ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Электрические гигрометрические датчики (ЭГД) имеют чувствительный элемент, выполненный из гигро­скопического материала, который при измерениях влаж­ности находится в гигротермическом равновесии с кон­тролируемым газом. Выходной величиной ЭГД является тот или иной электрический параметр влагочувствитель - ного элемента.

Попытки создания первых ЭГД относятся к 20-м го­дам XX в.; значительное развитие таких датчиков про­изошло в последние 20—25 лет. Основной толчок этому дало использование ЭГД в аэрологических измерениях, в частности для измерения влажности воздуха при ра­диозондировании атмосферы. Измерение влажности воз­духа и других газовых сред остается основной областью применения ЭГД. Наряду с этим их применяют также для измерения влагосодержания жидких диэлектриков и твердых материалов (см. § 10-2).

ЭГД имеют ряд преимуществ по сравнению с другими пирометрическими датчиками. Они могут работать как в неподвижном газе, так и при изменении его скорости в широких пределах. Все ЭГД, кроме кулонометрических, не требуют применения подводящих коммуникаций, ре­гуляторов расхода или давления газа. Благодаря воз­можности миниатюризации, ЭГД можно применять для измерения влажности очень малых объемов газа, для исследования полей влажности и измерений в труднодо­ступных местах.

Достоинствами ЭГД являются простота конструкции, возможность дистанционных измерений, низкая стои­мость, малые габариты и масса. Основным недостатком многих ЭГД является недостаточная устойчивость - их характеристик во времени, т. е. старение датчиков в про­цессе эксплуатации или хранения. С точки зрения их назначения ЭГД можно разделить на две группы:

А) ЭГД для радиозондов, являющиеся по существу датчиками разового действия;

Б) ЭГД для метеорологических или производственных гигрометров, рассчитанные на длительную работу.

Технические требования к датчикам обеих групп раз­личны ввиду большой разницы в условиях работы. В ра­диозондах ЭГД должны работать при скорости подъема около 300 м/мин и при значительных изменениях пара­метров воздуха. В течение 60—90 мин давление воздуха может измениться от 750 до 10 мм рт. ст., а температу­ра— от 40 до —70 °С. Датчик должен измерять относи­тельную влажность в диапазоне от 0 до 100%, иногда при наличии дождя или снега. Следовательно, важней­шими требованиями к датчику являются минимальная инерционность и хорошие метрологические качества при любых величинах относительной влажности и при низких отрицательных температурах. Конденсация влаги на по­верхности чувствительного элемента не должна выводить ЭГД из строя; после испарения конденсата его градуи­ровка должна восстанавливаться. Для ЭГД второй груп­пы важнейшим качеством является длительная устойчи­вость характеристик в рабочих условиях. Эти датчики могут быть рассчитаны на более узкие диапазоны темпе­ратуры и влажности газа; к их быстродействию, разме­рам и весу в большинстве случаев предъявляются менее жесткие требования. Иногда они должны работать при наличии в газе пыли или агрессивных примесей:

Требованиями, общими для обеих групп, являются ограничение величины гистерезиса (несовпадение харак­теристик ЭГД при повышении и понижении влажности) и взаимозаменяемость датчиков одного типа.

В литературе (в частности, патентной) описаны мно­гочисленные ЭГД, отличающиеся принципом'действия, влагочувствительным материалом и конструкцией. Одна­ко датчиков, которые удовлетворяли бы всем перечислен­ным требованиям, нет; лишь некоторые из известных ЭГД нашли практическое применение. Разработка более совершенных ЭГД продолжается и в настоящее время. Ниже принято деление ЭГД на электролитические, сорб - ционные и кулонометрические. Такая классификация несколько условна, так как процессы сорбции и десорб­ции влаги происходят в датчиках всех трех типов. Однако в то время как у сорбционных ЭГД только эти процессы определяют механизм действия датчика, влагочувстви - тельные элементы датчиков первой труппы содержат электролиты (растворы гигроскопических солей или, ре­же, кислот), которые используются и в качестве сорбента В в качестве источника ионов. Наконец, в кулонометри - ческих датчиках параллельно с сорбцией и десорбцией влаги имеет место ее разложение электролизом.

