SU1711058A1 - Пластинчатый влагочувствительный элемент - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерени  влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы. Целью изо2 бретени   вл етс  повышение Точности индикации конденсируемой влаги и упрощение изготовлени  элемента. Указанна  цель достигаетс  тем, что влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости оптически сопр женных пластинок из изотропного материала, выполнены из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоци- анинхлорида, и, кроме того, ось (I + 1)-й влагочувствительной пленки составл ет одинаковый по знаку угол са с осью предыдущей 1-й влагочувствительной пленки, где €d - максимальный угол негиротропного поворота плоскости пол ризации i-й пленкой на длине волны из диапазона спектрального поглощени  агрегатов псевдоизоцианинх- лррида. 1 з.п. ф- ы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы.

Известен влагочувствительный anie- мент. представл ющий собой пьезокварце- вую кристаллическую пластину с нанесенной на одну из ее плоскостей влагочувствительной пленкой, например, из кат рона с термодинамически устойчивой кристаллической структурой. На поверхности кварцевой пластины выполнены серебр ные электроды. Пьезокварцева  пластина .возбуждаетс  переменным электрическим, полем на ее резонансной частоте. При сорбции влаги из газа измен етс  масса пластины , что приводит к изменению ее резонансной частбты, которое регистрируетс  электродной схемой гигрометра.

Однако точность показаний такого гигрометра невысока, так как зависит от степени загр знени  поверхности пластинчатого влагочувствительного элемента пылью, химическими примес ми, конденсируемыми на поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  пластинчатый влагочувствительный элемент, состо щий из кварцевой кристаллической пластинки, на обе плоскости которой нанесена влагочувствительна  пленка из цеолита . Пластинка расположена между двум  , дополнительными кварцевыми кристаллическими пластинками параллельно им так, что центры всех трех пластинок лежат на одной пр мой. Пластинки оптически сопр жены . Конденсаци  влаги регистрируетс  по изменению резонансной частоты кварцевой кристаллической пластинки с влагочув

О

ел со

ствительным покрытием при сорбции на ней конденсата. В силу того, что кристаллографическа  ориентаци  оптически сопр женных кристаллических пластинок одинакова, данный пластинчатый в/гагочув- ствительнуй элемент может использоватьс  в гигрометрах точки росы с оптическим принципом действи .

Однако показани  электрических и оптических гигрометров с влагрчувствитель- кым элементом такого типа завис т от загр знени , поверхности кварцевой кристаллической пластинки с влагочувстви-. тельной пленки пылью и другими микропримес ми, что снижает точность регистрации конденсируемый влаги. Кроме того, известный пластинчатый влагочувст- вительный элемент сложен в изготовлении, боитс  резких температурных перепадов, дорогосто щий.

Цель изобретени  - повышение точности индикации конденсируемой влаги и упрощение изготовлени  элемента.

На фиг. 1 и 2 представлены две проекции влагочувствительнрго элемента дл  случа  трех пластинок.

Пластинчатый влагочувст.вительный элемент содержит оптически сопр женные прозрачные пластинки 1-3, например из плавленного кварца или из. полиметилме- такрилата, на плоскости которых нанесены влагочувствительные пленки 4-9, выполненные из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида. Ось каждой последующей (I + 1)-й пленки повернута относительно оси предыдущей 1- й пленки на одинаковый по знаку угол а. Углы а  вл ютс  максимальными углами поворота плоскости пол ризации 1-й влаго- чувствительной пленкой в длине волны из диапазона 550-575 нм, которые предварительно измер ют, пропуска  через пленку линейно пол ризованный свет. Пластинки 1 -3 закреплены в держателе 10.

Элемент работает следующим образом.

При конденсации капелек влаги на вла- гочувствительных пленках 4-9 пластинок 1- 3 структура одноосно ориентированных пленок 4-9 становитс  кристаллической, что приводит к по влению у нее дихроичных свойств и, как следствие, повороту плоскости пол ризации линейно пол ризованного света, проход щего перпендикул рно пленкам . Величина измер емого угла поворота плоскости пол ризации пр мо пропорциональна количеству конденсируемой влаги. Поворот плоскости пол ризации при прохождении линейного по пол ризации света с длиной волны из диапазона 550-570 нм

через пластинчатый алагочувствительный элемент реализуетс  .дл  каждой влагочув- ствительной пйенки 4-9, суммиру сь на выходе , благодар  повороту оси каждой

последующей пленки относительно; предыдущей на одинаковый по знаку угол а.

