9.3. Сорбционные влагомеры

В основе сорбционного метода измерения влажности лежит способность некоторых веществ, имеющих пористую структуру, ад­сорбировать влагу на своей поверхности. Эта влага находится в равновесном состоянии с влажностью измеряемой среды. Количест­во воды, адсорбируемой на поверхности, увеличивается с повыше­нием влажности газа. Наряду с этими изменениями изменяются ме­ханические, электрические, массовые, цветовые и другие свойства материала, из которого изготовлены чувствительные элементы вла­гомеров.

Сорбционные влагомеры широко применяются для определения содержания влаги в различных газовых средах в широком темпе­ратурном диапазоне — от —40 до +300° С. Известно большое число влагомеров газов, основанных на использовании сорбционного ме­тода. К ним относятся деформационные, электрометрические, элек­тролитические, подогревные электролитические, кулонометрические, сорбционно-частотные и др. Наибольший интерес представляют влагомеры кулонометрические, сорбционно-частотные и электро­метрические, получающие в последнее время все большее распро­странение благодаря высокой чувствительности, точности и надеж­ности.

9.3.1. Деформационные влагомеры

В качестве чувствительных элементов в этих влагомерах приме­няются различные нити или мембраны из органических или неорга­нических материалов, изменяющие свои механические свойства при поглощении влаги из окружающей газовой среды. Чаще все­го в таких приборах чувствительными элементами являются пучок обезжиренных волос, животные пленки, капроновые нити, целло­фан. Недостатками приборов являются слабое усилие, развиваемое чувствительным элементом, большая инерционность, возрастающая с понижением температуры, наличие гистерезиса и др.

9.3.2.Электрометрические влагомеры

Чувствительным элементом такого влагомера является твердый пористый сорбент, поглощающий водяной пар из окружающей сре­ды. При этом происходит изменение электрических свойств сорбен­та, как правило, активного сопротивления или емкости, которые измеряются с помощью соответствующих электроизмерительных приборов.

Одним из таких устройств является чувствительный элемент из микропористого эбонита с напыленными металлическими электро­дами. Сопротивление его изменяется в зависимости от влажности окружающей газовой среды. Известны также чувствительные эле­менты из микропористого стекла, различных видов керамики и т. п.

Для измерения влажности парогазовой среды в хлебопекарных камерах при температуре 100—300° С применяются чувствитель­ные элементы из очищенного специально обработанного хризотил-асбеста.

В зависимости от влажности удельное сопротивление такого измерительного преобразователя изменяется от 10 до 10³ Ом-м.

В последние годы получили распространение влагомеры, в основу которых положено измерение поверхностной проводимости пленки окиси алюминия при адсорбции на ней паров воды. Схема чувствительного элемента такого электросорбционного преобразователя показана на рис. 9.3. Окисный слой образуется по специальной технологии на алюминиевой подложке 4 из двух слоев: внешнего с высокой пористостью 2 и 1 барьерного 3. Алюминиевая подложка 4 является одним из электродов, вторым служит проницаемый для водяных паров тонкий слои золота 1, нанесенный на внешнюю поверхность оксидного слоя. Алюминиевое основание и слой золота представляют собой в сущности оксидно-алюминиевый конденсатор. В зависимости от упругости водяного пара в окружающей среде на поверхности преобразователя сорбируется некоторое количество воды, что приводит к изменению его электрического сопротивления, которое измеряется чувствительным электроизмерительным прибором, отградуированным в единицах влажности. Чувствительность таких приборов около 0,1%, основная погрешность ± 1 %.

Рис. 9.3. Схема чув­ствительного элемен­та электросорбцион­ного преобразовате­ля влажности газа

1-тонкий слой золота, 2-внешнний слой с высокой пористостью, 3-барьерный слой, 4-алюминиевая подложка