SU1133533A1 - Емкостный датчик влажности газовых сред - Google Patents

Abstract

ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные ц элeктpичec;кoй перегородкой-подложкой , на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительна  камера  вл етс  проточной, а компенсационна  камера - герметичной и заполнена эталонной средой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, он снабжен дополнительной проточной камерой , установленной со стороны компенсационной и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонеi проницаемой перегородкой-мембраной, причем дополнительна  камера по вхоkn ду и выходу измер емой среды соединена с измерительной камерой.

Description

Измер ема  газобил среда

/7 /./ /J i2.Z t2.i 15 122 12. по

00 САЭ СП

оо

00 //./ /J ff.2 8 11.1 7 11.1 В J..J..J....±J OfXXXXXXXXXjy4/ A yVV4 yj -X-XXXfXX/y Изобретение относитс  к измерите ной технике и может бььть использова но в системах дистанционного контро л  и автоматического регулировани  влажности газовых сред, например ат- мосферного воздуха. Известен .емкостный датчик с внутренним полем, выполненный в виде плоскопараллельного конденсатора, между пластинами электропроводами которого пропускают контролируемый газ l . Недостатком известного датчика  вл етс  наличие существенных погреп ностей измерений, обусловленных температурными изменени ми геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств контролируемого газа и изолирующих конструктивных Элементов . Кроме того, в результате измерени  вноситс  погрешность, св занна  с наличием вод ной адсорбционной пленки между электродами конденсатора и с изменением давлени  контролируемого газа внутри датчи- ка так как при этом измен етс  плот ность газа, а также наблюдаетс  деформаци  пластин конденсатора . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  ем- костный датчик влажности газовых сред, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные диэлектрической перегородкой-подложкой , на противоположных сторонах которой закрепле ны два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительна  камера  вл етс  проточ ной, а компенсационна  - герметичной и заполнена эталонной средой (2j Недостатком известного датчика  вл ютс  погрешности измерени , обус ловленные различной плотностью воздушных сред в измерительной и компен сационной камерах из-за возможности разности давлений в этих камерах. Разность давлений в камерах приводит также к различным деформаци м (проги бам) торцовых защитных крьшек и перегородки-подложки камер, на которых закреплены электроды измерительного и компенсационного конденсаторов, что обуславливает различные приращецн  их емкостей и, как следствие, по вление дополнительной погрешности . Относительно большое удаление электродов измерительного и компенсационного конденсаторов при изменении температуры измер емой среды приводит к по влению градиента температур между этими электродами. градиент температур обуславливает различный дрейф геометрических размеров электродов и диэлектрических свойств изолирующих конструктивных элементов измерительной и компенсационной камер, а следовательно, и погрешность измерени . Кроме того, наличие вод ной адсорбционной пленки между электродами кЬнденсаторов ухуд щает стабильность и точность измерени , так как толщина этой пленки зависит от давлени  в камерах, а также от температуры изолирующих конструктивных элементов камер емкостного датчика. Кроме того, недостатком известного емкостного датчика  вл етс  на- личине погрещностей измерени , обусловленных коррозией электродов конденсаторов и засорением межэлектрод- ных промежутков, различной плотностью газовых сред в измерительной и компенсационной камерах из-за возможного различи  давлений в этих камерах, а та1сже погрешностей, св - зайных с прогибом диэлектрической перегородки-подложки . Наличие вод ной адсорбционной пленки между электродами накладных конденсаторов приводит к по влению дополнительной по- грещности измерени , так как толщина этой пленки зависит от температуры диэлектрической среды перегородки-подложки , давлений в измерительной и компенсационной камерах и т.д. