fy"> 3.2 Гігрометри на основі зміни імпедансу
Гігрометри на основі змінного імпедансу мають чутливий елемент, що складається з гігроскопічного речовини, у якого відбувається зміна якого-небудь електричного параметра (опору або ємності) при зміні навколишнього вологості. Зазвичай ці чутливі елементи мають дуже малі розміри і дозволяють виробляти порівняно точні вимірювання з малою постійною часу.
Вміст води в гігроскопічних речовинах залежить від відносної вологості повітря, в рівновазі з яким він знаходяться. У датчику вологості, заснованому на цьому принципі, використовуються речовини, для яких залежність електричних властивостей від вмісту води (а також від відносної вологості), має властивості, які необхідні для вимірювального приладу, а саме, стабільністю в часі, оборотністю, лінійністю і т. д.
Імпедансні гігрометри можна розділити на три групи:
резистивні гігрометри:
ємнісні гігрометри на основі полімерних діелектриків;
ємнісні гігрометри на основі діелектричного оксиду алюмінію.
Гігрометр резистивного типу.
Певна кількість гігроскопічного речовини наноситься на підкладку невеликих розмірів (зазвичай зі стороною в кілька міліметрів). На цю ж підкладку наносяться два металеві електроди з корозійно-стійкого металу. Опір між цими двома електродами залежить від температури і вмісту води (відношення маси поглиненої води до сухої маси гігроскопічного речовини); як видно з рис. 3.2.1 (ізотерма сорбції), це зміст залежить, у свою чергу, від відносної вологості і від температури навколишнього середовища.
Малюнок 3.2.1 Загальний вигляд залежності вмісту води від вологості при різних температурах.
У деяких варіантах конструкції в якості гігроскопічного речовини використовується рідина. Електроліти проводять електричний струм, і їх опір залежить від обсягу, який пропорційний вмісту води в них. Також відомий спосіб перетворення відносної вологості в електричний сигнал. Залежність між відносною вологістю і опором можна зобразити у вигляді ізотерми сорбції. На рис. 3.2.2 представлена ??типова крива залежності опору від відносної вологості чутливого елемента резистивного гігрометра. Відзначимо, що інтервал зміни опору може охоплювати від менш 1 до 80 МОм. Насправді опір гігрометра залежить одночасно від вологості і від температури, однак вплив останньої можна компенсувати.
Малюнок 3.2.2 Залежність опору від відносної вологості.
Метрологічні характеристики.
Датчики цього типу дозволяють вимірювати відносну вологість у діапазоні від 5 ч 10% до 95% при температурах від - 10 ° С до +50 ч +60 ° С для найбільш поширених побутових гігрометрів. Для промислових моделей гранична робоча температура може досягати +80 ° С.
Постійна часу датчика складає близько 40 с. Вказується паспортна похибка від ± 2 до ± 5% для різних моделей датчиків. Велика частина цих датчиків може застосовуватися спільно з приладами, що використовують насичені розчини солей, які дозволяють виявити поступовий відхід від градуювальної кривої.
Заходи безпеки. Необхідно уникати прямого контакту рідини з чутливим елементом, що відразу ж призведе до його псування. Також необхідно уникати контакту з горючими газами, що містять розчинні у воді хімічні сполуки, які також можуть пошкодити гігроскопічна речовина чутливого елемента.
. 3 Ємнісний гігрометр на основі оксиду алюмінію
Використовуваний діелектрик являє собою шар оксиду алюмінію, нанесений за допомогою анодного осадження на алюмінієву пластинку, що представляє собою перший електрод; в якості іншого електрода служить шар металу, нанесений на діелектрик (рис. 3.3.1а). Імпеданс гігрометрів цього типу, як і описаних в попередньому розділі, змінюється в залежності від відносної вологості навколишнього середовища (рис. 3.3.1б).
Дослідження показали, що при товщині оксидного покриття менше 0,3 мкм зміна імпедансу цього конденсатора залежить тільки від парціального тиску водяної пари і не залежить від температури. Це дозволяє вимірювати абсолютну вологість.
Малюнок 3.3.1 Гігрометр на основі діелектрика (Al2O3). а - осередок виробництва фірми Panametrics; б - еквівалентна електрична схема: R0, C0-імпеданс компактної частини; R1-опір бічній поверхні пор; R2, C2-імпеданс ділянки між дном пір і внутрішнім електродом.
Анодное осадження здійснюється шляхом електролізу водного розчину сірчаної кислоти, причому анод виготовляється з алюмінію. Виділяється на цьому електроді кисень перетворює метал в оксид, при осадженні якого виникає безліч т...
