Применение адсорбционных подогревных датчиков влажности

Принцип работы осушитель воздуха адсорбционного типа

Адсорбционный осушитель воздуха «чистит» приточный или вентиляционный поток от влаги практически на молекулярном уровне. Ведь фильтры такого осушителя «впитывают» и мелкие капли, и аэрозоли, и даже крупные молекулы.

Поэтому с помощью подобного устройства можно контролировать влажность приточного потока с практически 100-процентной эффективностью.

Принцип работы адсорбционного осушителя воздуха

Адсорбционный осушитель сжатого воздуха состоит из следующих узлов:

  • Ротора – огромного барабана, заполненного адсорбентом – веществом, способным впитывать влагу, эфиры и газы.
  • Приточного канала, отбирающего воздух и побуждающего движение потока сквозь ротор.
  • Канала обработанного воздуха, который собирает отфильтрованный поток за ротором.
  • Регенерационного ответвления, отводимого от канала обработанной среды и направляемого обратно в ротор.
  • Нагревателя – теплового контура, повышающего температуру регенерационного потока.
  • Воздуховода, отводящего регенерационный поток от ротора.

Собранный из вышеупомянутых узлов осушитель работает следующим образом:

  • Приточный канал поставляет воздух во вращающийся ротор.
  • Содержащийся в роторе адсорбент высушивает приточный поток. При этом само вещество намокает.
  • Канал обработанного потока улавливает подсушенный воздух и передает его дальше – по месту назначения.
  • Регенерационное ответвление «заворачивает» часть обработанного потока и направляет его на нагревательный контур, повышающий температуру среды до 140 градусов Цельсия.
  • Разогретый регенерационный поток проходит сквозь барабан ротора, высушивая адсорбент.
  • Напитанный влагой регенерационный поток уходит в атмосферу по специальному воздуховоду.

Подобная схема сулит практически 100-процентную эффективность сушки, поэтому адсорбционные осушители используют не только в производстве высокотехнологичного оборудования, но и в медицине, и пищевой промышленности, и в фармацевтике, и на прочих «ответственных участках».

Разновидности адсорбционных осушителей

В зависимости от компоновки конструкции, осушитель воздуха адсорбционного типа может быть выполнен в одном из следующих форматов:

  • В виде осушителя «холодной регенерации», предполагающего обработку адсорбента в роторе сухим сжатым воздухом. В этом случае нагреватель не нужен – его заменяет емкость, аккумулирующая поток сухого сжатого воздуха, отобранного за ротором сушильной установки. Причем из-за отсутствия  такого энергоемкого узла цена «холодного» осушителя будет намного ниже, чем у прочих установок такого типа. Однако при сушке мы теряем до 15-20 процентов от объема осушаемой среды, сбрасываемой в атмосферу сквозь глушитель регенерационного канала и не можем обработать более 100 кубометров притока в минуту. При этом с помощью «холодной» или короткоцикловой сушки можно обработать поток с температурой до -40 градусов Цельсия.
  • В виде осушителя «горячей регенерации», предполагающего продув ротора заранее подогретым атмосферным воздухом. Потери «регенерационного» потока в этом случае уменьшаются до 2,5 процентов, а ограничений по производительности нет никаких. Ведь  в этом случае производительность установки ограничивается только мощностью напорного оборудования приточного и регенерационного канала. Однако такие установки стоят недешево. Поэтому их приобретают лишь в том случае, когда необходимо высушить очень большие «порции» воздуха. Кроме того, «горячий» осушитель может обрабатывать приток с температурой выше -70 градусов Цельсия.

При этом высокоэффективный «горячий» осушитель может быть и ординарным и вакуумным. Последний предполагает монтаж напорного оборудования на регенерационном канале за ротором сушилки. И это оборудование генерирует не избыточное давление, а разрежение – зону слабого (немного ниже одной атмосферы) вакуума.

Разновидности адсорбента

Помимо типа конструкции значительное влияние на процесс «сушки» воздуха оказывает и тип адсорбента – «притягивающего» влагу вещества, которое засыпают во внутреннюю полость ротора. И чаще всего в современных «сушилках» используются следующие типы адсорбентов:

  • Молекулярное сито – приведенный в активное состояние оксид алюминия. Этот адсорбент используется в установках холодной регенерации, обрабатывающих воздух в средних широтах, при температуре притока не ниже -40 градусов Цельсия.
  • Силикагель – твердый сорбент, получаемый из сильно концентрированного раствора кремневых кислот, подкисленных щелочными металлами. Такой адсорбент используют в установках горячей сушки. При этом лучшей разновидностью адсорбента такого типа является особый влагостойкий силикагель, неразрушающийся под действием влаги.
  • Цеолит – «губки» из алюмосиликата, созданного на базе кальция и натрия. При этом цеолит отдает или забирает водяной пар из воздуха в зависимости от текущей температуры и влажности, попутно активизируя и обмен ионами. Однако такой адсорбент можно использовать лишь при температуре приточного потока выше -25 градусов Цельсия.

Разумеется, производители адсорбционных установок могут предложить покупателю и особые «фирменные» составы, но большинство из них создаются на основе вышеописанной тройки веществ.

Источник: http://climanova.ru/princip-raboty-osushitel-vozduxa-adsorbcionnogo-tipa.html

Датчики влажности – виды, описания

16.04.2014<\p>

Количественное определение влажности твердых материалов, жидкостей и газов является постоянной актуальной задачей практически во всех сферах промышленной и научной деятельности, сельском хозяйстве и медицине.

Существуют прямые и косвенные методы измерения влажности. В прямых методах измерения производится непосредственное разделение исследуемого материала на сухое вещество и влагу.

Косвенные методы позволяют измерять физические величины, функционально связанные с влажностью материала.

Стремление контролировать, и, при необходимости, регулировать величину влаги привело к развитию направления непрерывного детектирования содержания молекул воды в измеряемом объекте с помощью миниатюрных сенсорных устройств – датчиков.

Метрологические требования к сенсорам (датчикам) влажности не ограничиваются высокой точностью, чувствительностью и быстродействием, при выполнении измерений часто важен широкий диапазон измерений, охватывающий несколько порядков измеряемой величины, а важнейшим параметром является стабильность показаний.

Датчики влажности можно классифицировать по ряду признаков:

  • метод измерения, которому соответствует датчик;
  • агрегатное состояние и структура анализируемого материала;
  • условия работы – датчики для непрерывных и дискретных измерений;
  • способ эксплуатации датчика – проточные и погружные.

Сорбционно-импедансные датчики влажности

В настоящее время для определения содержания влажности различных сред получили широкое применение сорбционно-импедансные датчики.

Преимуществом этого типа датчиков влажности является высокая чувствительность (в некоторых случаях нижний предел обнаружения составляет единицы ppb), простота изготовления (используются отработанные методы тонко- и толстопленочной технологии микроэлектроники), небольшие размеры.

Датчик влажности такого типа действует на основе зависимости полного сопротивления (импеданса) влагочувствительного слоя сорбента от количества адсорбированной им влаги.

В основном используют два ва­рианта конструкции датчиков этого типа – с планарным расположением электродов, обычно гребенкообразной формы, и «сэндвич»-струк­туру. В большинстве случаев эквивалентная схема этих первичных преобразователей может быть представлена в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора.

Градуировочные характеристики сорбционно-импедансных датчиков влажности в основном определяются материалом применяемого в них сорбента, а их вид полностью соответствует виду изотермы сорбции на нем паров воды. В качестве сорбентов первоначально использовали в основном гигроскопичные ионообразующие соли.