В электролитических ЭГД выходной величиной, как правило, является электропроводность ненасыщенных водных растворов неорганических кислот или солей. Из­вестно, что при одной и той же температуре давление насыщенного водяноготіара над таким раствором ниже, чем давление насыщенного пара над поверхностью рас­творителя, т. е. чистой воды (закон Рауля). Чувствитель­ный элемент электролитического ЭГД — обычно жидкая или сухая пленка электролита — поглощает влагу из окружающей среды да тех пор, пока давление пара над поверхностью образующегося раствора недостигнет рав­новесия с давлением водяного пара окружающей среды. Дальнейшее изменение влажности среды в зависимости от знака этого изменения вызовет поглощение влаги чувствительным элементом или испарение ее до дости­жения нового состояния равновесия.

Сопротивление электролитической пленки Rx изменя­ется в зависимости от температуры и концентрации раст­воренного вещества. Последняя в свою очередь зависит от влажности окружающего газа; эту зависимость (при постоянной температуре) можно описать следующими упрощенными уравнениями {Л. 8-І]:

Где I, Ъ, d—соответственно длина, ширина и толщина слоя электролита между электродами, см; V — объем электро­лита, Cms; и-—его удельная проводимость, омг1-смг1.

Объем электролита связан с концентрацией п, выра­женной в грамм-эквивалентах на I см3, соотношением

N=m/eEV,

Где т — масса растворенного вещества между электро­дами; ев — химический эквивалент этого вещества.

После подстановки в (8-І) получим:

Rx=^ —=—- ' (8-2)

Т v. Т X v '

Где К=к/п — эквивалентная электрическая проводимость раствора.

Для определения статической характеристики элек­тролитического ЭГД — функции Дзс(ф) необходимо знать:

А) зависимость концентрации электролита, применен - його в чувствительном элементе, от относительной влаж­ности воздуха ф; эту зависимость можно найти, исполь­зуя справочные данные о значениях упругости насыщен­ного водяного пара над растворами различной концен­трации.

Б) зависимость эквивалентной проводимости от кон­центрации электролита.

Электролитические ЭГД на практике градуируют эм­пирически, так как приведенный выше элементарный анализ их характеристик не учитывает влияния ряда факторов, в частности введения в электролитическую пленку связующих веществ (см. ниже), сказывающегося особенно сильно при малых концентрациях растворенно­го вещества.

Статическую характеристику электролитических ЭГД при постоянной температуре можно описать различными эмпирическими зависимостями, в частности степенной:

(8-3)

Где, Ro — начальное сопротивление ЭГД; ср — относитель­ная влажность; а — постоянная, зависящая от типа дат­чика. Соотношению (8-3) соответствует линейная связь между логарифмами Rx и ср; в {Л. 8-2] для хлористоли - тиевых ЭГД предложена зависимость

Lg-y=S lg(p,

Где у ■—проводимость датчика; S — коэффициент, посто­янный для изменений - у в пределах двух порядков.

В широком диапазоне изменений f (и, следовательно, относительной влажности) коэффициент S является функцией ф— тоже линейной.

Для ряда ЭГД (например, полиэлектролитических) можно принять экспоненциальную зависимость

Rx=RDe~h

Где b — постоянная, характеризующая датчики опреде­ленного типа.

Однако с помощью приведенных и других эмпириче­ских уравнений на практике нельзя осуществить градуи­ровку ЭГД расчетным путем. В большинстве случаев да­же для нескольких экземпляров датчиков одного типа постоянные, фигурирующие в этих уравнениях, имеют разные значения.

Чувствительность электролитического датчика можно определить из уравнения (8-2):

DRx__ __ 1"ев ДХ/ду .у „

D<f т X2 ' * '

Из (8-4) видно, что для увеличения чувствительности измерения необходимо увеличить расстояние между электродами I; датчик должен иметь максимально раз­витую поверхность при минимальном объеме — это необ­ходимо и для повышения его быстродействия. При про­чих равных условиях применение в ЭГД более концен­трированного раствора (увеличение т и К) уменьшает чувствительность датчика. Среди известных электроли­тических ЭГД можно выделить несколько типов, отли­чающихся друг от друга устройством влагочувствитель - ного элемента. У простейших ЭГД раствор электролита находится на поверхности водостойкой подложки без применения каких-либо вспомогательных связующих или пленкообразующих материалов.

