PL55880B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania elektrolitycznych czujników wilgot¬ nosciowych stosowanych, zwlaszcza do elektronicz¬ nych regulatorów, zwanych niekiedy higrostatami, i mierników wilgotnosci. Pod wplywem zmiany wilgotnosci otaczajacych je gazów zmnieniaja one swa impedancje, nie zmieniaja przy tym swej im- pedancji w danej wilgotnosci w konsekwencji rla- wet dlugotrwalego przeplywu przez nie elektrycz¬ nego pradu przemiennego.Dotychczas znane czujniki skladaja sie z naste¬ pujacych elementów: walca lub plytki z nalozo¬ nymi na nie metalowymi elektrodami oraz higros- kopijnej warstwy elektrolitycznej przykrywajacej wymienione elementy. Po przylozeniu do elektrod odpowiedniego napiecia pradu przemiennego uzys¬ kuje sie pomiar impedancji warstwy, która zmie¬ nia sie proporcjonalnie do zmiany wilgotnosci ota¬ czajacych czujnik gazów. Otrzymany z czujnika sy¬ gnal moze sterowac poprzez uklad elektroniczny urzadzeniami klimatyzacyjnymi regulujacymi wil¬ gotnosc gazów. Czujniki moga reagowac na pewien zakres wilgotnosci wzglednej, na przyklad od 30% do 40% lub na caly zakres od OVo do 100%.Czujniki wilgotnosciowe zwane oporowymi dziela sie na: elektrolityczne i sorbcyjne w zaleznosci od sposobu reagowania na wilgoc. W czujnikach elek¬ trolitycznych higroskopijna warstwa sklada sie z przewodnika jonowego stanowiacego elektrolit, natomiast w czujnikach sorbcyjnych — z przewod¬ nika przewaznie pólprzewodnikowego.Czujniki elektrolityczne wytwarza sie nakladajac na podloze w ksztalcie walca, lub plytki dwie elek- 5 trody metalowe. Nastepnie pokrywa sie je higros¬ kopijna warstwa przewodzaca prad elektryczny.Podloze zwane niekiedy osnowa wykonuje sie z materialów, posiadajacych wysoka stala dielek¬ tryczna, takich jak polietylen, polistyren, lub glin- 10 ki kaolinowe i steatytowe. Materialy te pozwalaja zmniejszyc do minimum wystepowanie zjawiska histerezy, które wplywa niekorzystnie na prace czujnika. Elektrody wykonuje sie z metali szlachet¬ nych: srebra, zlota, platyny lub stopów tych me- 15 tali. Stosowanie takich metali wiaze sie z ich pra¬ ca w warstwie zawierajacej nieorganiczne sole, które dzialaja silnie korodujaco. Naklada sie je w ten sposób, by linia brzegowa byla jak najbar¬ dziej rozwinieta na danej powierzchni. Otrzymuje 20 sie wówczas najkorzystniejsze warunki pracy czuj¬ nika. Uzyskuje sie to poprzez bifilarne nawiniecie na podloze kilkunastu zwojów drutu, lub nalozeniu przez prózniowe napylenie metalu w ksztalcie grzebieni, których zeby wchodza jedne w drugie. 25 Odleglosci pomiedzy poszczególnymi zwojami, lub zebami wynosza od 0,5 mm do 2 mm. Jedne konce elektrod przystosowuje sie tak, by mozna do nich doprowadzic napiecie. Na elektrody i przestrzenie miedzy nimi lub tylko przestrzenie miedzy nimi, 30 naklada sie higroskopijna warstwe elektrolitu. 558803 55880 4 Badania wykazaly, ze drugi sposób jest korzyst¬ niejszy. Warstwa elektrolitu stanowi podstawowy czynnik pracy czujnika. Wytwarza sie ja stosujac zawiesine soli nieorganicznych w zywicy organicz¬ nej. Warstwa ta chlonie wilgoc z otaczajacych czujnik gazów, na przyklad powietrza, tak dlugo, az preznosc pary wodnej nad jej powierzchnia w czasie przeplywajacego« przez nia pradu elek¬ trycznego bedzie równa preznosci pary w gazach.Procesowi temu towarzyszy rozpuszczanie sie soli zawartej w Wonie warstwy tworzac mniejsza, lub wieksza ilosc elektrolitu. Wraz ze zmniejszaniem, lub zwiekszaniem stezenia