Общий недостаток датчиков с такими сорбентами – низ­кая стабильность, особенно при повышенной влажности, малая чувствительность при низких уровнях влажности и высокий гистерезис.

Поэтому в настоящее время ионообразуюшие соли в качестве самостоятельного влагочувствительного агента используются редко и применяются в основном для пропитки неорганических сорбентов или введения в состав органических полимерных сорбентов с целью увеличения чувствительности.

Основное распространение по­лучили импедансные датчики с органическими полимерными и неорганическими сорбентами на основе оксидов металлов. Покрытие может быть тонкопленочным и толстопленочным.

Перспективы развития датчиков влажности

Как в России, так и за рубежом основным направлением в разработке сорбционных датчиков является создание новых влагочувствительных композиций.

В целом, для развития датчиков влажности характерны следующие основные направления:

  • неуклонный переход на групповую планарную микроэлектронную технологию изготовления как тонкопленочную, так и толстопленочную;
  • создание многофункциональных датчиков, прежде всего, интегральных датчиков температуры и влажности. Использование таких датчиков не только повышает точность измерений, но и в ряде случаев значительно упрощает их калибровку.
  • унификация конструкции датчика влажности, а также средств обработки сигналов в сочетании с широким применением микропроцессоров.

Существующее в настоящее время многообразие типов датчиков влажности объясняется тем, что ни один из них не удовлетворяет всем предъявляемым к ним требованиям. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, и, соответственно, свои области применения.

Сорбционные датчики влажности

Для измерения малых концентраций влаги лучше всего подходят сорбционные датчики, основанные на пьезосорбционном и сорбционно-импедансном методах. Датчик влажности возможно изготовить средствами технологии микроэлектроники, что также можно отнести к преимуществам этих методов измерения.

Основным элементом сорбционного датчика, независимо от способа преобразования и регистрации сигнала, является слой вещества, способный в условиях измерений при контакте с исследуемой средой обратимо сорбировать пары воды. Обычно для этих целей используются пленки полимеров или высокопористых неорганических оксидов.

Очевидно, что чем больше величина удельной поверхности материала, на основе которого формируется пленка, тем датчик влажности более эффективен. Оптимальное техническое решение – использование пористых и мезопористых материалов.

Однако наряду с повышением чувствительности, применение таких материалов сопровождается появлением гистерезиса на изотерме адсорбции, что автоматически ведет к увеличению погрешности измерений.

Поэтому при разработке и изготовлении датчиков для определения влажности необходимо уделять большое внимание оптимизации условий формирования чувствительного слоя.

Специалистами предприятия разработаны сорбционные датчики, имеющие «сэндвич»-струк­туру, для определения относительной влажности разных сред и микровлажности газовых сред. Датчик влажности изготавливается на подложках из ситалла или поликора.

Никель с подслоем ванадия используется в качестве материала электродов. В качестве чувствительного гидрофильного слоя такого датчика применяются полимерные наноструктурированные пленки, сформированные по специальной технологии.

Затем на слое полученной диэлектрической пленки формируется наноразмерная пленка золота, которая выполняет роль второго электрода. Контакты располагаются только на нижнем электроде, что повышает надежность конструкции датчика.

Выбирая оптимальную толщину пленки золота можно обеспечить селективную проницаемость для молекул воды, которая определяется, в первую очередь, структурой пленки, наличием в ней пор, по размерам сопоставимых с размерами определяемого компонента.

Постоянная времени датчика относительной влажности составляет 1-2 с., датчика микровлажности – 10-180 с., что зависит от уровня измеряемой микровлажности. За счет специально примененной технологии термообработки датчика величина гистерезиса снижена до 2%.

Датчик влажности «сэндвич» типа:

1. Основание датчика;

2. Нижние электроды;

3. Пленка сорбента;

4. Верхний электрод.

  

Датчики влажности, как правило, применяются вместе с датчиками температуры. Это необходимо для повышения точности измерений, пересчета единиц измерения влажности (%, ppm, оС т.р. и др.) и получения значений абсолютной и относительной влажности.

Важное прикладное значение имеет применение датчиков относительной влажности для измерения относительной влажности в атмосфере, промышленных и жилых зонах. Другой важной областью применения таких датчиков является их использование в гидрометеорологических зондах.

Датчик микровлажности применяется для измерений малых количеств влаги в особо чистых активных газах (азот, аргон, кислород, водород), используемых в технологии микроэлектроники, и в активных газах, содержащих синглетный кислород, хлор, йод, аммиак.

Уход показаний таких датчиков после постоянной работы в течение года составляет не более 2% от первоначального значения.

Датчик влажности в приборах ЭКСИС

На основе производимых предприятием датчиков разработаны портативные и стационарные приборы для измерения относительной влажности и температуры (серия приборов ИВТМ-7) и микровлажности газов (серия приборов ИВГ-1), а также многоканальные автоматизированные контрольно-измерительные системы.

Важно отметить, что в научной и технической литературе под термином «датчик влажности» часто подразумеваются устройства, состоящие из чувствительного элемента (сенсора) и электронной схемы обработки сигнала от сенсора в электрический сигнал или непосредственно в визуальный (цифровой или аналоговый индикатор). Поэтому часто измерительные приборы также называют датчиками.

Разработанные приборы применяются для решения производственных задач и обеспечения комфортной и безопасной жизнедеятельности человека в различных отраслях промышленности. В качестве примера такого использования можно отметить микроэлектронику, химическую промышленность, атомную энергетику и т.д.

Разработанные приборы поддерживают все необходимые требования по подключению в общую измерительную сеть.

В ее состав на настоящий момент могут объединяться сетевые многоканальные приборы, портативные одноканальные приборы, непосредственно датчики (преобразователи).

Достигнутые результаты позволяют реализовать такие современные возможности, как распределенное управление, удаленный мониторинг (в том числе посредством сети Интернет) и другие современные технологии проведения измерений.

Источник: https://www.eksis.ru/materials/articles/relative-humidity-sensors.php

Датчики влажности. Виды и работа. Применение. Особенности

Приборы, измеряющие влажность, называют гигрометрами. Их можно также назвать и датчики влажности. В обыденной жизни влажность – это немаловажный параметр. Она важна для сельхозугодий, техники.

От процента влажности зависит здоровье человека. Метеозависимые люди очень чувствительны к этому параметру. Также от нее зависит здоровье больных астмой, гипертонией. Когда воздух сухой здоровые люди чувствуют сонливость, раздражение кожи, зуд. Излишне сухой воздух провоцирует болезни дыхания.

На заводах и фабриках влажность оказывает влияние на сохранность сырья и выпускаемой продукции, и станков. В сельскохозяйственных угодьях влажность оказывает влияние на почву, ее плодородие. Чтобы владеть информацией о влажности применяют гигрометры (датчики влажности).

Классификация датчиков влажности

Некоторые приборы изготавливают калиброванными под определенную влажность, но для точной настройки нужно знать точное значение этого параметра в воздухе.

Влажность измеряется по параметрам:

• Воздух и газы определяются по влажности в г*м3 при абсолютной величине, или при относительной величине в RН.
• Твердые предметы, жидкости, измеряют в % от веса образца.
• Жидкостей не смешиваемых, влажность меряют частями воды (ррm).

По принципу работы датчики влажности разделяют на несколько типов

Емкостные датчики влажности

Эти чувствительные элементы можно представить, как элементарные конденсаторы с двумя пластинами, между которыми находится воздух. Это наиболее простая конструкция. Воздух не проводит электрический ток в сухом состоянии. При ее изменении, меняется и емкость конденсатора.