Выбор в качестве влагочувствительной пленки одноосно ориентированной плёнки агрегированного псевдоизоцианина обусловлей ее высокой влагочувствите ьностью и нечувствите ьностью ее пол ризационных оптических свойств к загр знению пылью и другими микропримес ми. Поворот осей влагочувствительных пленок на углы а

и однознаковость этих углов необходимы дл  усилени  суммарного поворота плоскости пол ризации пластинчатым.влагочувст- вительным элементом. Выбор диапазона длин волн 550-575 нм обусловлен тем, что

именно в этом спектральном диапазоне достигаетс  максимальный поворот плоскости пол ризации одноосно ориентированным агрегированным псевдоизоцианинхлори- дом.

П р и м е р. Из прозрачного плавленого кварца вырезали круглые пластинки. Порошок псевдоизоцианинхлорида раствор ли в воде, дистиллированной до концентрации 5« хЮ М, раствор выстаивали при комнатной температуре в течение 1 ч до образовани  тиксотропного гел . Кусочек гел  объемом примерно 1 мм3 помещали на пло- скость каждой пластины и растирали в одном направлении по площади примерно 5

см2( В процессе растирани  молекулы воды испар лись из тонкой пленки пеевдоизоци-. анинхлорида, толщина которой пор дка 0,001 мм. Растирание проводили двум  пластинками в одном направлении, и на плоскост х этих пластинок получались одноосно ориентированные пленки агрегированного псевдоизоцианинхлорида, дл  каждой из которых измер ли угол негирот- ропного поворота плоскости пол ризации в

длине волны 550, 562 и 575 нм. Углы неги- ротропного поворота плоскости пол ризации соответственно равны 2, 3.2 и 1,8°.

Выбрав длину волны линейно пол ризованного света дл  регистрации суммарного

угла поворота плоскости пол ризации пластинчатым влагочувствительным элементов , составленным из п ти пластинок, равной 562 нм, эти пластинки устанавливали в держатель, выполненный в виде пр моугольного бруска из полиметилметакрилатй с прорез ми, таким образом, чтобы пло ско- сти пластинок были параллельны одна другой и оптически сопр жены. Рассто ние, между пластинками было одинаковым и составл лр 4 мм при толщине самих пластинок 0,5 мм. Пластинки ориентировались вокруг оптической оси всей системы так, чтобы оси агрегированных пленок псевдо- изЬцианинхлорида составл ли угол одного знака пор дка 3,2° с предыдущей пленкой, образу  прерывистую правую спираль. Ориентированные таким образом пластинки фиксировали в прорез х держател  при помощи к е . Полученный пластинчатый вла- гочуЁствительныйэлемент был испытан следующим образом. ,

Влагочувствительный элемент жестко фиксировали в камере с противоположными отверсти ми дл  прохождени  через них и через пластинки элемента линейно пол ризованного света. Пластинки с влагочувст ви- тельными пленками охлаждали потоком холодного осушенного аргона, который пропускали через входную и выходную газовые магистрали. Контроль температуры пластинок вели при помощи термосопротивлений, жестко фиксированных полированными плоскост ми на плоскост х пластинок элемента . Далее попускали через камеру анализируемый воздух с температурой 30° при давлении 98 кПа.

Регистрацию момента конденсации влаги на поверхност х пластинок вели па углу поворота плоскости пол ризации проход щего через систему света. Дл  этого свет ксеноновой лампы ДСКШ монохрома- тизировали с помощью интерференционного фильтра на длину волны 562 нм, линейно пол ризованы при помощи пол ризационной призмы Рошона, пропускали через модул тор и компенсатор, расположенные перед оптическим отверстием камерыс вла- гочувствительным элементом, далее через анализатор на фотоэлектронный умножитель . Отсчет угла поворота плоскости пол ризации осуществл ли на чувствительном самописце, св занном положительной обратной электронной св зью с усилителем фототока и компенсатором. Охлаждение пластинок влагочувствительного элемента проводили этапно до 16, 15, 14, 12, 10, 9 и 8° С. Более точные значени  температуры пластинок элемента измер ли в момент конденсации на них влаги из анализируемого воздуха. При этом фиксировали как усредненную температуру всех пластинок, так и температуру каждой пластинки в отдельности .

