SU1744616A1 - Первичный измерительный преобразователь влажности - Google Patents

Abstract

Использование: измерительна  техника . Сущность изобретени : покрыта  влаго- чувствительным слоем подложка с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами приклеена другой стороной к би- морфному пьезоэлектрическому элементу. Элемент состоит из двух пьезокерамиче- ских пластин 4 и 5. Интенсификаци  процесса влагообмена между контролируемым газом и влагочувствительным элементом осуществл етс  с помощью принудительного осциллировани ,2 ил,

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулировани  параметров микроклимата в помещени х.

Известен электрический сорбционный датчик влажности, содержащий покрытую влагочувствительным слоем подложку с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами. Поры жидкой пленки заполн ютс  раствором гигроскопической соли до нанесени  на пленку внешнего электрода . Раствором заполн етс  только часть объема пор без образовани  сквозных провод щих мостиков между электродами. На базе таких датчиков выпускают гигрометры дл  измерени  микроконцентраций влаги в газах.

Недостаток известного датчика - выход чувствительного элемента из стро  при контакте с атмосферным воздухом больше 5-10 с. Это вынуждает хранить датчики в закрытых контейнерах с молекул рными ситами.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  первичный измерительный преобразователь влажности воздуха, содержащий покрытую влагочувствительным слоем подложку с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами.

Недостатком известного измерительного преобразовател   вл етс  низка  чувствительность к изменени м влажности воздуха, особенно при малых скорост х газа и при малых значени х относительной влажности .

Кроме того, известный измерительный преобразователь обладает большой инерционностью (длительность установлени  режима измерени  длитс  30-90 мин.) в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха, что в значительной степени ограничивает быстродействие системы регулировани  параметров микроклимата в помещени х.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и снижение инерционности устройства .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в первичном измерительном преобразоваNJ Јь N О

сЈ

теле влажности воздуха, содержащем покрытую влагочувствительным слоем подложку с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами, на другой стороне подложки жестко укреплен биморфный пьезо- керамический элемент, который своими концами жестко соединен с корпусом датчика .

Введение биморфного пьезокерамиче- ского элемента позвол ет при питании его от источника переменного напр жени  возбуждать изгибные механические колебани  влагочувствительного сло  и тем самым повысить интенсивность насыщени  влагой воздуха. Другими словами это позвол ет повысить скорость достижени  термодинамического равновеси  системы влажный воздух - влагочувствительный слой, т.е. снизить инерционность датчика влажности.

Кроме того, интенсификаци  процесса влагообмена микроколебани ми подложки позвол ет расширить нижний предел измерений (т.е. измер ть меньшие значени  относительной влажности) и тем самым повысить чувствительность датчика.

Сущность изобретени  состоит в интенсификации процесса влагообмена между контролируемым газом и влагочувствительным элементом при помощи изгибных механических микроколебаний последнего, что позвол ет повысить чувствительность и снизить инерционность датчика влажности.

На фиг.1 изображен первичный измерительный преобразователь влажности воз- уха, продольный разрез; на фиг.2 - ти же, вид сверху.

Первичный измерительный преобразователь влажности воздуха содержит покрытую влагочувствительным слоем подложку 1 с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами 2 и 3. На другой стороне подложки жестко укреплен (например, приклеен ) биморфный пьезоэлектрический элемент, состо щий из двух пьезокерамиче- ских пластин 4 и 5 с нанесенными на их основные грани электродами 6, 7 и 8 (электрод 7  вл етс  общим). Биморфный пьезо- элемент жестко соединен своими концами (например, припа н) с корпусом 9, К электродам 6, 7 и 8 подведено переменное электрическое напр жение таким образом, что биморфный пьезоэлемент совершает изгибные колебани .

При измерении влажности воздуха подложка 1, жестко соединенна  с биморфным пьезокерамическим вибратором, совершает изгибные микроколебани . Эти колебани , достига  влагочувствительного сло , привод т к значительному увеличению влагопередачи от контролируемого газа в упом нутый слой.

