ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к средствам определения температуры и влажности газовой среды, и может быть использовано в различных областях промышленности и сельского хозяйства, в частности, в системах контроля потока в трубопроводах, в системах контроля параметров окружающей среды, в складских помещениях, предназначенных для хранения промышленных изделий и продуктов питания, сельхозпродукции, в музеях, архивах и др.
Известен способ измерения параметров газовых сред, при котором в исследуемую среду помещают термочувствительный элемент, через который пропускают импульсный электрический ток, определяют временной интервал с момента отключения тока разогрева термочувствительного элемента до установления значения его температуры (Авторское свидетельство СССР №637676, MПK G01P 5/12, опубл. 15.12.1978).
При изменении измеряемых параметров изменяется не только постоянная времени процесса остывания термочувствительного элемента, но и величина его начального перегрева, что, при вариациях температуры среды, приводит к погрешности определения временного интервала остывания. При нагреве могут изменяться параметры окружающей среды, время восстановления исходных значений которых может превышать время остывания термочувствительного элемента, что приведет к дополнительной погрешности определения значений параметров.
Наиболее близким техническим решением является датчик температуры, содержащий изолируемый 2-х канальный корпус, в котором закреплен чувствительный элемент (ЧЭ), который имеет выводы, сделанные из материала с достаточно хорошей проводимостью из высокотемпературного сплава. ЧЭ нагревается до контролируемой температуры и его сопротивление снимается с выводов измерителем сигнала. (Патент РФ №50658, MПK G01K 7/16, опубл. 20.01.2006).
Такой датчик является сложным конструктивным и дорогостоящим решением. В известном датчике чувствительный элемент перед измерением нагревается до исследуемой температуры с учетом проводимости выводов датчика, затем происходит преобразование в сигналы, при этом обеспечивается только измерение температуры с расширением диапазона измерений в сторону высоких температур, что в свою очередь ограничивает область применения датчика.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение области применения за счет обеспечения одновременного измерения и температуры, и влажности, повышение точности измерения, упрощение конструкции и эксплуатации, увеличение срока эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в датчике измерения температуры и влажности газовой среды, содержащем размещенный в негерметичном защитном корпусе чувствительный элемент с выводами из проводящего материала, согласно полезной модели, чувствительный элемент выполнен из сплава или металла, имеющего высокий температурный коэффициент сопротивления, на поверхность которого нанесено высокопрочное покрытие селективное к измеряемому параметру газовой среды.
Преимущественно, чувствительный элемент выполнен в виде нити металла платиновой группы или сплава на его основе с нанесенным на ее поверхность кремний-органическим покрытием.
На фиг.1-4 представлены варианты выполнения датчика измерения температуры и влажности.
Датчик измерения температуры и влажности (фиг.1) содержит чувствительный элемент 1, который закреплен на стойках-электродах 2, изготовленных из электропроводящего материала (платинит, медь, никель и т.п.) методом лазерной сварки или другой высокоточной пайки. Стойки-электроды 2 впрессованы в основание 3 типа «пальчиковой лампы». Материалом основания 3 может быть стекло, эбонит и т.п. Преимущественно, чувствительный элемент 1 выполнен в виде нити металла платиновой группы или сплава на его основе с нанесенным на нее кремний-органическим покрытием. Чувствительный элемент 1 может быть выполнен в виде прямого отрезка (фиг.2, 4), спирали (фиг.1-3), биспирали, триспирали.
Датчик измерения температуры и влажности работает следующим образом. При подаче на чувствительный элемент 1 стабилизированного питания определенной микромощности он нагревается за несколько миллисекунд до заданного температурного значения, при этом промежуток времени разогрева от температуры окружающей среды до заданного температурного значения является функцией влажности. Важно, что в указанном интервале температур используется начальный линейный участок изменения сопротивления чувствительного элемента 1. Перед моментом измерения чувствительный элемент 1 датчика, масса которого незначительна, имеет температуру среды, в которой он находится. После подачи на него высокостабилизированного напряжения происходит его мгновенный разогрев до строго заданного температурного значения. При этом фиксируется температура среды в начале разогрева и время достижения заданного температурного значения, которое в свою очередь является функцией влажности среды.
Микромощность разогрева рассчитана (подобрана) таким образом, чтобы на поверхности чувствительного элемента 1 не происходило испарение молекул воды в зоне контроля, а лишь некоторое их удаление от поверхности чувствительного элемента 1, не вносящее какого-либо воздействия на измеряемую среду. Чем большее количество молекул воды находится в зоне контакта с чувствительным элементом 1, тем дольше будет промежуток времени до достижения чувствительным элементом 1 заданного температурного значения при его разогреве.
Аналогичным образом возможно производить измерения температуры-скорости воздушного (газового) потока и температуры-давления (или вакуума) окружающей среды. Чувствительный элемент таких датчиков также выполнен из сплава или металла, имеющего высокий температурный коэффициент сопротивления, но в этом случае селективное покрытие не требуется. Конструктивная особенность датчика измерения температуры-давления (или вакуума) заключается в том, что чувствительный элемент имеет сильфоновый, герметично закрытый корпус, механические свойства которого подбираются в зависимости от избыточного давления (или величины вакуума) в зоне контакта (контроля), а чувствительный элемент датчика измерения температуры-скорости потока полностью открыт для обдува потоком воздуха (газа). Чувствительный элемент датчика измерения температуры-давления (вакуума) регистрирует время достижения заданного температурного значения, которое в этом случае является функцией давления (вакуума).
Чувствительный элемент датчика измерения температуры-скорости потока также регистрирует время достижения заданного температурного значения, но оно в этом случае является функцией скорости обдува потоком воздуха (газа).
Заявленный датчик измерения температуры и влажности за счет новых отличительных признаков, а именно, за счет того, что чувствительный элемент выполнен из сплава или металла, имеющего высокий температурный коэффициент сопротивления, на поверхность которого нанесено высокопрочное покрытие селективное к измеряемому параметру газовой (воздушной) среды, обеспечивает возможность одновременного измерения не только температуры и влажности, но измерение таких параметров, как температура-давление (вакуум), температура-скорость потока, что расширяет область применения. Кроме того, при выполнение чувствительного элемента вышеуказанным образом не требуются периодические поверки и юстировки датчика, не требуются первичные преобразователи, что повышает точность измерения, упрощает конструкцию, упрощает эксплуатацию, увеличивает сроки эксплуатации.