Конструкцией более сложной является емкостный датчик с диэлектриком, который значительно изменяется от влажности. Такой способ повышает качество датчика, по сравнению с воздушным типом.

Второй тип лучше применять для измерений на предметах твердых. Предмет размещается между пластинами конденсатора, который подключается к контуру колебаний, к генератору. Делается замер частоты контура колебаний, по результату рассчитывается емкость образца.

Такой способ измерения содержит негативные стороны. При влажности материала менее 0,5 процента, точность будет низкой, материал должен быть чистым от веществ с высокой проницаемостью. Важнейшим также является геометрическая форма предмета, которая не должна меняться в опыте по измерению влажности.

Третий тип датчика представляет собой тонкопленочный гигрометр, включающий подложку с двумя электродами в виде гребенки. Они являются обкладками. Для компенсации температуры в 1 датчик включены 2 термоэлемента.

Резистивные датчики влажности

Резистивные датчики состоят из 2-х электродов. Они нанесены на подложку. На электроды наложен слой токопроводящего материала. Но этот материал значительно меняет значение сопротивления в зависимости от влажности.

Подходящим по чувствительности материалом стал оксид алюминия. Он поглощает влагу извне, его сопротивление значительно меняется. В итоге полное сопротивление сети датчика имеет большую зависимость от влажности. Значение проходящего тока будет показывать о значении влажности. Преимуществом таких датчиков стала их небольшая стоимость.

Термисторный вариант датчика

Гигрометр на термисторах включает два однотипных термистора. Это нелинейные компоненты. Их сопротивление прямо пропорционально температуре. Один из термисторов расположен в герметичной камере с сухим воздухом.

2-й термистор находится в камере с отверстиями. Через них поступает влажный воздух. Эту влажность нужно определить. Термисторы подключены по мостовой схеме.

Разность потенциалов подается на одну диагональ, показания снимают с другой.

При нулевом напряжении на выходе термисторов, их температура одинакова, поэтому влажность обоих термисторов также равна. При нулевом напряжении влажность разная. Поэтому, по измеренному напряжению рассчитывают влажность.

Возникает вопрос, почему при изменении влажности меняется температура термистора? Ответить можно так. При повышении влажности с поверхности термистора испаряется вода, и температура термистора снижается. Чем больше показатель влажности, тем эти процессы протекают более стремительно, термистор остывает быстрее.

Оптические датчики влажности

В его основе действия определения влажности стоит точка росы. Когда достигается это состояние точки росы, то жидкость и газ приобретают равновесие термодинамики.

Если стекло расположить в газовой среде с температурой, находящейся выше точки росы, далее снижать температуру стекла, то на стекле возникнет конденсат. Это процесс перехода воды в жидкое состояние.

Температура такого перехода и называется точкой росы. Температура этой точки зависит от давления и влажности среды. В итоге, если мы сможем определить температуру и давление, то легко вычислим и влажность.

Такой метод является основным.

Простая цепь датчика включает светодиод, испускающий свет на поверхность зеркала, отражающего и изменяющего его направление. В нашем случае есть возможность изменять температуру зеркала путем подогрева или охлаждения устройством регулировки температуры особой точности. Можно использовать термоэлектрический насос. На зеркало монтируют датчик температуры.

Перед началом замеров температуру зеркала устанавливают так, чтобы его значение было больше точки росы. Затем охлаждают зеркало. На зеркале будут образовываться водяные капли, вследствие этого луч света, поступающий от светодиода, будет преломляться и рассеиваться, что приведет к снижению тока в фотодетекторе.

Владея информацией от фотодетектора, регулятор будет поддерживать температуру на зеркале, а термодатчик определит температуру. Зная давление и температуру, определяют влажность.

Оптический датчик имеет максимальную точность, по сравнению с другими аналогами. Из недостатков можно выделить повышенную стоимость и немалый расход энергии, а также обслуживание, которое заключается в поддержании поверхности зеркала в чистом виде.

Электронный гигрометр

Его принцип действия заключается в изменении электролита, которым покрыт изоляционный материал. Имеются устройства с автоподогревом, поддерживающие температуру точки росы.

Замер температуры точки росы проводится над раствором хлорида лития. Этот раствор очень чувствительный к самым малым изменениям влажности. Для наибольшего удобства к гигрометру прикрепляют термометр. Такой гигрометр имеет повышенную точность, небольшую погрешность. Он может измерить влажность при любой температуре среды.

Большую известность имеют обычные электронные гигрометры с двумя электродами. В почву втыкаются два электрода. По степени проводимости тока определяют влажность.

Перед приобретением датчика нужно определиться, для чего он будет применяться, диапазон замеров, точность и т. д. Наиболее точным прибором является оптический датчик.

В зависимости от условий нужно обратить внимание на класс защиты, интервал температур измерения.

Как сделать датчик влажности своими руками

Многие умельцы хотят собственными руками сделать гигрометр для вентилятора. Для такой работы им понадобятся современные цифровые устройства:

  1. Сенсорные датчики и температуры (DНТ 11, DНТ 22).
  2. Устройство обработки данных на основе Ардуино.

Arduino – устройство, состоящее из комплекта микропроцессоров, собранных на недорогих микроконтроллерах. Оно имеет открытые понятные схемы. Любой желающий может узнать в интернете, какие составные части входят в схему, какая будет у него цена.

Подключение вентилятора к такому устройству не составит труда. Интересным фактом является взаимодействие такого устройства с компьютером.

Существует множество драйверов и специальных программ, с помощью которых можно работать и выполнять разные операции.

Если учесть стоимость в настоящее время, то хочется сделать своими руками вытяжной вентилятор в комплекте с датчиком влажности. Но такие устройства рекомендуется изготавливать для задач сложнее.

Можно, например, соединить в одну сеть множество разного оборудования. Многие фирмы монтируют датчики влажности на выпускаемое оборудование.

Вследствие этого не имеет серьезного смысла этим заниматься, и делать то, что уже давно сделано.

Если сделать увлажнитель для дома и попытаться подключить его к вентилятору, то это совсем другое дело. Для таких целей необходимо разработать несколько схем.

Можно найти и подобный датчик влажности для вентилятора. Такие имеются на оборудовании компании Honeywell. Их действие основывается на способе работы конденсатора.

Могут отпугнуть такие понятия, как «особая полимерная изоляция», или «электроды платиновые». Эти устройства стоят не дешево. Сначала нужно изучить этот вопрос и определиться, нужно это или нет.

Довольно сложной работой окажется и сборка схемы замера аналогового значения, и градуировка датчика.

Компания Regeltechnik производит сенсоры совмещенного типа для измерения влажности и температуры, как для внешней среды, так и для внутри зданий и помещений.

Канальные датчики влажности

Существуют гидростаты канального вида. Применение их пока остается не очень понятным. В заводских условиях это можно как-либо объяснить. На электростанции имеется контроль множества параметров. Там высокая влажность в вентиляционном канале системой автоуправления может определиться, как нарушение функций оборудования.

Для домашнего хозяйства канальный вентилятор с датчиком влажности нигде не пригодится, так как он не предназначен для контроля значений среды.

Если канальный вентилятор эксплуатируется сразу на множество помещений, и образуется влага в канале, то это является командным сигналом для увеличения скорости работы электродвигателя вентилятора. Это возникает при близком к холостому ходу режиме.

В этом случае датчик влажности с вентилятором станут мощной системой экономии электричества. Эксплуатация этой системы на полную мощность осуществится только при необходимости.

