Пластинчатый влагочувствительный элемент

 

Изобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы. Целью изо2 бретения является повышение Точности индикации конденсируемой влаги и упрощение изготовления элемента. Указанная цель достигается тем, что влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости оптически сопряженных пластинок из изотропного материала, выполнены из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида, и, кроме того, ось (I + 1)-й влагочувствительной пленки составляет одинаковый по знаку угол са с осью предыдущей 1-й влагочувствительной пленки, где €d - максимальный угол негиротропного поворота плоскости поляризации i-й пленкой на длине волны из диапазона спектрального поглощения агрегатов псевдоизоцианинхлррида. 1 з.п. ф-яы, 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 N 25/68, 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2 д () (Л

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4755738/25 (22) 03.11.89 (46) 07.02.92. Бюл. N. 5 (71) Институт физики им. Б,И.Степанова (72) А.С.Прищепов, В.И.Власкин и С.Астанов (53) 535.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 463901, кл. G 01 N 25/68, 1970, Авторское свидетельство СССР

М 641381, кл. 6 01 W 1/11, 1979. (54) ПЛАСТИНЧАТЫЙ ВЛАГОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы. Целью изоИзобретение относится к технике измерения влажности газов и может быть использовано при разработке и конструировании индикаторов конденсации влаги, гигрометров точки росы.

Из вес тен вл а гочувств и тел ь н ы и элемент, представляющий собой пьезокварцевую кристаллическую пластину с нанесенной на одну из ее плоскостей влагочувствительной пленкой, например. иэ капрона с термодинамически устойчивой кристаллической структурой. На поверхности кварцевой пластины выполнены серебряные электроды. Пьезокварцевая пластина . возбуждается переменным электрическим полем на ее резонансной частоте. При сорбции влаги из газа изменяется масса пластины, что приводит к изменению ее резонансной частоты, которое регистрируется электродной схемой гигрометра. бретения является повышение точности индикации конденсируемой влаги и упрощение изготовления элемента. Указанная цель достигается тем, что влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости оптически сопряженных пластинок из изотропного материала, выполнены из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида, и. к роме того, ось (1 + 1)-й влагочувствительной пленки составляет одинаковый по знаку угол сц с осью предыдущей i-й влагочувствительной пленки, где а; — максимальный угол негиротропного поворота плоскости поляризации i-й пленкой на длине волны из диапазона спектрального поглощения агрегатов псевдоизоцианинхлорида. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Однако точность показаний такого гигрометра невысока, так как зависит от степени загрязнения поверхности пластинчатого влагочувствительного элемента пылью, химФескими примесями, конденсируемыми на поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пластинчатый влагочувствительный элемент. состоящий из кварцевой кристаллической пластинки, на обе плоскости которой нанесена влагочувствительная пленка из цеолита. Пластинка расположена между двумя дополнительными кварцевыми кристаллическими пластинками параллельно им так, что центры всех трех пластинок лежат на одной прямой, Пластинки оптически сопряжены. Конденсация влаги регистрируется по изменению резонансной частоты кварцевой кристаллической пластинки с влагочув

1711058 ствительным покрытием при сорбции на ней конденсата. В силу того, что кристалло. графическая ориентация оптически сопряженных кристаллических пластинок одинакова, данный пластинчатый влагочувствительный элемент может использовать- .ся в гигрометрах точки росы с оптическим принципом действия.

Однако показания электрических и оптических гигрометров с влагочувствительным элементом такого типа зависят от загрязнения поверхности кварцевой кристаллической пластинки с влагочувстви-. тельной пленки пылью и другими микропримесями, что снижает точность регистрации конденсируемый влаги. Кроме того, известный пластинчатый влагочувст. вительный элемент сложен в изготовлении, боится резких температурных перепадов, дорогостоя щий.

Цель изобретения — повышение точности индикации конденсируемой влаги и упрощение изготовления элемента, На фиг. 1 и 2 представлены две проекции влагочувствительного элемента для случая трех пластинок.

Пластинчатый влагочувствительный элемент содержит оптически сопряженные прозрачные пластинки 1 — 3, например из плавленного кварца или из, полиметилметакрилата, на плоскости которых нанесены влэгочувствительные пленки 4-9, выполненные иэ одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида.

