hygroczuly (1) ma postac dwu cienkich, okraglych skreconych 35 ze soba spiralnie wzdluz swych osi przewodników (la) i\ (Ib) izolowanych elektrycznie wzgledem siebie, których styk tworzy stozkowa przestrzen kapilarna. 2. Czujnik, wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 40 element hygroczuly (1) rozpiety jest w prostokat¬ nej ramce (2) sprezyna (6) poprzez zaczep (5) i po¬ laczony przewodami (3) z przylaczem (4), przy czym podzespoly te umieszczone sa wewnatrz porowa¬ tej oslony ceramicznej (7).122 306 / \ FIG.1 FI6.2 PL