Можно также сделать управление действием рекуператора и аналогичного оборудования. Его смысл заключается в том, что при нормальном режиме происходит экономия электричества.

Влажность рекомендуется создавать в пределах 40-60 процентов. Иногда появляется в таких случаях задача по увлажнению.

Вентилятор с устройством увлажнения может достичь номинальных параметров автоматически, так как в его составе имеется встроенный гигростат, другими словами генератор пара. Эти приборы востребованы в летний период в сухих климатических условиях.

Вентиляторы могут при помощи цифровой управляемой системы бороться с капризами природы. Плохой погоды не бывает, но микроклимат всегда можно оптимизировать.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/datchiki-vlazhnosti/

Работа адсорбционных осушителей для сжатого воздуха

На многих промышленных производствах к влажности воздуха предъявляются повышенные требования. Для качественной работы современного оборудования необходим сжатый воздух без конденсата и с низкой точкой росы. Обеспечить такие условия позволяет адсорбционный осушитель — специальный прибор, предназначенный для поддержания уровня влажности воздуха.

Требования к уровню влажности

Влага является неотъемлемой составляющей воздушных масс, но её уровень бывает разным. Есть помещения, в которых высокая влажность очень важна. Например, в теплицах, оранжереях, банях и т. д. Но очень часто лишняя влага оказывает отрицательный эффект. Она негативно действует на здоровье человека, состояние книг и мебели, способствует образованию болезнетворных грибков и плесени.

Работа высокоточной техники также несовместима с высокой влажностью. От её воздействия возникает коррозия материалов, из-за которой выходят из строя соленоидные клапаны, пневматические приборы, используемые в разных сферах.

Пыль и прочие содержащиеся в воздухе вещества попадают внутрь оборудования, что приводит к его поломке, требующей дорогостоящего ремонта. Избежать этих проблем помогут осушители сжатого воздуха адсорбционного типа. Эти приборы, способные эффективно удалять избыточную влагу, присутствующую в воздухе, нашли применение в медицинской сфере, пищевой области и электронной промышленности.

При транспортировке сыпучих гигроскопичных веществ также используется осушительное вещество в виде геля, способное хорошо адсорбировать жидкость. Чтобы сохранить эффективность такого геля, его свойства должны регулярно восстанавливаться.

Влажность связана с таким понятием, как точка росы. Этим термином обозначается уровень, до которого должна снизиться температура воздуха, чтобы имеющийся в ней водяной пар достиг состояния насыщения и началась его конденсация. Точка росы находится в прямо пропорциональной зависимости от относительной влажности воздуха.

В местностях, для которых характерны очень низкие показатели зимней температуры, воздух, транспортирующийся по внешним трубопроводам, быстро остывает. Его эффективная сушка возможна при условии, что точка росы будет ниже, чем температура поступающего воздуха. Обеспечить это условие также помогает адсорбционный осушитель воздуха.

Принцип работы

Осушающий прибор представляет собой довольно сложный механизм. Его конструкция состоит из следующих деталей:

  • Ротора. Имеет вид большого барабана, заполненного особым веществом, хорошо впитывающим влагу, газ, эфиры.
  • Приточного канала. Предназначается для отбора воздушных потоков и запуска их движения через ротор.
  • Канала отработанного воздуха. Собирает потоки, прошедшие фильтрацию в роторе.
  • Нагревателя. Выполняется в виде теплового контура, увеличивающего температуру регенерационного потока.
  • Воздуховода. Отводит воздушный поток от ротора.

DRYPOINT X: Адсорбционный осушитель с функцией энергосбережения от BEKO TechnologiesАдсорбционный осушитель. Выброс влаги при регенерации

Собранные в единый механизм элементы обеспечивают осушение воздушной массы. Происходит это в несколько этапов:

  1. Воздух из приточного канала попадает в крутящийся ротор.
  2. Адсорбирующее вещество внутри ротора высушивает поток.
  3. Канал обработанного воздуха собирает сухой поток и передаёт его дальше.
  4. Часть подсушенного воздуха через регенерационное ответвление переходит на нагревательный элемент, увеличивающий температуру среды до 140 градусов.
  5. Разогретый воздух проникает в ротор и высушивает намокший ранее адсорбент.
  6. Регенерационный поток, впитавший в себя влагу из адсорбента, через воздуховод выходит в атмосферу.

Дополнительно улавливается и удаляется остаточное содержание масла и пыли. Некоторые модели устройств обладают настолько высокой эффективностью, что обнаруживают частицы дыма и пыли размером до 0,01 мкм и концентрацию масла до 0,05 мг/м3.

Тип регенерации

Адсорбционный прибор имеет несколько разновидностей. Основным отличительным фактором выступает способ регенерации. Он бывает горячим и холодным.

При холодной регенерации прошедший предварительную сушку сжатый воздух продувается через адсорбер, из-под которого удаляется вода. Такой метод отличается простотой, поэтому на его реализацию не потребуется больших затрат. Применение холодной регенерации целесообразно только при малых и средних объёмах воздуха, проходящего через прибор со скоростью 100 м³/мин.

Горячая методика может быть внешней и вакуумной. Первая задействует атмосферные потоки, которые предварительно прогреваются с помощью внешних нагревательных устройств.

Нагретый до определённой температуры воздух под действием давления, превышающего атмосферное, переходит в регенерируемый резервуар, для охлаждения которого задействуются осушенные сжатые воздушные потоки.

Стоимость устройств для горячей внешней регенерации достаточно высока, именно поэтому их использование оправдано для обработки больших объёмов воздуха. В случае с небольшими объёмами применение такой регенерации нерентабельно.

Вакуумный способ отличается от внешнего лишь уровнем давления (оно не выше, а ниже атмосферного). Адсорберы могут охлаждаться за счёт воздуха из атмосферы, исключая потери сжатых осушенных потоков.

Адсорбционный осушитель холодной регенерации ADN (Kraftmann — Германия)

Точка росы тоже влияет на классификацию осушительных приборов. По этому показателю выделяют четыре класса установок:

  • летний вариант;
  • зимний европейский (мягкий климат);
  • для обычной континентальной зимы;
  • для Крайнего Севера.

Адсорбирующее вещество

Для адсорбционного осушения воздуха следует использовать специальные вещества, впитывающие жидкость. От правильного выбора адсорбента напрямую зависит эффективность осушения.

Для холодного метода регенерации принято использовать молекулярное сито, образованное оксидом алюминия, приведённым в активное состояние. Хорошо подходит для применения в средних широтах, где температура воздушных потоков не опускается ниже -40 градусов.

Горячую сушку осуществляют за счёт твёрдого адсорбента, называемого силикагелем. Его производят из кремниевых кислот сильной концентрации с добавлением щелочных металлов. Такой адсорбент разрушается под действием капельной влаги. Для решения этой проблемы разработаны виды силикагеля, характеризующиеся очень высокой влагостойкостью.

Ещё один вид адсорбирующего вещества — цеолит — создаётся на основе натрия и кальция. Он имеет свойство отдавать или впитывать воду в зависимости от текущей влажности и температуры и дополнительно активизировать обмен ионами. Эффективен лишь при температуре потока не ниже -25 градусов.

Независимо от разновидности осушительных адсорбционных устройств, они показывают высокую эффективность работы даже при очень низкой температуре без риска замерзания жидкости внутри прибора. Преимущество состоит в том, что затрачивается небольшое количество электроэнергии, а КПД, наоборот, возрастает.