elektrolitu, zmniejsza sie, lub zwieksza impedancja warstwy. Tym samym zwieksza sie lub zmniejsza prad plynacy przez czujnik.O przydatnosci czujnika stanowi stabilnosc jego impedancji dla danej wilgotnosci wzglednej przy dlugotrwalej pracy oraz jego czulosc na zmiany wilgotnosci. Czynniki te zalezne sa w glównej mie¬ rze od materialów z jakich wytwarza sie warstwe oporowa oraz od sposobu jej budowy.Przeprowadzone badania wykazaly, ze dotychczas stosowane warstwy zawierajace takie sole jak chlorki: amonowe, litowe, sodowe, potasowe; weg¬ lany: litowe, sodowe, potasowe i fosforany nie¬ których z wymienionych metali sa bardzo malo stabilne. Zmieniaja one w czasie pracy swa im- pedancje przy tej samej wilgotnosci wzglednej. Na przyklad warstwy zawierajace chlorek litowy zmie¬ nialy swa impedancje juz po czterech godzinach pracy przy tej samej wilgotnosci. Stwierdzono, ze pod wplywem pradu przemiennego nastepuje czes¬ ciowy rozklad soli, a produkty rozpadu zmieniaja impedancje warstwy. Podobnie zachowuja sie war¬ stwy zawierajace inne z wymienionych soli. Dalsze badania wykazaly, ze nie wszystkie z wymienio¬ nych soli jak równiez inne sole mozna wprowadzac do roztworu zywicy polietylenowej, lub poliwiny¬ lowej.Wprowadzajac sole takie jak chlorek litowy, fluorek litowy, chlorek sodowy do roztworu alko¬ holu poliwinylowego nastepuje wytracanie sie zy¬ wicy. Niektóre sole wprowadzone do roztworu wy¬ mienionych zywic daja warstwy bardzo malo higro- skopijne, których impedancja jest wysoka, a wysy¬ lane impulsy niezwykle slabe. Podobnie warstwy otrzymywane z niektórych zywic posiadaja bardzo niska higroskopijnosc, uniemozliwiajaca przenika¬ nie wilgoci przez nie. Powoduje to niewlasciwe zmiany impedancji wraz ze zmiana wilgotnosci wzglednej otaczajacych gazów.Celem wynalazku jest dobranie soli o takich skla¬ dzie i tak wprowadzanych do roztworu zywicy, lub zywic, ze po odparowaniu rozpuszczalnika otrzy¬ muje sie w(arstwy oporowe stabilne w dlugich okresach czasu, a równoczesnie czule na oddzialy¬ wanie wilgoci otoczenia.Sposób wytwarzania elektrolitycznych czujników wedlug wynalazku polega na przygotowaniu od¬ powiedniej warstwy oporowej oraz roztworu, z któ¬ rego ja sie otrzymuje. Roztwór wytwarza sie roz^ puszczajac w rozpuszczalniku zywice polietylenowa, lub poliwinylowa i nastepnie wprowadzajac sole nieorganiczne. Pokrywa sie nim podloze wraz z elektrodami. Po odparowaniu rozpuszczalnika po¬ wstaje higroskopijna blona warstwy.Wyniki badan wykazaly, ze najbardziej stabilne warstwy czujników otrzymuje sie stosujac jako 5 elektrolity sole fluorkowe. Najlepsze wyniki uzy¬ skuje sie przy zastosowaniu fluorku sodowego, po¬ tasowego, rubidowego, cezowego oraz amonowego.Przed wprowadzeniem wymienionych soli pojedyn¬ czych, lub mieszanin rozpuszcza sie je w wodzie, lub w rozpuszczalnikach organicznych, na przyklad w alkoholach. Dopiero w postaci roztworów udaje sie je wprowadzic do roztworów zywic organicz¬ nych takich jak na przyklad alkohol poliwinylo¬ wy. Stwierdzono, ze przy zastosowaniu sposobu wprowadzania soli do roztworu alkoholu poliwiny¬ lowego w postaci roztworu alkoholowego stosuje sie zywice niskoczasteczkowa. Jednoczesnie w czasie badan stwierdzono, ze przy wprowadzaniu do roz¬ tworu zywicy fluorków, na przylad fluorku so¬ dowego, pomaga dodatek innych soli. Naleza do nich sole glinowe i borowe oraz fosforany meta¬ li alkalicznych.Mieszaniny fluorku sodowego, fluorku glinowego oraz czteroboranu