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений. Цель достигаетс  тем, что емкостный датчик влажности газовых сред, содержащий измерительную и компенсационную камеры, разделенные диз;лек- трической перегородкой-подложкой, на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительна  камера  вл етс  проточной, а компенсационна  камера - герметичной и заполнена эталонной средой, снабжен дополнительной проточной камерой, установленной со стороны компенсационной камеры и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонепроницаемой перегородкоймембраной , причем дополнительна  камера по входу и выходу измер емой среды сс единеиа с измерительной ка мерой. На чертеже изображен емкостный датчик влажности газовых сред, фронтальный разрез. Емкостный датчик влажности газовых сред содержит проточную измерительную камеру 1, герметичную компе сационную камеру 2, проточную дополнительную камеру 3, корпус 4 и сиетему 5 подачи измер емой газовой среды. Камеры 1 - 3 размещены в корпусе 4, выполненном, например, в ни- де металлического цилиндра. Проточна  измерительна  камера 1 состоит из разделительного кольца 6, торцовой защитной крышки 7, перегородки-подложки 8, изготовленной из диэлектрического материала с больщи коэффициентом теплопроводности, и измерительного накладного конденсатора 9, закрепленного на одной ст роне перегородки-подложки 8, на про тивоположной стороне которой закреп лен компенсационный накладной кон- денсатор 10, выполненный идентично измерительному конденсатору 9. Конденсаторы 9 и 10 состо т из низкопотенциальных 11.1, 12.1 и высокопотенциальных П.2 и 12.2 электродов . На наружные поверхности электродов и на межэлектродные поверхности перегородки-подложки 8 нанесе но запщтное диэлектрическое покрытие 13. Компенсационна  камера 2 состоит из разделительного кольца 14, перегородки-подложки 8, компенсационного накладного конденсатора 10 и перегородки-мембраны 15, выполненной из гибкого гофрированного диэлектри ческого газонепроницаемого материала . В компенсационной камере 2 содержитс  эталонна  среда осушенный воздух или воздух с заданной влажностью . Дополнительна  проточна  камера состоит из разделительного кольца 16, перегородки-мембраны 15 и торцо вой защитной крьшки 17. . Емкостный датчик влажности газо- вых сред работает следующим образом . При подаче измер емой газовой ср ды в емкостный датчик, давлени  газовых сред в измерительной 1, компенсационной 2 и дополнительной 3 камерах будут всегда одинаковыми. Это следует из того, что давлени  газовых сред в измерительной 1 и дополнительной 3 камерах будут всегда одинаковыми, так как они св заны между собой посредством системы 5 подачи газовых сред, а давление в компенсационной камере 2 и давление Б дополнительной камере 3 будут выравниватьс  благодар  наличию подвижной гибкой перегородки-мембраны 15. В том случае разность давлений газовых сред в компенсационной 2 и дополнительной 3 камерах будет определ тьс  только упругостью перегородки-мембраны 15. Применение гибких, гофрированных тонких диэлектрических перегородок-мембран позволит уменьшить эту разность давлений вплоть до нул . При этом перегородка-мембрана не будет подвержена деформации прогибу , а следовательно , не будет вноситьс  погрешность в измерени , св занна  с изгибами электродов 11.1, 11.2, 12.1 и 12.2 конденсаторов 9 и 10. При подаче осушенного воздуха в емкостный датчик и при включении измерительного 9 и компенсационного 10 конденсаторов в уравновешенную измерительную, например мостовую, дифференцигшьную схему, сигнал на ее выходе будет отсутствовать и не не будет по вл тьс  даже при больших изменени х давлени  измер емой газовой среды. Это следует из того, что приращени  емкостей измерительного 9 и компенсационного Ю конденсаторов при изменении плотностей осушенного воздуха в измерительной 1 и компенсационной камерах будут одинаковыми. Подача влажного воздуха в измерительную камеру 1 приведет к увеличению емкости измерительного конденсатора 9, так как диэлектрическа  проницаемость влажного воздуха больше, чем осушенного. Следовательно , на выходе измерительной схемы по витс  сигнал, величина которого будет св зана пропорциональной зависимостью с количеством влаги, содержащейс  в воздушной среде. При этом изменение давлени  газовой среды в измерительной камере 1 не будет существенно вли ть на результат измерени  влажности газовых сред. Установка дополнительной камеры 3 со стороны компенсационной камеры 2 позволит также обеспечить обтекание с двух сторон (большей частью) внепгней поверхности компенсационной камеры 2 измер емой газовой средой, S что приводит к более быстрому выравниванию температуры во всех камерах емкоотного датчика. Это в свою очередьS обеспечивает более полную компенсацию погрешностей, обусловленных температурным изменением диэлектрических свойств газовы сред и вод ных адсорбционных пленок