Адсорбционный Осушитель( EKOMAK EPS 2080 )Адсорбционный осушитель воздуха Trotec TTR: обзор функциональности

Источник: https://oventilyacii.ru/osushiteli-i-ionizatori/rabota-adsorbtsionnyh-osushitelej.html

Конденсационные влагомеры

Метод основан на охлаждении испытуемого газа до температуры, при которой наступает состояние его насыщения, т.е. до точки росы. Относительная влажность:

φ =[Еτ / Еt]·100 % ,

где Еτ – упругость насыщенного пара при температуре точки росы, Па;

Еt – упругость насыщенного пара при данной температуре , Па.

Таким образом, необходимо определить температуру точки росы и темпера­туру исследуемого газа.

Используя данный метод можно измерять влажность воздуха при давлениях до 10–15 МПа.

На рис. 4.2 приведена принципиальная схема прибора для определения влажности газов по методу точки росы. Исследуемый газ поступает через вход 1 и омывает зеркальце 2, охлаждаемое холодным воздухом, поступающим по трубке 4. К поверхности зеркала прикреплена высокочувствительная термопа­ра 3, подключенная к потенциометру 6.

Появление конденсата на поверхности зеркала приводит к рассеянию свето­вого потока, что вызывает уменьшение тока, протекающего на выходе фотоэлемента 7, а это вызывает срабатывание реле 8 и замыкание контактов питания нагревателя 5. При этом включается нагревательный элемент и потенциометр 6 на измерение температуры зеркальца.

Нагревательный элемент остается отключенным до тех пор, пока зеркальце не нагреется и не испарится влага с его поверхности, после чего нагреватель отключается и зеркальце охлаждается.

Эти приборы, как правило, применяются для контроля сред с отрицательной температурой и высоким давлением.

Сорбционные влагомеры

Наибольшее распространение получили электрические сорбционные влагомеры. Принцип их действия основывается на изменении электрофизических харак­теристик сорбента при их увлажнении.

Конструктивно датчик представляет собой чувствительный элемент из микропористого сорбента с напыленными электродами. При этом осуществляется измерение его сопротивления или емкости, которые изменяются в зависимости от влажности окружающей газовой среды.

Для стабилизации влажности воздуха в кондиционерах применяется регулятор относительной влажности частотный (ВЧ).

Датчик относительной влажности представляет собой автоматически действующие устройство, преобразующее относительную влажность воздуха в электрический сигнал постоянного тока. В качестве первичного измерительного преобразователя использован пьезосорбционный чувствительный элемент.

Принцип действия датчика основан на изменении резонансной частоты колебаний кварцевого резонатора, кристалл которого покрыт пленкой сорбента, от изменения относительной влажности воздуха.

Диапазон регулируемой относительной влажности 20–100 % , погрешность ±4,5 %.

На основе электролитических датчиков выполнены сорбционно-электролитические влагомеры.

Влагочувствительные электроды содержат электролиты, концентрация которых является функцией относительной влажности воздуха.

Сопротивление электролитического датчика выражается формулой

Rx =l2/σv ,

где l – длина слоя электролита, м;

v- объем электролита, м3 ;

σ- удельная электрическая проводимость электролита, См/м.

В качестве электролитов используется хлористый литий (LiCl) .

Насыщенный раствор LiCl нагревается до температуры, при которой парциальное давление водяного пара над раствором равно парциальному давлению окружающей среды.

Чувствительный элемент прибора представляет собой тонкостенную труб­ку из нержавеющей стали, покрытую стеклянной ватой, пропитанной раствором хлористого лития.

На вату намотаны две изолированные спирали (электроды). Внутри элемента располагается малоинерционный термометр сопротивления, к которому подключен измерительный прибор.

Питание нагревательного эле­мента осуществляется напряжением 24 В.

В процессе прохождения тока происходит нагрев электролита и его испа­рение, при этом повышается сопротивление датчика, ток уменьшается и испарение прекращается.

Таким образом устанавливается температурный режим в датчике, характе­ризуемый некоторой равновесной температурой. В этом режиме подводимая к датчику энергия полностью расходуется на испарение воды из солевого раствора, содержание которой определяется влажностью окружающей преобразова­тель среды. Это равновесное состояние наступает при температуре точки росы.

Показания таких датчиков достаточно стабильны и не зависят от давления. Передаточная функция подогревного электролитического датчика аппроксимируется апериодическим звеном второго порядка с постоянными времени Т1=40 и Т2=7 с.

Для контроля относительной влажности в камерах дефростации мяса используется термогигрометр типа ТГ-201 в комплекте с измерительным усилителем или потенциометром. Прибор выполнен в виде следующих блоков: термометр сопротивления, первичный преобразователь и вторичный прибор (потенциометр).

Непрерывное измерение равновесной температуры осуществляется с помощью чувствительного элемента, состоящего из терморезистора, помещенного в стеклянную трубку, поверх которой располагается стеклочулок с бифилярно намотанными серебряными электродами. Стеклочулок пропитан раствором хлористого лития. Влагочувствительный элемент совмещен с терморезистором, осуществляющим температурную компенсацию.

Чувствительный элемент и терморезистор во избежание механических повреждений закрыты мелкой металлической сеткой.

Диапазон измерения относительной влажности при температуре 0–45 °С составляет 10–100 % .

Погрешность измерения температуры ±1 °С; основная погрешность измерения влажности ± 3 % .