Ось каждой последующей (i + 1)-й пленки повернута относительно оси предыдущей iй пленки на одинаковый по знаку угол и .

Углы а) являются максимальными углами поворота плоскости поляризации I-й влагочувствительной пленкой в длине волны из диапазона 550-575 нм, которые предварительно измеряют, пропуская через пленку линейно поляризованный свет. Пластинки

1-3 закреплены в держателе 10, Элемент работает следующим образом, При конденсации капелек влаги на влагочувствительных пленках 4 — 9 пластинок 1—

3 структура одноосно ориентированных пленок 4-9 становится кристаллической, что приводит к появлению у нее дихроичных свойств и, как следствие, повороту плоскости поляризации линейно поляризованного света, проходящего перпендикулярно пленкам. Величина измеряемого угла поворота плоскости поляризации прямо пропорциональна количеству конденсируемой влаги, Поворот плоскости поляризации при прохождении линейного по поляризации света с длиной волны из диапазона 550 — 570 нм через пластинчатый влагочувствительный элемент реализуется для каждой влагочувствительной пленки 4 — 9, суммируясь на выходе, благодаря повороту оси каждой

5 последующей пленки относительно предыдущей на одинаковый по знаку угол a; .

Выбор в качестве влагочувствительной пленки однооко ориентированной пленки агрегированного псевдоизоцианина обус10 ловлен ее высокой влагочувствительностью и нечувствительностью ее поляризационных оптических свойств к загрязнению пылью и другими микропримесями, Поворот осей влагочувствительных пленок на углы а

15 и однознаковость этих углов необходимы для усиления суммарного поворота плоскости поляризации пластинчатым.влагочувствительным элементом. Выбор диапазона длин волн 550-575 нм обусловлен тем, что

20 именно в этом спектральном диапазоне достигается максимальный поворот плоскости поляризации одноосно ориентированным агрегированным псевдоизоциэнинхлоридом, 25 Пример. Из прозоачного плавленого кварца вырезали круглые пластинки. Порошок псевдоизоцианинхлорида растворяли в воде, дистиллированной до концентрации 5

10 М, раствор выстаивали при комнат30 ной температуре в течение 1 ч до образования тиксотропного геля. Кусочек геля объемом примерно 1 мм помещали на пло3 скость каждой пластины и растирали в одном направлении по площади примерно 5

35 см: В процессе растирания молекулы воды испарялись из тонкой пленки псевдоизоци-. анинхлорида, толщина которой порядка

0,001 мм, Растирание проводили двумя пластинками в одном направлении, и на пло40 скостях этих пластинок получались одноосно ориентированные пленки агрегированного псевдоизоцианинхлорида, для каждой из которых измеряли угол негиротропного поворота плоскости поляризации в

45 длине волны 550, 562 и 575 нм. Углы негиротропного поворота плоскости поляризации соответственно равны 2, 3,2 и 1,8 .

Выбрав длину волны линейно поляризованного света для регистрации суммарного

50 угла поворота плоскости поляризации пластинчатым влагочувствител ьным элементов, составленным из пяти пластинок, равной 562 нм, эти пластинки устанавливали в держатель, выполненный в виде прямо55 угольного бруска из полиметилметакрилатв с прорезями, таким образом, чтобы плоскости пластинок были параллельны одна другой и оптически сопряжены. Расстояние между пластинками было одинаковым и со1711058 ставляло 4 мм при толщине самих пластиНоК 0,5 мм. Пластинки ориентировались вокруг оптической оси всей системы так. чтобы оси агрегированных пленок псевдоизоцианинхлорида составляли угол одного 5 знака порядка 3,2 с предыдуьцей пленкой. образуя прерывистую правую спираль. Ориентированные таким образом пластинки фиксировали в прорезях держателя при помощи клея. Полученный пластинчатый вла- 10 гочуаствительный элемент был испытан следующим образом.

Влагочувствительный элемент жестко фиксировали в камере с противоположными отверстиями для прохождения через них и 15 через пластинки элемента линейно поляризованного света. Пластинки с влагочувствительными пленками охлаждали потоком холодного осушенного аргона, который пропускали через входную и выходную газовые 20 магистрали. Контроль температуры пластинок вели при помощи термосопротивлений, жестко фиксированных полированными плоскостями на плоскостях пластинок элемента, Далее попускали через камеру ана- 25 о лизируемый воздух с температурой 30 при давлении 98 кПа.