У датчика, разработанного в Швейцарии, на основа­ние из твердого диэлектрика нанесены распылением два электрода из благородного металла, соединенные квар­цевым или стеклянным цилиндрическим стержнем диа­метром около 0,2 мм. Клинообразный зазор между стерж­нем и поверхностью основания заполнен раствором LiCl с некоторыми добавками, удерживаемым капилляр­ными силами. ЭГД рассматриваемого типа имеют высо­кую чувствительность (также и в диапазоне низкой влажности), но вследствие опасности стекания раствора не обладают достаточной надежностью. Датчик этого типа (с некоторыми конструктивными изменениями) нашел применение во влагомерах гигротермического равновесия (см. § 10-2). На изменении проводимости жидкости в результате поглощения влаги основан также гигрометр «Ионофлюкс», выпускаемый в ФРГ i[JI. 0-9].

Важнейшей разновидностью электролитических ЭГД являются хлористолитиевые датчики, предложенные Данмором (Dunmore) свыше 30 лет тому назад для из­мерения влажности при радиозондировании атмосферы. Обзор развития конструкции и технологии изготовления этих датчиков приведен в [Л. 8-3]. В первых датчиках раствор LiCl наносился на подложку без добавок вспо­могательного вещества.

Существенным усовершенствованием явилось приме­
нение смеси электролита со связующим — органическим пленкообразующим веществом, обладающим высокой влагопроницаемостью, хорошей адгезией по отношению к поверхности подложки и хорошо смешивающимся с электролитом. Добавление связующего способствует равномерному распределению электролита, облегчает получение взаимозаменяемых ЭГД и повышает их устой­чивость; в то же время оно увеличивает инерцию ЭГД. ■Наибольшее-применение в качестве связующего получил поливиниловый спирт (частично ги - дролизованный поливинилацетат).

Хлористолитиевые ЭГД выпуска­ются в настоящее время в ряде стран не только для радиозондов, но и для промышленных примене­ний в следующих конструктивных ■исполнениях: а) цилиндрические датчики с основанием в виде метал­лической трубки пли цилиндра из твердого диэлектрика (полистирол, оргстекло) и с проволочными элек­тродами из благородных металлов; б) лолосковые датчики, имеющие в качестве подложки прямоуголь­ную пластину полистирола, покрытую с обеих сто­рон влагочувствительным слоем. Электроды из плати­ны, родия, цинка или олова напыляют в - виде поло­сок на края пластины; в) датчики с двумя гребенкооб - разными параллельными электродами (обычно золоты­ми), наносимыми распылением на пластину из полисти­рола или оргстекла (рис. 8-І). .Влагочувствительная пленка на поверхности пластины перекрывает узкий за­зор между электродами.

Для большого диапазона измеряемой влажности вы­пускаются датчики, представляющие собой набор из ЭГД с различной концентрацией LiCl; повышение концентра­ции соли смещает характеристику Rx(Ф) в область бо­лее низкой влажности. На рис. 8-2 приведено семейство статических характеристик такого комплекта ЭГД.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Рис. 8-1. Хлористоли- тиевый гигрометриче - ский датчик с гребен - кообразными элек­тродами.

С целью обеспечейия взаимозаменяемости датчиков технология их изготовления предусматривает, кроме ста­билизации размеров основания и электродов и способа нанесения раствора, также возможность регулирования соотношения поливинилового раствора и хлористого ли­
тия в растворе. В датчиках П. С. Габрусенка связующим служит желатин, подвергшийся дублению; последний ва­риант этих ЭГД {Л. 8-4] имеет подложку из триацетатной основы и хлорсеребряные электроды.

Известен ряд конструкций миниатюрных хлористоли - тиевых ЭГД. Один из первых, предназначенный для уста­новки в медицинской игле, имел два платиновых элек­трода диаметром 0,1 и 0,3 мм, разделенных полистиро­лом и стеклом, на поверхность которых наносилась вла - гочувствительная пленка. Для измерений влажности воз­духа над поверхностью листьев был разработан ЭГД, ос­нованием которого служила часть предметного стекла площадью 2Х 12 мм и толщиной 1 мм. Миниатюрные и

Мам.