Источник: https://megaobuchalka.ru/6/20362.html

Сорбционные датчики влажности

Источник: https://infopedia.su/10xb96f.html

Оценка статьи:
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (нет голосов)
Загрузка...
Поделиться с друзьями:
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации
Adblock
detector
",css:{backgroundColor:"#000",opacity:.6}},container:{block:void 0,tpl:"
"},wrap:void 0,body:void 0,errors:{tpl:"
",autoclose_delay:2e3,ajax_unsuccessful_load:"Error"},openEffect:{type:"fade",speed:400},closeEffect:{type:"fade",speed:400},beforeOpen:n.noop,afterOpen:n.noop,beforeClose:n.noop,afterClose:n.noop,afterLoading:n.noop,afterLoadingOnShow:n.noop,errorLoading:n.noop},o=0,p=n([]),h={isEventOut:function(a,b){var c=!0;return n(a).each(function(){n(b.target).get(0)==n(this).get(0)&&(c=!1),0==n(b.target).closest("HTML",n(this).get(0)).length&&(c=!1)}),c}},q={getParentEl:function(a){var b=n(a);return b.data("arcticmodal")?b:(b=n(a).closest(".arcticmodal-container").data("arcticmodalParentEl"),!!b&&b)},transition:function(a,b,c,d){switch(d=null==d?n.noop:d,c.type){case"fade":"show"==b?a.fadeIn(c.speed,d):a.fadeOut(c.speed,d);break;case"none":"show"==b?a.show():a.hide(),d();}},prepare_body:function(a,b){n(".arcticmodal-close",a.body).unbind("click.arcticmodal").bind("click.arcticmodal",function(){return b.arcticmodal("close"),!1})},init_el:function(d,a){var b=d.data("arcticmodal");if(!b){if(b=a,o++,b.modalID=o,b.overlay.block=n(b.overlay.tpl),b.overlay.block.css(b.overlay.css),b.container.block=n(b.container.tpl),b.body=n(".arcticmodal-container_i2",b.container.block),a.clone?b.body.html(d.clone(!0)):(d.before("
"),b.body.html(d)),q.prepare_body(b,d),b.closeOnOverlayClick&&b.overlay.block.add(b.container.block).click(function(a){h.isEventOut(n(">*",b.body),a)&&d.arcticmodal("close")}),b.container.block.data("arcticmodalParentEl",d),d.data("arcticmodal",b),p=n.merge(p,d),n.proxy(e.show,d)(),"html"==b.type)return d;if(null!=b.ajax.beforeSend){var c=b.ajax.beforeSend;delete b.ajax.beforeSend}if(null!=b.ajax.success){var f=b.ajax.success;delete b.ajax.success}if(null!=b.ajax.error){var g=b.ajax.error;delete b.ajax.error}var j=n.extend(!0,{url:b.url,beforeSend:function(){null==c?b.body.html("
"):c(b,d)},success:function(c){d.trigger("afterLoading"),b.afterLoading(b,d,c),null==f?b.body.html(c):f(b,d,c),q.prepare_body(b,d),d.trigger("afterLoadingOnShow"),b.afterLoadingOnShow(b,d,c)},error:function(){d.trigger("errorLoading"),b.errorLoading(b,d),null==g?(b.body.html(b.errors.tpl),n(".arcticmodal-error",b.body).html(b.errors.ajax_unsuccessful_load),n(".arcticmodal-close",b.body).click(function(){return d.arcticmodal("close"),!1}),b.errors.autoclose_delay&&setTimeout(function(){d.arcticmodal("close")},b.errors.autoclose_delay)):g(b,d)}},b.ajax);b.ajax_request=n.ajax(j),d.data("arcticmodal",b)}},init:function(b){if(b=n.extend(!0,{},a,b),!n.isFunction(this))return this.each(function(){q.init_el(n(this),n.extend(!0,{},b))});if(null==b)return void n.error("jquery.arcticmodal: Uncorrect parameters");if(""==b.type)return void n.error("jquery.arcticmodal: Don't set parameter \"type\"");switch(b.type){case"html":if(""==b.content)return void n.error("jquery.arcticmodal: Don't set parameter \"content\"");var e=b.content;return b.content="",q.init_el(n(e),b);case"ajax":return""==b.url?void n.error("jquery.arcticmodal: Don't set parameter \"url\""):q.init_el(n("
"),b);}}},e={show:function(){var a=q.getParentEl(this);if(!1===a)return void n.error("jquery.arcticmodal: Uncorrect call");var b=a.data("arcticmodal");if(b.overlay.block.hide(),b.container.block.hide(),n("BODY").append(b.overlay.block),n("BODY").append(b.container.block),b.beforeOpen(b,a),a.trigger("beforeOpen"),"hidden"!=b.wrap.css("overflow")){b.wrap.data("arcticmodalOverflow",b.wrap.css("overflow"));var c=b.wrap.outerWidth(!0);b.wrap.css("overflow","hidden");var d=b.wrap.outerWidth(!0);d!=c&&b.wrap.css("marginRight",d-c+"px")}return p.not(a).each(function(){var a=n(this).data("arcticmodal");a.overlay.block.hide()}),q.transition(b.overlay.block,"show",1*")),b.overlay.block.remove(),b.container.block.remove(),a.data("arcticmodal",null),n(".arcticmodal-container").length||(b.wrap.data("arcticmodalOverflow")&&b.wrap.css("overflow",b.wrap.data("arcticmodalOverflow")),b.wrap.css("marginRight",0))}),"ajax"==b.type&&b.ajax_request.abort(),p=p.not(a))})},setDefault:function(b){n.extend(!0,a,b)}};n(function(){a.wrap=n(document.all&&!document.querySelector?"html":"body")}),n(document).bind("keyup.arcticmodal",function(d){var a=p.last();if(a.length){var b=a.data("arcticmodal");b.closeOnEsc&&27===d.keyCode&&a.arcticmodal("close")}}),n.arcticmodal=n.fn.arcticmodal=function(a){return e[a]?e[a].apply(this,Array.prototype.slice.call(arguments,1)):"object"!=typeof a&&a?void n.error("jquery.arcticmodal: Method "+a+" does not exist"):q.init.apply(this,arguments)}}(jQuery)}var debugMode="undefined"!=typeof debugFlatPM&&debugFlatPM,duplicateMode="undefined"!=typeof duplicateFlatPM&&duplicateFlatPM,countMode="undefined"!=typeof countFlatPM&&countFlatPM;document["wri"+"te"]=function(a){let b=document.createElement("div");jQuery(document.currentScript).after(b),flatPM_setHTML(b,a),jQuery(b).contents().unwrap()};function flatPM_sticky(c,d,e=0){function f(){if(null==a){let b=getComputedStyle(g,""),c="";for(let a=0;a=b.top-h?b.top-h{const d=c.split("=");return d[0]===a?decodeURIComponent(d[1]):b},""),c=""==b?void 0:b;return c}function flatPM_testCookie(){let a="test_56445";try{return localStorage.setItem(a,a),localStorage.removeItem(a),!0}catch(a){return!1}}function flatPM_grep(a,b,c){return jQuery.grep(a,(a,d)=>c?d==b:0==(d+1)%b)}function flatPM_random(a,b){return Math.floor(Math.random()*(b-a+1))+a}
");let k=document.querySelector(".flat_pm_modal[data-id-modal=\""+a.ID+"\"]");if(-1===d.indexOf("go"+"oglesyndication")?flatPM_setHTML(k,d):jQuery(k).html(b+d),"px"==a.how.popup.px_s)e.bind(h,()=>{e.scrollTop()>a.how.popup.after&&(e.unbind(h),f.unbind(i),j())}),void 0!==a.how.popup.close_window&&"true"==a.how.popup.close_window&&f.bind(i,()=>{e.unbind(h),f.unbind(i),j()});else{let b=setTimeout(()=>{f.unbind(i),j()},1e3*a.how.popup.after);void 0!==a.how.popup.close_window&&"true"==a.how.popup.close_window&&f.bind(i,()=>{clearTimeout(b),f.unbind(i),j()})}f.on("click",".flat_pm_modal .flat_pm_crs",()=>{jQuery.arcticmodal("close")})}if(void 0!==a.how.outgoing){let b,c="0"==a.how.outgoing.indent?"":" style=\"bottom:"+a.how.outgoing.indent+"px\"",e="true"==a.how.outgoing.cross?"":"",f=jQuery(window),g="scroll.out"+a.ID,h=void 0===flatPM_getCookie("flat_out_"+a.ID+"_mb")||"false"!=flatPM_getCookie("flat_out_"+a.ID+"_mb"),i=document.createElement("div"),j=jQuery("body"),k=()=>{void 0!==a.how.outgoing.cookie&&"false"==a.how.outgoing.cookie&&h&&(jQuery(".flat_pm_out[data-id-out=\""+a.ID+"\"]").addClass("show"),j.on("click",".flat_pm_out[data-id-out=\""+a.ID+"\"] .flat_pm_crs",function(){flatPM_setCookie("flat_out_"+a.ID+"_mb",!1)})),(void 0===a.how.outgoing.cookie||"false"!=a.how.outgoing.cookie)&&jQuery(".flat_pm_out[data-id-out=\""+a.ID+"\"]").addClass("show")};switch(a.how.outgoing.whence){case"1":b="top";break;case"2":b="bottom";break;case"3":b="left";break;case"4":b="right";}jQuery("body > *").eq(0).before("
"+e+"
");let m=document.querySelector(".flat_pm_out[data-id-out=\""+a.ID+"\"]");-1===d.indexOf("go"+"oglesyndication")?flatPM_setHTML(m,d):jQuery(m).html(e+d),"px"==a.how.outgoing.px_s?f.bind(g,()=>{f.scrollTop()>a.how.outgoing.after&&(f.unbind(g),k())}):setTimeout(()=>{k()},1e3*a.how.outgoing.after),j.on("click",".flat_pm_out .flat_pm_crs",function(){jQuery(this).parent().removeClass("show").addClass("closed")})}countMode&&(flat_count["block_"+a.ID]={},flat_count["block_"+a.ID].count=1,flat_count["block_"+a.ID].click=0,flat_count["block_"+a.ID].id=a.ID)}catch(a){console.warn(a)}}function flatPM_start(){let a=flat_pm_arr.length;if(0==a)return flat_pm_arr=[],void jQuery(".flat_pm_start, .flat_pm_end").remove();flat_body=flat_body||jQuery("body"),!flat_counter&&countMode&&(flat_counter=!0,flat_body.on("click","[data-flat-id]",function(){let a=jQuery(this),b=a.attr("data-flat-id");flat_count["block_"+b].click++}),flat_body.on("mouseenter","[data-flat-id] iframe",function(){let a=jQuery(this),b=a.closest("[data-flat-id]").attr("data-flat-id");flat_iframe=b}).on("mouseleave","[data-flat-id] iframe",function(){flat_iframe=-1}),jQuery(window).on("beforeunload",()=>{jQuery.isEmptyObject(flat_count)||jQuery.ajax({async:!1,type:"POST",url:ajaxUrlFlatPM,dataType:"json",data:{action:"flat_pm_ajax",data_me:{method:"flat_pm_block_counter",arr:flat_count}}})}).on("blur",()=>{-1!=flat_iframe&&flat_count["block_"+flat_iframe].click++})),flat_userVars.init();for(let b=0;bflat_userVars.textlen||void 0!==a.chapter_sub&&a.chapter_subflat_userVars.titlelen||void 0!==a.title_sub&&a.title_subc&&cc&&c>d&&(b=flatPM_addDays(b,-1)),b>e||cd||c-1!=flat_userVars.referer.indexOf(a))||void 0!==a.referer.referer_disabled&&-1!=a.referer.referer_disabled.findIndex(a=>-1!=flat_userVars.referer.indexOf(a)))&&(c=!0),c||void 0===a.browser||(void 0===a.browser.browser_enabled||-1!=a.browser.browser_enabled.indexOf(flat_userVars.browser))&&(void 0===a.browser.browser_disabled||-1==a.browser.browser_disabled.indexOf(flat_userVars.browser)))){if(c&&void 0!==a.browser&&void 0!==a.browser.browser_enabled&&-1!=a.browser.browser_enabled.indexOf(flat_userVars.browser)&&(c=!1),!c&&(void 0!==a.geo||void 0!==a.role)&&(""==flat_userVars.ccode||""==flat_userVars.country||""==flat_userVars.city||""==flat_userVars.role)){flat_pm_then.push(a),flatPM_setWrap(a),flat_body.hasClass("flat_pm_block_geo_role")||(flat_body.addClass("flat_pm_block_geo_role"),flatPM_ajax("flat_pm_block_geo_role")),c=!0}c||(flatPM_setWrap(a),flatPM_next(a))}}}let b=jQuery(".flatPM_sticky");b.each(function(){let a=jQuery(this),b=a.data("height")||350,c=a.data("top");a.wrap("
");let d=a.parent()[0];flatPM_sticky(this,d,c)}),debugMode||countMode||jQuery("[data-flat-id]:not([data-id-out]):not([data-id-modal])").contents().unwrap(),flat_pm_arr=[],jQuery(".flat_pm_start, .flat_pm_end").remove()}