на поверхности конденсаторов 9 и 10 Применение защитного диэлектрического покрыти  13, наносимого на электроды конденсаторов 9 и 10 и на межэлектродные поверхности перегородки-подпожки 8,позвол ет исклю- чить токи сквозной проводимости меж ду электродами конденсаторов, корро зию электродов и засорение межзлек- тродных промежутков, а также позвол ет исключить возможность коротког замыкани  электродов конденсаторов. Наличие защитного диэлектрического покрыти  приводит также к ослаблению вли ни  вод ной адсорбционной пленки, осаждающейс  на поверхности конденсаторов, на выходной сигнал емкостного датчика. Толщину защитного диэлектрическо го покрыти  13 необходимо устанавливать в зависимости от ширины элек тродов и межэлектродных промежутков Исход  из реальных геометрических размеров обычно примен емых емкостных датчиков, численное значение толщины защитного покрыти  должно находитьс  в интервале от 1 до 1000 мкм, С увеличением ширины элек тродов и межрлектродных промежутков толщина защитного диэлектрического покрыти  13 может быть также увеличена , при этом чувствительность емкостного датчика заметно не умень шаетс , С достаточной точностью дл  практических целей fтак как число электродов в конденсаторе, как правило , не превышает ста единиц) толщину защитного диэлектрического покрыти  можно определить из соотношени  . , ( a + btc№ с ( о i1 10050 где 8 толщина защитного диэлектрического покрыти  , Я - ширина низкопотенциального электрода конденсаторов; Ь - ширина высокопотенциальнрго электрода конденсаторов , С - ширина межзлектродного промежутка . 5336 ,3,4,,, - число низко- и г ысокопотенциальных электродов в одном конденсаторе. При использовании емкостного дат- чика дл  измерени влажности воздуха в помещени х, резервуарах и,т,, объем которых существенно превышает габариты емкостного датчика, система 5 подачи газовой среды может быть выполнена в виде отверстий в корпусе 4 и разделительных колец 6 и 14 или в торцовых защитных крьшгках 7 и 17 измерительной 1 и дополнительной 3 камер, Применение в качестве эталонной среды в компенсационной камере 2 воздуха с заданной влажностью позвол ет более полно скомпенсировать погрешности измерени , обусловленные изменением температуры и давлени  измер емой воздушной среды, а также позвол ет измер ть отклонение абсолютной влажности измер емой воздуш- ной среды от заданного значени . При этом выходной сигнал можно использовать дл  осуществлени  автоматического регулировани  влажности воз- д тпной среды в контролируемых объемах (помещени х , резервуарах и т,д,) . Таким образом, в предлагаемом ем-. костном датчике существенно повьшгена точность измерени  за счет исклю- чени  погрешностей, обусловленных различной плотностью газовых сред в измерительной и компенсационной камерах из-за возможного различи  давлений в этих камерах, а также погрешностей , св занных с прогибом диэлектрической перегородки-подложки, Благодар  применению защитного диэлектрического покрыти  существенно уменьшены погрешности измерени , св занные с исключением токов сквозной проводимости между электродами конденсаторов, а также с коррозией электродов и засорением межэлектродтных промежутков. Кроме того, исключаетс  возможность короткого замыкани  электродов этих конденсаторов, а также ослабл етс  вли ние адсорбционной вод ной пленки на результат измерени . Исключение указанных погрешностей измерени  позволит более точно контролировать и при необходимости поддерживать на заданном уровне влажностьгазовых сред (на-

71133533И

пример, влажность воздуха в цехах качество выпускае.мой продукции при производства и переработки искусствен- ее производстве, переработке, храных волокон , что позволит повысить нении и т.д.

Claims (1)

1. ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ' ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащий измеритель- ную и компенсационную камеры, разделенные диэлектрической перегородкой-подложкой, на противоположных сторонах которой закреплены два одинаковых накладных конденсатора, при этом измерительная камера является проточной, а компенсационная камера — герметичной и заполнена эталонной средой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен дополнительной проточной камерой, установленной со стороны компенсационной и отделенной от нее гибкой гофрированной диэлектрической газонепроницаемой перегородкой—мембраной, § причем дополнительная камера по входу и выходу измеряемой среды соединена с измерительной камерой.

   SU „„1133533

   I 133533