Малогабаритные хлористолйтиевые датчики применялись также для изучения микроклимата между человеческим телом и одеждой. Кроме хлористого лития в ЭГД при­менялись и другие соли, например, хлористые СОЛИ свинца, циркония, Na2C03, CaS04, 'NaCl, K2SO4.

В датчиках, разработанных Н. Е. Осиповой [Л. 8-4], влагочувствительная пленка состоит из смеси растворов двух солей: сегнетовой (KNaC4H706-4H20) и поварен­ной. Она наносится на полый цилиндрический каркас из органического стекла или полистирола, снабженный пла­тиновыми или нихромовыми проволочными электродами.

В США были разработаны тонкопленочные электро­литические датчики, предназначенные преимущественно для аэрологических исследований и отличающиеся малой инерционностью. Тончайший слой гигроскопической соли наносится испарением в вакууме на плоскую подложку из гидрофобного материала (стекла, кварца, полистиро­ла). Электроды, чаще всего гребенкообразные, разделен­ные зазором малой ширины, изготовляются техникой печатных схем или испарением в вакууме на поверхности подложки или поверх влагочувствительного слоя. За­данную конфигурацию электродов получают с помощью маски соответствующей формы. Такая технология изго­товления обеспечивает механическую прочность датчика. Влагочувствительный элемент изготовлялся с примене­нием различных солей. Первоначально использовали ме - тафосфат калия; эти ЭГД имели очень большое сопро­тивление при низкой влажности. В последующем приме­нялся фтористый барий, а в последних конструкциях — йодид свинца (PbJ2) [JI. 8-5].

• Известны электролитические ЭГД, в которых влаго­чувствительный элемент выполняется из пористых мате­риалов, пропитанных электролитом, неагрессивным в от­ношении пористого материала. В таких датчиках приме­нялись естественные и искусственные волокна: шелк, хло­пок, вискоза и ткани из них, а также человеческий волос, бумага, асбестовый картон и т. д. Одну из разновидно­стей указанных датчиков составляют ЭГД, у которых, чувствительный элемент выполнен из керамики, пропи­танной электролитом.

Особый класс ЭГД образуют полиэлектролитические датчики с чувствительным элементом в виде пленки ги­дрофильной ионообменной смолы. В результате сорбции водяного пара ионы, связанные в полимере электроста­тическими силами, становятся подвижными и проводи­мость пленки увеличивается; при высокой влажности превалирующее значение имеет ионная проводимость.

Датчики, предложенные М. Поупом '[J1. 8-6), имели основание из поверхностно сшитого полистирола, содер­жащего некоторое количество дивинилбензольных сши­вок. Влагочувствительную пленку на его поверхности со­здавали сульфированием в концентрированной серной ки­слоте при температуре Ю0°С. Увеличивая длительность сульфирования, можно уменьшить сопротивление по­верхностного слоя. Электроды из благородного металла

Напыляются на влагочувствительную пленку. Другой спо­соб изготовления датчиков {Л. 8-7] заключается в на­пылении тонкой пленки ионообменной смолы на основа­ние в виде пластины из полистирола, стекловолокна, про­питанного эпоксидной смолой, и т. п. Предварительно на поверхности пластины печатной техникой изготовляют гребенкообразные электроды, разделенные узким зазо­ром (0,5 мм и меньше). По аналогичной методике были изготовлены датчики «хыомисторы» для радиозондов [Л. 8-6].