Принцип действия датчиков основан на явлении сорбции влаги из анализируемой среды. Содержание влаги оценивается по изменению физико-химических или электрофизических параметров чувствительного элемента датчика. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбционные, абсорбционные и хемосорбционные датчики влажности.

В адсорбционных датчиках сорбция паров воды происходит на поверхности непористого сорбента или на поверхности пор пористого. В абсорбционных датчиках влага поглощается всем объемом сорбента. В хемосорбционных датчиках сорбированная вода вступает в химическую реакцию с материалом сорбента.

В датчиках адсорбционного и абсорбционного типа поглощение влаги сорбентом сопровождается изменением его массы и электрофизических свойств: электропроводности, диэлектрической проницаемости и др.

В соответствии с этим различают датчики гравитационного типа (например, пьезосорбционные, основанные на изменении массы сорбента) и импедансные, действие которых основано на измерении сопротивления или емкости пленки сорбента при поглощении влаги.

Кулонометрические датчики

Кулонометрические датчики влажности (электролитические гигрометры) являются хемосорбционными, их действие основано на непрерывном поглощении влаги сорбентом и одновременном ее электролитическом разложении.

Они позволяют определять очень низкое содержание водяного пара в воздухе или других газах. Чувствительный элемент датчика состоит из двух электродов со слоем фосфорного ангидрида Р2О5 между ними.

В первых конструкциях электроды из Pt или Rh имели спиралевидную форму и располагались внутри трубки, по которой пропускался анализируемый газ.

В настоящее время используется планарная конструкция чувствительного элемента. Р2О5 имеет высокую гигроскопичность, большое удельное сопротивление в сухом виде и хорошую электропроводность после сорбции влаги. В датчике происходят одновременно два процесса: поглощение влаги фосфорным ангидридом с образованием либо метафосфорной кислоты при низких температурах

Р2О5 + Н2О→2НРО3, (7.2)

либо при более высоких – ортофосфорной

Р2О5 + 3Н2О → 2Н3РО4 (7.3)

и их электролиз, сопровождающийся регенерацией фосфорного ангидрида и разложением воды с выделением кислорода и водорода:

2НРО3 → Н2 + ½О2 + Р2О5, (7.4)

4Н3РО4 → 6Н2 + 3О2 + 2Р2О5. (7.5)

Для электролиза на электроды подается постоянное напряжение 30 – 70 В. Ток электролиза пропорционален содержанию водяного пара в исследуемом газе (при постоянном расходе газа 20 – 200 см3/мин).

Такой гигрометр лучше всего подходит для измерений в газах с очень малым содержанием воды. Порог измерений определяется проблемами сорбции и десорбции воды трубопроводами газов и составляет 10 – 20 ppm.

При измерениях малых концентраций менее 10 ppm (соответствует точке росы менее –70 °С) из-за явлений сорбции время установления равновесия составляет более 24 ч.

При измерении влажности свыше 1000 – 1500 ppm сильно возрастает ток электролиза, что ведет к разогреву датчика, а при влажностях 10000 ppm (1 %) возникает возможность разрушения датчика. При измерениях высокого влагосодержания используют диффузионную мембрану, пропускающую лишь часть влаги из анализируемого потока.

Постоянная времени τ прибора зависит от направления, в котором изменяется влажность: при повышении влажности (от 10-2 до 10-1 %) τ ≤ 30 с, при снижении влажности (от 10-1 до10-2 %) τ составляет несколько минут.

Датчик позволяет измерять влажность различных газов: N2, H2, CH4, CO2, хладоагентов (фреона), хлористого водорода HCl, фосгена. Однако такие газы как аммиак, пары спиртов, амины вступают в химическую реакцию с P2O5 и могут разрушить датчик. Конструкция датчика приведена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Конструкция кулонометрического датчика:

1 – оболочка из тефлона; 2 – трубка для пропускания газа;

3 – электрод; 4 – корпус из нержавеющей стали; 5 – зажимы

Пьезосорбционные датчики

Пьезокварцевые резонаторы позволяют регистрировать величины сорбции 10-12 – 10-9 г/см2. В датчиках при сорбции влаги изменяется масса сорбента, нанесенного на поверхность пьезокварцевого резонатора, что изменяет частоту его колебаний. Чувствительность датчика определяется сорбционной активностью сорбента, толщина которого составляет 1 – 2 мкм.

