ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СОРБЦИОННО-ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ ВЛАЖНОСТИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

А.И.Бутурлин, А.Я.Дикевич

(Московский государственный институт электронной техники)

 

 

Принцип действия сорбционно-емкостных датчиков влажности (СЕДВ) основан на зависимости диэлектрической проницаемости сорбента, используемого в качестве влагочувстительного слоя, от количества сорбированной влаги. Влагочувствительный слой располагается между двумя электродами, один из которых влагопроницаем, образуя конденсатор, емкость которого зависит от влажности окружающей среды. В датчиках относительной влажности наиболее часто применяют полярные полимерные сорбенты с линейными изотермами сорбции.

Разработанный авторами СЕДВ имеет следующие характеристики:

 

 

Типовая градуировочная характеристика датчика (прямая ветвь) приведена на рис.1.

Рис. 1. Типовая градуировочная характеристика датчика влажности.

 

Максимальное значение ширины петли гистерезиса градуировочной характеристики датчика при его влагоциклировании от 0 до 98 % и обратно, имеющее место при 75 % не превышает 4 %. При эксплуатации датчика в более узком диапазоне изменения влажности величина гистерезиса значительно меньше. Так, в диапазоне 30...70 % величина гистерезиса не превышает 1,5%. Релаксация гистерезиса во времени не наблюдается, что позволяет при необходимости вводить соответствующие поправки.

Величина основной абсолютной погрешности датчика приведенная выше определяется в первую очередь наличием гистерезиса. Характеристика датчика в области отрицательных температур отражает зависимость его емкости от относительной влажности, определяемой по насыщению относительно плоской поверхности воды.

Датчик характеризуется высокой стабильностью градуировочной характеристики. На рис.2 представлены типичные результаты пятилетних наблюдений характеристик одного из датчиков, из которых видно, что уход калибровочной кривой за пять лет эксплуатации не превысил 4,5 % относительной влажности.

Датчик переносит перегрузки по влажности, включая выпадение конденсата, и перегрузки по температуре. Предварительные результаты исследований показывают, что датчик надежно работает при температуре до 150 °С, при этом приведенные выше значения температурных коэффициентов сохраняются.

Отличительной и уникальной особенностью разработанного авторами датчика является исключительно высокая надежность, стабильность и устойчивость к механическим воздействиям, допускающая возможность протирки поверхности датчика при его загрязнении.

В докладе обсуждаются результаты исследований метрологических характеристик датчика НС1000 (Vaisala, Финляндия), проведенных на образцовом генераторе влажного газа «Родник-2». Показано, что температурный коэффициент датчика НС1000 при 75% о.в. совпадает с ТК представленного СЕДВ и на порядок превосходит паспортное значение (0,02%/°С), характеризуемое фирмой-изготовителем как «ничтожно малое».

На основе описанного датчика относительной влажности разработаны и выпускаются следующие приборы:

1. Датчик влажности с частотным выходом типа ДВ2.

2. Автономный переносной термогигрометр "ИВА-6".

3. Регулятор влажности «Бриз».

Для измерения микроконцентраций влаги авторами разработаны сорбционно-емкостные датчики микровлажности. Конструктивно они сходны с датчиками относительной влажности. Отличие заключается в типе сорбента, применяемого в качестве влагочувствительного слоя. В представленном датчике применен сорбент на основе смеси оксидов кремния и алюминия.

Датчик имеет следующие основные технические характеристики:

Диапазон измерения, °С точки росы.............................................................. -90 ... 0

Основная абсолютная погрешность,°С точки росы ............................................ ± 4

Постоянная времени (в диапазоне -20 ... -60 °С т.р.), мин ..................... не более 5

На основе сорбционно-емкостных датчиков микровлажности разработаны и выпускаются следующие приборы:

1. Автономный переносной гигрометр точки росы "Ива-7".

2. Стационарный гигрометр точки росы "Ива-8".

3. Датчик точки росы с частотным выходом ДТР.