Датчик, разработанный 3. 3. Пинчуком [Л. 8-4], име­ет керамическое основание в форме диска, влагочувст­вительную пленку из термообработанного линейного сульфополистирола и два платиновых спиральных элек­трода; он охватывает диапазон от 40 до 95% относитель­ной влажности (для температур 5—35°С). В ЭГД, раз­работанном Агрофизическим научно-исследовательским институтом и названном «Гигристор» (Л. 8-7], влагочув - ствительный элемент представляет собой пленку орга­нического полупроводника — термически обработанного полиакрилонитрила, нанесенную на стеклянную или кварцевую пластину. Серебряные электроды наносятся на пластину вжиганием с последующим процарапывани­ем гребенкообразной линии. Датчик измеряет относи­тельную влажность 50—100% при температурах от 15 до 45СС; в области более низкой влажности датчик имеет очень высокое сопротивление. Испытания датчиков по­следних двух типов (Л. 8-4] выявили их свойства, харак­терные и для других полиэлектролитических ЭГД: малую инерционность, возможность работы при высокой отно­сительной влажности и обеспечения взаимозаменяемости. Наряду с этим датчики имеют гистерезис в 2—3% отно­сительной влажности и высокие температурные коэффи­циенты, различные по величине на разных участках гра- дуировочной кривой. Их основной недостаток — старение и нестабильность во времени.

Несмотря на разнообразие конструктивного оформле­ния и способов изготовления, электролитические ЭГД имеют ряд общих свойств. У большинства датчиков верх­ний предел измеряемой влажности ограничен тем, что длительное пребывание ЭГД в газе с относительной влажностью, близкой к 100%, может вызвать нарушение градуировки и даже разрушение чувствительного эле­мента. Ограничен также и нижний предел; он определи-
ется значением давления водяного пара над насыщен­ным раствором электролита, примененного в данном ЭГД. Если влажность исследуемого газа уменьшается ниже величины, при которой раствор электролита ЭГД (при данной температуре) становится насыщенным, дальней­шее испарение воды из электролита вызывает появление сухого вещества, не проводящего электрический ток.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Температура имеет значительное влияние на основ­ную характеристику ЭГД, так как обе функции, опреде­ляющие свойства ЭГД (зависимость концентрации элек­тролита от влажности и зависимость его проводимости от концентрации), в свою очередь зависят от температу­ры. Характер температурной зависимости проводимости

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Рис. 8-3. Зависимость сопротивления хлористолитиевого ЭГД от влажности воздуха.

С —при температура^": 1----------- 40 "С; 2------- 20 °С; 3 — О °С; 4— +20 °С; 5 — +40 °С;

6 — при давлениях: J — 610 мм рт. ст.-, 2 — 762 мм рт. ст.: 3 — 910 мм рт. ст.- 4—1 140 мм рт. ст.

У ЭГД такой же, как у водных растворов электролитов: при постоянной относительной влажности повышение температуры уменьшает сопротивление датчика. На рис. 8-3,о приведено семейство градуировочных кривых /'(ф) датчика с хлористым литием в поливинил ацетате Для различных температур в пределах от —40 до +40 °С. Одним из достоинств электролитических ЭГД является возможность использования их при низких температурах до точки замерзания используемого раствора.

У многих типов датчиков, например полиэлектролити­ческих, температурная зависимость аналогична зависи-

271

Мости, характерной для полупроводниковых материалов;

Rt = Ree~aAi,

Где Ro, Rt — сопротивление ЭГД при температурах: на­чальной (To) и T=To+At; А — температурный коэффици­ент сопротивления.

Величина а колеблется в широких пределах (0,05— 0,5% ф па 1СС) в зависимости от типа датчика и темпе­ратуры; при температурах ниже 0СС коэффициент а сильно увеличивается.

Кроме того, при отрицательных температурах возни­кают затруднения, связанные с измерением больших со­противлений, а иногда и уменьшением чувствительности ЭГД. Для устранения этих недостатков предлагалось проводить измерения с подогревом исследуемого возду­ха. При условии стабилизации температуры воздуха со­здается возможность прямого измерения температуры точки росы или влагосодержания воздуха электролитиче­скими ЭГД. Электролитические датчики, у которых чув­ствительный элемент содержит раствор солей или ки­слот, плохо переносят температуру выше 50—60 СС; у ЭГД с LiCl даже хранение при таких температурах может вызвать изменение характеристик. Зависимость выходной величины электролитических ЭГД от атмосфер­ного давления связана с принципом действия этих дат­чиков. Влияние давления газа на основную характери­стику R (ф) хлористолитиевых датчиков показано на рис. 8-3,6.