При температурах пластин 16,15,14,12, 10° С регистрируемый угол негиротропного поворота плоскости пол ризации в пределах точности его измерени  210 угловых градусов был равен нулю, что свидетельствовало о неизменности состо ни  влагочувствмтельной пленки из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоциа- нмнхлорида на каждой пластинке элемента, т.е. водного конденсата на этих пластинках

не образовывалось. Процесс конденсации начиналс  при 9,25° С, очем свидетельствовало по вление на самописце сигнала, пропорционального нетиротропному углу поворота плоскости пол ризации, значение ;

0 которого в начальный момент конденсации равн лось+0,008 угловых градусов.

По мере развити  процесса конденсации угол негиротропного поворота плоскости пол ризации увеличивалс  до значени 

5 0,5 угловых градусов, легко измер емых электронной системой. Зна  удельную вращательную способность закристаллизованного при помощи водного конденсата одноосно ориентированного при помощи

0 водного конденсата Одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцета- нинхлорида, котора  равна г/угловых градусов, можно точно оценить количество конденсированной влаги на освещаемых

5 линейно пол ризованным светом участках влагочувствительных пленок пластинок элемента . Это количество равно 6 г. В то же врем  лучшие образцы пластинчатых влагочувствительных элементов, используемых .

0 в гигрометрах точки росы, позвол ют регистрировать количество-конденсируемой воды до г.: :

Влагочувствительный элемент, изготовленный согласно изобретению, был испы5 тан в услови х запылени  комнатной пылью, собранной в пылесосе, до состо ни , видимого невооруженным глазом. Далее проводили измерени . Анализируемый воздух также был предварительно запылен.

.0 Показани  температуры начала конденсации и угла негиротропного поворота плоскости пол ризаций в начальный момент . конденсации были соответственно 9.26° Си 0Ч0079 угловых градусов, т.е. практически

5 одинаковыми с показани ми, когда пластинки не были запылены и анализировали

чистый воздух.В то же врем  лучшее образ-); цы известных пластинчатых влагочувствительных элементов даже при значительно 0 меньшем запылении измен ют показани  при измерении этих параметров на два-три пор дка.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1. Пластинчатый Влагочувствительный 5 элемент, состо щий из оптически сопр женных параллельных друг другу пластинок , содержащих влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости пластинок , отличающийс  тем, что, с иелью повышени  точности индикации конденсиp ye мой влаги и упрощени  изготовлени  элемента, пластинки выполнены из изотропного материала, а влагочувствмтельна  пленка выполнена из одноосного ориентированного агрегированного псевдоизоциа нинхлорида.

2. Элемент по п. 1, о т л и чающийс  тем, что ось 0 + 1)-й влагочувствительной пленки из одноосно ориентированного агре ги ро ва н н о г о псе в доизоцйан и н хл ори Да составл ет одинаковый по,знаку угол: (и с осью предыдущей 1-й влагочувствите ьнрй пленки, где ак - максимальный угол неги- ротропного поворота плоскости пол ризации 1-й плен кой н а д л и:не волны из диапазона спектрального поглощени  агрегатов псевдоизоцианинхлорида.

«7Риг .1

d-5

Pf,

ЧЫР

Риг.2

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Пластинчатый влагочувствительный

   55 элемент, состоящий из оптически сопряженных параллельных друг другу пластинок, содержащих влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости пластинок, отличающийся тем, что, с Целью повышения точности индикации конденси руемой влаги и упрощения изготовления элемента, пластинки выполнены из изотропного Материала, а влагочувствительная пленка выполнена из одноосного ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида.
2. 2. Элемент по п. 1, от л и ч ающийс я тем, что ось 0 + 1)-й влагочувствительной пленки из одноосно ориентированного аг регированного псевдоизоцианинхлорида составляет одинаковый по знаку угол cq с осью предыдущей 1-й влагочувствительной пленки, где О) - максимальный угол неги5 ротропного поворота плоскости поляризации 1-й пленкой на длине волны из диапазона спектрального поглощения агрегатов псевдоизоцианинхлорида.