В качестве сорбента используются гигроскопические соли лития и кальция: LiCl, LiBr, CaCl2 ; Р2О5; пленки пористого стекла; фториды кальции, магния, натрия, бария; органические полимерные материалы.

Диапазон измерения влажности составляет от 0 до 2000 ppm, порог чувствительности может достигать 0,02 ppm.

При помещении сорбционного датчика из среды с высокой влажностью в более сухую среду для повышения быстродействия датчика используют принудительную десорбцию влаги путем обдува осушенным газом или за счет повышения температуры.

Импедансные датчики

Гигрометры, основанные на изменении импеданса, имеют чувствительный элемент из гигроскопического вещества, электрические параметры которого (сопротивление или емкость) изменяются в зависимости от влажности окружающей среды.

Вода имеет диэлектрическую проницаемость, резко отличную от диэлектрической проницаемости других веществ (ε = 81).

Наибольшее распространение получили датчики с органическими полимерными сорбентами и с неорганическими сорбентами на основе оксидов металлов.

Датчики с полимерной чувствительной пленкой. Большинство полимеров под воздействием влаги изменяет свои физико-химические свойства. К органической полимерной пленке могут добавляться неорганические влагочувствительные соединения или негигроскопичные проводящие частицы (углерода, Au, Pd, Ag и др.).

Полимерная пленка помещается между двумя электродами: верхний из которых проницаем для влаги либо за счет малой толщины слоя около 10 нм, либо за счет его пористости. Толщина полимерной пленки изменяется от 10 до 500 мкм.

Материалом влагочувствительного слоя являются полиимид, полистирол, акриловая и метакриловая смолы, гидроксилцеллюлоза и др.

Диапазон измерения влажности составляет 0 – 100 %. Погрешность измерений не превышает несколько процентов, диапазон рабочих температур от –40 до + 80 °С. Постоянная времени датчиков от 1 до 15 с.

Недостатками большинства полимерных датчиков являются наличие гистерезиса, низкая стабильность и высокая чувствительность к агрессивным средам.

В полимерном датчике влажности фирмы Sharp (Япония) на основе полевого транзистора с индуцированным n-каналом полиимидная пленка расположена под затворным электродом. Подзатворным диэлектриком является композиция SiO2 и Si3N4. Под воздействием влаги пленка изменяет проводимость, что приводит к изменению проводимости канала и тока стока – рис. 7.3.

Рис. 7.3. Датчик на основе МДП-транзистора

Керамические датчики. В этих датчиках пористая керамика одного или нескольких оксидов металлов изменяет свое сопротивление в зависимости от влажности. Реже в керамических датчиках используется зависимость емкости от влажности.

По виду проводимости керамические датчики бывают двух типов: с ионной и электронной проводимостью. В ионных датчиках уменьшение полного сопротивления сенсора при увеличении влажности обусловлено физической адсорбцией на поверхности и конденсацией в микрокапиллярах молекул воды.

В датчиках с электронной проводимостью адсорбированные молекулы воды действуют как донорные центры, отдающие керамике электроны.

Керамические датчики относятся к толстопленочным, так как толщина влагочувствительного слоя более 10 мкм. Используются керамики из CoO, Fe2O3. Сопротивление таких датчиков при увеличении влажности от 30 до100 % уменьшается на 6 порядков – рис. 7.4. Основным недостатком датчиков является очень высокое сопротивление при влажности ниже 30 % (R ≈ 108 – 1010 Ом).

Рис. 7.4. Зависимость сопротивления керамического датчика со слоем Fe2O3 от влажности: 1 – немодифицированный,

2 – модифицированный FeCl3, 3 – пропитанный

полиэтиленгликолем

Снизить сопротивление и повысить чувствительность датчиков позволяет использование многокомпонентой керамики. Японские фирмы предложили более 70 составов керамических композиций окислов металлов для датчиков влажности.

Датчики имеют высокую чувствительность и стабильность, низкое сопротивление (105 – 106 Ом) при нулевой влажности. Основной недостаток керамических датчиков – сложность измерения низких уровней влажности (менее 1 %).

Общий недостаток всех датчиков влажности резистивного

типа – экспоненциальная зависимость сопротивления от влажности, что требует сложных измерительных схем.

Тонкопленочные полупроводниковые датчики. Принцип действия таких датчиков основан на изменении проводимости тонкого слоя полупроводника под действием зарядов, индуцированных на его поверхности при адсорбции влаги.

Наибольшее распространение получили датчики с влагочувствительным слоем из оксида алюминия, полученного анодированием поверхности алюминия.

Датчик состоит из алюминиевой подложки , на которой сформирован пористый анодный окисел, вторым электродом служит влагопроницаемый слой металла (Au, Al, Ag, Pt, Pd). Другое решение – второй электрод должен иметь малую площадь, чтобы не закрывать окисел.

Толщина пленки оксида определяет чувствительность датчика и его быстродействие. При толщине около нескольких микрометров диапазон измерения влажности – от 20 до 100 %, уменьшение толщины на порядок увеличивает быстродействие датчика и делает его чувствительным к концентрациям влаги менее 1 %.

Технология микроэлектроники позволяет формировать датчик на окисленной кремниевой подложке, на которую напыляется Al, а затем формируется слой Al2O3 толщиной менее 0,25 мкм. Затем наносят верхний золотой электрод толщиной 10 – 50 нм – рис. 7.5. Датчики такого типа, снабженные микропроцессорами, позволяют измерять концентрации от 0,001 до 200 000 ppm, постоянная времени не превышает 1 мин.

Рис. 7.5. Конструкция алюминиево-оксидного датчика

влажности (а) и зависимость его емкости от влажности (б):

1 – кремниевая подложка; 2 – SiO2; 3, 4 – контактные

площадки; 5 – нижний Al электрод; 6 – Al2O3;

7 – влагопроницаемый Au электрод; 8 – дорожка

для соединения с другими датчиками на подложке;

9 –дополнительная металлизация для контактной площадки

Датчики с сорбционным слоем SiO2 позволяют максимально использовать технологию микроэлектроники при создании датчиков.

Для получения SiO2 высокой пористости используется электролитическое окисление или метод гидролиза растворов кремнийорганических соединений. Пористость слоя достигает 15 – 40 %.

Такой датчик можно изготовить в едином технологическом цикле вместе с БИС и разместить на одном кристалле. Сопротивление датчика изменяется от 170∙1010 Ом в сухом азоте до 1010 Ом при влажности 100 %.

Контрольные вопросы

1. В каких единицах измеряется влажность?

2. Перечислите методы измерения влажности и основные типы датчиков влажности.

3. В чем заключается метод точки росы? Преимущества и недостатки конденсационных датчиков. Области применения.

4. Психрометрические датчики влажности. Достоинства и недостатки. Области применения.

5. Принцип работы каких датчиков основан на явлении сорбции влаги?

6. Принцип работы кулонометрических датчиков и область их применения.

7. Перечислите разновидности импедансных датчиков. На основе каких материалов они сконструированы? В создании каких датчиков используется микроэлектронная технология?

8. Пьезосорбционные датчики влажности. Принцип работы. Области применения.

9. Перечислите основные области применения датчиков влажности.