При измерениях влажности приземного слоя атмос­феры в обычных условиях влиянием атмосферного дав­ления можно пренебречь, но его необходимо принимать во «внимание при измерениях в разреженных или сжатых газах.

Неустранимые погрешности измерения могут быть - вызваны гистерезисом характеристик датчика, загрязне­ниями исследуемой среды и .поляризацией электродов.

Исследования влияния различных газовых примесей в воздухе на характеристики хлористолитиевых ЭГД по­казали, что аммиак и двуокись серы существенно влияют на градуировку датчика.

Электрохимические процессы, связанные с поляриза­цией электродов, усиливаются с ростом влажности и тем­пературы. Для уменьшения их влияния сопротивление электролитических датчиков всегда измеряют при пере - 272

Менном токе и низкой плотности токй через электроды. ■Ослаблению эффекта поляризации способствуют также некоторые добавки к электролиту (например, поливинил - ацетага к LiCl) и электроды из благородных металлов (платина, золото, палладий). У ЭГД с LiCl их предлага­ли заменять хлоро-серебряными, получаемыми электро­литическим покрытием серебряных проволочек хлори­стым серебром; опыт показал, что этот способ недоста­точен для обеспечения долговременной устойчивости ха­рактеристик ЭГД.

Динамические характеристики электролитических ЭГД определяются параметрами влагочувствителыюго элемента, а также внешними факторами (параметрами объекта измерения).

К первой группе факторов относятся размеры влаго­чувствителыюго слоя, особенно его толщина, природа электролита и его ■концентрация. Минимизация массы влагочувствителыюго элемента, осуществленная в опи­санных выше миниатюрных и тонкопленочных датчиках, позволяет получить высокое быстродействие электроли­тических ЭГД. При нанесении в вакууме влагочувстви- телыюй пленки, толщиной не выше 0,1 мкм, процессы влагообмена носят чисто адсорбционный характер и по­стоянная времени Т датчика не превышает І—3 сек.

Из числа параметров исследуемого газа на инерцион­ность ЭГД сильно влияет температура.'У хлористолитие­вых и некоторых других датчиков установлено значитель­ное увеличение постоянной времени при низких отрица­тельных температурах.

Скорость газового потока оказывает такое же влия­ние, как у других гигрометров, — быстродействие их растет с ростом скорости газа. Этим обусловлено значе­ние расположения плоскости чувствительного. элемента относительно направления потока (при перпендикуляр­ном расположении инерция меньше, чем при параллель­ном) и конструкции защитного чехла ЭГД.

Наконец, величина Т зависит от начального (равно­весного) значения относительной влажности фо, от вели­чины и знака ее изменения. Влияние фо и скорости газа V На постоянную времени Т иллюстрирует рис. 8-4 (JI. 8-8]; достоянная времени увеличивается с ростом измеряемой влажности. Возрастание абсолютной величины прираще­ния влажности Дф также влечет за собой увеличение по­стоянной времени Т; что же касается влияния знака Дф, ■го постоянная времени значительно больше (иногда в не­сколько раз) при понижении влажности, чем при ее по­вышении. В общем влияние величин V, Дф имеет такой же характер, как у других чувствительных элементов, действие которых основано на процессах сорбции.

Рассматриваемые ЭГД можно аппроксимировать апе­риодическим (инерционным) звеном первого порядка с передаточной функцией относительно влажности:

Где K — статический передаточный коэффициент.

Необходимыми условиями для применения функции (8-5) являются малость отклонений Дф входной величи

Ны и стабилизация всех других влияющих величин. Если рассматривать большие отклонения Дф, нельзя прене­бречь нелинейностью звена, а также переменными значе­ниями коэффициентов его уравнения в зависимости от значения входной величины (рабочей точки статической характеристики).

Выше рассматривалась только «влажностная» инер­ционность ЭГД. В практических условиях нередко (на­пример, при работе радиозонда) датчик подвергается одновременным изменениям влажности и температуры газа. Представляют, следовательно, интерес его динами­ческие свойства также относительно температуры, рас­сматриваемой как входное воздействие при стабилиза­ции остальных воздействий. Температурные динамиче­ские характеристики ЭГД, однако, мало изучены и по ним отсутствуют надежные экспериментальные данные. Можно предположить, что они описываются передаточ­ной функцией Wt(P), аналогичной W^ (р)) [формула (8-5)]. Некоторые параметры (например, масса чувст­вительного элемента) оказывают одинаковое влияние на обе передаточные функции, другие специфичны для каж­дой из них. Так, например, на температурную постоян­ную времени Tt сильно влияет материал каркаса датчи­ка; для уменьшения Tt в одном из датчиков Данмора влагочувствительная пленка наносилась на тонкостенную алюминиевую трубку.