Регистрацию момента конденсации влаги на поверхностях пластинок вели по углу поворота плоскости поляризации про- 30 ходящего через систему света, Для этого свет ксеноновой лампы ДСКШ монохроматизировали с помощью интерференционного фильтра на длину волны 562 нм, линейно поляризованы при помощи поляризацион- 35 ной призмы Рошона, пропускали через модулятор и компенсатор, расположенные перед оптическим отверстием камеры с влагочувствительным элементом, далее через анализатор на фотоэлектронный умножи- 40 тель. Отсчет угла поворота плоскости поляризации осуществляли на чувствительном самописце, связанном положительной обратной электронной связью с усилителем фототока и компенсатором. Охлаждение 45 пластинок влагочувствительного элемента проводили этапно до 16, 15, 14, 12, 10, 9 и

8 С. Более точные значения температуры пластинок элемента измеряли в момент конденсации на них влаги из анализируемо- 50

ro воздуха. При этом фиксировали как усредненную температуру всех пластинок, так и температуру каждой пластинки в отдельности.

При температурах пластин 16, 15, 14, 12, 55

10 С регистрируемый угол негиротропного поворота плоскости поляризации в пределах точности его измерения +10 угловых градусов был равен нулю, что свидетельствовало о неизменности cocToABvlA влагочувI ствительной пленки из одноосно ориентированного агрегированногО псевдоизоцианинхлорида на каждой пластинке элемента, т,е. водного конденсата на этих пластинках не образовывалось. Процесс конденсации начинался при 9,25О С, о чем свидетельствовало появление на самописце сигнала, пропорционального негиротропному углу поворота плоскости поляризации, значение которого в начальный момент конденсации равнялось +0,008 угловых градусов.

По мере развития процесса конденсации угол негиротропного поворота плоскости поляризации увеличивался до значения

0,5 угловых градусов, легко измеряемых электронной системой. Зная удельную вращательную способность закристаллизованного при помощи водного конденсата одноосно ориентированного при помощи водного конденсата одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоциа-6 нинхлорида, которая равна 6 10 г/угловых градусов, можно точно оценить количество конденсированной влаги на освещаемых линейно поляризованным светом участках влагочувствительных пленок пластинок элемента. Это количество равно 6 10 г. В то

-в же время лучшие образцы пластинчатых влагочувствительных элементов. используемых в гигрометрах точки росы, позволяют регистрировать количество конденсируемой воды до 10 г.

Влагочувствительный элемент, изготовленный согласно изобретению, был испытан в условиях запыления комнатной пылью, собранной в пылесосе, до состояния, видимого невооруженным глазом, Далее проводили измерения, Анализируемый воздух также был предварительно запылен.

Показания температуры начала конденсации и угла негиротропного поворота плоскости поляризации в начальный момент . конденсации были соответственно 9,26 С и

0,0079 угловых градусов, т.е. практически одинаковыми с показаниями, когда пластинки не были запылены и анализировали истый воздух,В то же время лучш ие образ-, . цы известных пластинчатых влагочувСтвительных элементов даже при значительно меньшем запылении изменяют показания при измерении этих параметров на два-три порядка.

Формула изобретения

1, Пластинчатый влагочувствительный элемент, состоящий из оптически сопряженных параллельных друг другу пластинок. содержащих влагочувствительные пленки, нанесенные на плоскости пластинок,отл ич а ю щи и с ятем, что, с целью повышения точности индикации конденси1711058

„9

Составитель И.Бубличенко

Техред M,Moðãåíòàë Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор В.Данко

Заказ 335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул Гэг;;рина, 101 руемой влаги и упрощения изготовления элемента, пластинки выполнейы из изот роп ного материала, а влагочувствительная пленка выполнена из одноосного ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида.

2, Элемент по и. 1, о т- л и ч а ю шийся тем, что ось (i + 1)-й влагочувствительной пленки из одноосно ориентированного агрегированного псевдоизоцианинхлорида составляет одинаковый по знаку угол а с осью предыдущей 1-й влагочувствительной пленки, где и — максимальный угол неги-.

5 ротропного поворота плоскости поляризации i-й пленкой на длине волны из диапазона спектрального поглощения агрегатов псевдоизоцианинхлорида.