sodowego lub potasowego wpro¬ wadzone do roztworu zywicy daja warstwy znacz¬ nie stabilniejsze od warstw otrzymywanych z sa¬ mego fluorku sodowego. Stwierdzono, ze wymie¬ nione sole wchodza w reakcje z produktami roz¬ padu elektrolitu podstawowego tworzac trudnoroz- puszczalne sole kompleksowe, które nie biora udzia¬ lu w procesie elektrolitycznego przewodzenia pra¬ du. Pozostaje podstawowy elektrolit, którego stala dysocjacji dla danego stezenia jest niezmienna przez co otrzymuje sie wysoka stabilnosc warstwy.Ponadto okazalo sie, ze wymienione sole fluor¬ kowe mozna wprowadzac do roztworu alkoholu poliwinylowego po uprzednim doprowadzeniu od¬ czynu jego do ph 7,5. Zapobiega to koagulacji i wytracaniu sie zywicy, podatek do takiego roz¬ tworu alkoholi, a zwlaszcza wielowodorotlenowych, równiez zapobiega koagulacji zywicy pod wplywem wymienionych soli. Stwierdzono, ze wprowadzajac do roztworu alkoholu poliwinylowego glikole: ety¬ lowy, etylenowy, lub gliceryne otrzymuje sie po podgrzaniu do temperatury od 60°C do 100°C od¬ powiednie zwiazki z zywicami. Zwiazki te nie ule¬ gaja wytraceniu pod wplywem dodatku silnych elektrolitów jakimi sa sole fluorowe. Jednoczesnie okazalo sie nieoczekiwanie, ze wprowadzenie wy¬ mienionych alkoholi i poza nimi takich zwiazków jak cukrów, pentaerytrytu oraz niektórych wyz¬ szych alkoholi rozpuszczalnych w wodzie znacznie poprawia higróskopijne wlasnosci warstwy. W za¬ leznosci od ilosci dodanego alkoholu do roztworu zywicy zmienia sie impedancja warstwy dla okres¬ lonej wilgotnosci.Ponadto okazalo sie, ze elektrody wykonane ze stopu srebra z miedzia sa najbardziej odporne na korozje oraz na dzialanie siarkowodoru wystepu¬ jacego w gazach, lub powietrzu. Przyklad Elektrolityczny czujnik wilgotnosciowy wytwarza sie nawijajac bifilarnie na plytke lub walec elek¬ trody wykonane z drutu ze stopu srebra i miedzi.Plytke lub walec zanurza sie do roztworu wodnego zawierajacego 2 g alkoholu poliwinylowego, 0,05 g 15 20 25 80 85 40* 45 50 55 60 V5 55880 6 gliceryny oraz 0,2 g fluorku sodowego, 0,15 g czte- roboranu sodowego i 0,002 g fluorku glinowego. Po pokryciu roztworem czujnik umieszcza sie w ko¬ morze osuszajacej i poddaje stabilizacji przepusz¬ czajac przez niego elektryczny prad przemienny o napieciu 24 V i czestotliwosci 50 Hz.W zaleznosci od zawartosci soli oraz alkoholi wielowodorotlenowych czujnik obejmuje poszcze¬ gólne zakresy wilgotnosci wzglednej zawarte w ob¬ szarze od 10% do 100%. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania elektrolitycznych czujni- 15 ków wilgotnosciowych, zwlaszcza do elektroni- 2. cznych regulatorów i mierników wilgotnosci, polegajacy na pokryciu podloza z elektrodami higroskopijna warstwa zawierajaca niskocza- steczkowy alkohol poliwinylowy, znamienny tym, ze dalszymi skladnikami warstwy higros- kopijnej sa gliceryna, lub glikol badz ich mie¬ szaniny oraz elektrolit skladajacy sie z fluorku sodowego, potasowego, rubidowego, lub cezowe- go, badz ich mieszanin wraz z dodatkiem fluor¬ ku glinowego i czteroboranu sodowego, lub po¬ tasowego, badz sodowego i potasowego równo¬ czesnie, przy czym przed wprowadzeniem elek¬ trolitu roztwór wodny alkoholu poliwinylowego, gliceryny lub glikolu, badz ich mieszanin podgrzewa sie do temperatury od 60°C do 100°C celem przeprowadzenia syntezy miedzy nimi.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektrody, które naklada sie na podloze, wytwa¬ rza sie ze stopu srebra i miedzi. 10 15 PL