Как уже указывалось, в измерительных устройствах гигрометров с электролитическими датчиками использу­ется переменный ток промышленной и иногда низкой звуковой частоты. Если сопротивление датчика Rx изме­няется в сравнительно узких пределах (2—3 порядка), применяются омметры или мосты переменного тока раз­личных типов, в том числе с автоматическим уравнове­шиванием. Для измерения величин Rx, изменяющихся в широких пределах, требуются более сложные схемы, например логарифмические, позволяющие получить ли­нейную градуировку в процентах относительной влажно­сти. В радиозондах применяются схемы с преобразова­нием величины Rx в низкую звуковую частоту.

Важнейшим с практической точки зрения параметром ЭГД является степень устойчивости их характеристик. Испытания и опыт эксплуатации электролитических ЭГД в различных условиях показали наличие необратимых процессов старения. Кратковременная (в течение 10— 15 дней) и долговременная неустойчивость характери­стик вызваны физическими и химическими воздействиями на электроды и влагочувствительную пленку; механизм этих процессов еще полностью не изучен. К химическим процессам можно отнести взаимодействие влагочувстви - тельного элемента с компонентами газа, гидратацию и другие необратимые изменения пленки под воздействием влаги и электрического тока, коррозию электродов. К фи­зическим воздействиям относятся механические повреж­дения пленки, ухудшение ее адгезии к подложке, загряз­нение механическими примесями. Экспериментальное исследование старения хлористолитиевых датчиков пока­зало, что основной причиной неустойчивости является воздействие повышенной влажности (ф>90-г-95%). От этого недостатка свободны ЭГД некоторых типов, напри­мер с пленкой из смеси сегнетовой и поваренной солей, а также тонкопленочные. У датчиков с пленкой BaF2 кратковременное пребывание в среде с относительной влажностью *р= 100% и длительное с ф=97% не оказы­вало влияния на характеристики датчика. У полосковых ЭГД существенное улучшение кратковременной устойчи­вости достигалось использованием в качестве связующе­го смеси поливинилового спирта с желатином при изго­товлении основания из оргстекла. Для повышения устой­чивости характеристик предлагались также различные режимы искусственного старения, хранение хлористоли­тиевых ЭГД в атмосфере с влажностью, близкой к нулю (например, в контейнерах с силикагелем), а также спе­циальные рецептуры влагочувствительной пленки и мето­дики изготовления ЭГД. В целом, однако, задача предот­вращения старения электролитических ЭГД не решена до настоящего времени. Хотя у некоторых датчиков ха­рактеристики не меняются в течение нескольких месяцев и даже лет, нет уверенности в устойчивости характери­стик всех типов и даже всех экземпляров одного типа ЭГД. Нередко предприятия-изготовители ЭГД рекомен­дуют периодически (через 2—-3 мес.) проверять градуи­ровку и в случае необходимости корректировать ее. Это, разумеется, препятствует широкому производственному использованию подобных ЭГД.

ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Психрометрический метод является одним из старей­ших и распространенных в 'промышленности, метеороло­гии и научных исследованиях методов измерения влаж­ности воздуха при положительных температурах. Он основан на зависимости между влажностью воздуха и разностью …

Методы измерения влажности

М. А. БЕРЛИНЕР Методы измерения влажности твердых материалов, жидкостей и газов, основанные на преобразовании влаж­ности в другую физическую величину с использованием современной измерительной техники, насчитывают всего несколько десятилетий; некоторые из …

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ

Задачи метрологического обслуживания измерений влажности возникли сравнительно недавно, после того как эти измерения заня­ли место одной из отраслей аналитической техники. Как и в других отраслях измерительной техники, основной метрологической' зада­чей …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.