Интенсификаци  влагопереноса от контролируемого газа к гигроскопическому материалу датчика влажности позвол ет значительно повысить чувствительность и снизить инерционность первичного измерительного преобразовател  влажности воздуха.

0 Кроме того, благодар  микроколебани м можно вести регулируемый процесс сушки влагочувствительного сло  датчика без повышени  температуры, что устран ет необходимость подогрева дл  формировани 

5 нового влагочувствительного сло , т.е. значительно увеличивает периодичность проведени  регенерации влагочувствительного элемента. При этом по вл етс  возможность длительной работы первичного изме0 рительного преобразовател  влажности воздуха в помещени х без доступа обслуживающего персонала.

Технические преимущества предлагаемого первичного измерительного преобра5 зовател  влажности воздуха по сравнению с прототипом заключаютс  в повышении чувствительности и снижении инерционности преобразовател . Чувствительность преобразовател  повышаетс  не менее

0 чем в 2 раза. Расширение нижнего предела измерений происходит за счет увеличени  влагопереноса от контролируемого воздуха к гигроскопическому материалу чувствительного элемента, что достигает5 с  принудительным осциллированием последнего .

Снижение инерционности датчика влажности при вынужденных колебани х обусловлено интенсификацией тепловла0 гопереноса, позвол ющей уменьшить промежуток времени, необходимый дл  достижени  гигротермического равновеси  чувствительного элемента датчика с контролируемым воздухом.

5 Использование предлагаемого первичного измерительного преобразовател  по сравнению с преобразователем-прототипом обеспечивает экономию энергии, котора  достигаетс  в системах кондициони0 ровани  воздуха вследствие повышени  быстродействи  управл ющих устройств. Точность поддержани  необходимых параметров микроклимата в помещени х в значительной степени лимитируетс 

5 чрезвычайно большой инерционностью (посто нна  времени пор дка 30 мин) примен емых датчиков влажности. Поэтому повышение качества переходных процессов в датчиках влажности, т.е. уменьшение посто нной времени и повышение чувствительности датчика, существенно повышает динамические свойства системы управлени  параметрами микроклимата в помещени х и улучшает услови  обитаемости.

В опытах использовалс  штатный хло- ристолитиевый датчик влажности воздуха и биморфный вибратор размером 65х20х х2 мм из пьезокерамики ЦТС-19, питаемый от промышленной сети переменного тока LN220 В, Гц. Потребл ема  мощ- ность 0,8 Вт.

Рассматриваемый режим  вл етс  наиболее приемлемым на практике, так как не требуетс  дополнительный генератор электрических колебаний, В то же врем  он по- звол ет в резонансном режиме достигать амплитуды колебаний биморфного пьезоке- рамического элемента до 1,5 мм.

При скачкообразном изменении влажности амплитуда колебаний 0,2 мм вполне достаточна дл  повышени  чувствительности и снижени  инерционности датчика влажности не менее, чем в 2 раза. Дальнейшее увеличение амплитуды колебаний нецелесообразно , так как чувствительность

повышаетс  (а инерционность снижаетс ) в меньшей степени, чем уменьшаетс  долговечность устройства.

Эксперименты с варьируемой частотой питани  от генератора ГЗ-33 показали, что оптимальные результаты достигаютс  в диапазоне частот 20-200 Гц с амплитудой колебаний влагочувствительного сло -0,2- 0,5 мм.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Первичный измерительный преобразователь влажности газовой среды, содержащий покрытую влагочувствительным слоем подложку с нанесенными на одну из ее сторон двум  электродами, соединенными с источником переменного напр жени , и с закрепленным на другой стороне пьезоэлектрическим элементом, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  чувствительности и снижени  инерционности преобразовател , пьезоэлектрический элемент выполнен в виде биморфного пьезокерами- ческого элемента, который своими концами жестко соединен с корпусом датчика.

   Фиг.1

   5 Ч