185235. lajstromszámú szabadalom • Hőmérsékltetkompenzált elektromos jeladó nedvességméréshez
1 185 235 2 A találmány alkalmazási területe A találmány az analitikai méréstechnika területére vonatkozik. Mindenekelőtt levegő és más gázok, valamint szilárd anyagok és folyadékok nedvességtartalmának mérésére alkalmas. Az ismert műszaki megoldások jellemzése Nedvességmérésre szolgáló elektromos jeladók ismerlek, ezek a mérendő objektum nedvességtartalmával arányos vagy annak megfelelő elektromos jelet szolgáltatnak. Mivel a mérendő objektum hőmérséklete a nedvességtartalomról informáló elektromos jelet alapvetően meghamisítja, a nedvességmérésre szolgáló ismert jeladóknál a mérendő objektum hőmérsékletének ezt a befolyását úgy küszöbölik ki, hogy a nedvességmérő elemmel együtt, annak közelében hőmérsékletmérő elemet is elrendeznek, amelynek kimenő elektromos jele a nedvességtartalommal kapcsolatos elektromos jellel megfelelő kapcsolatba hozható. Ezeknek az ismert elektromos jeladóknak az a hátrányuk, hogy a nedvességmérést zavaró hőmérsékleti hatások kiküszöbölése csak bizonyos hibahatárok között lehetséges, mivel a szükséges hőmérsékletmérő elem a nedvességtartalommal kapcsolatosan keltett jel számára mértékadó hőmérséklet hibátlan meghatározását nem teszi lehetővé. Ennek oka, hogy a hőmérsékletmérő elem a nedvességmércs helyétől elválasztva helyezkedik el, az elemet meghatározott tehetetlenség jellemzi, saját mérőárama melegíti és az idő múlásával az elem öregszik. A találmány célja A találmány szerint nedvessegméréshez kidolgozott elektromos jeladóban az előbb említett hátrányokat ki kívánjuk küszöbölni, a zavaró hőmérsékleti hatásokat hibamentesen kívánjuk kiegyenlíteni oly módon, hogy ehhez, külön hőmérsékletmérő elemre ne legyen szükség. A találmány lényegének ismertetése A találmány szerinti, nedvességmérésre szolgáló jeladó egy vagy több olyan nedvességmérő elemből áll, amelyek frekvenciameghatározó tagokként fázistoló oszcillátor ellenállás-kapacitás láncába vannak beiktatva. Ily módon a jeladó a nedvességtartalomtól függő frekvenciaanalóg elektromos jelel szolgáltat. Gázok nedvességtartalmának méréséhez a nedvességmérő elem olyan nedvességtől függő értékű elektromos ellenállás, amely igen vékony rétegként hordozóra van felvíve. Ez a vékony ellenállásréteg a környező gáz vízgőztartalmával oly módon jut kapcsolatba, hogy növekvő nedvességtartalom esetén a gázból vizet vesz fel és fordítva. Ez a vízáramlás (anyagcsere) az ellenállásrélegben a töltéshordozók koncentrációjának megváltozását okozza. Az ezekben az esetekben általában korlátos koncentrációérlékek mellett a töltéshordozók az ellenállásréteg szilárd határfelületéhez igen erősen kötődnek, ezért határfelületi polarizáció lép fel. Ebből következően a környezetben levő gáz nedvességtartalmának megváltozásai mindenek előtt az ellenállásréteg meddő ellenállását befolyásolja. A hőmérséklet változásai során a gáz és az cllenállásréteg közölt hőcsere (energiacsere) zajlik le. Ezzel kizárólag az ellenállásrétegben levő töltéshordozók mozgékonysága változik. A hőmérsékletvállozások hatására az ellenállásréteg aktív ellenállása és meddő ellenállása ugyanolyan irányban változik. Mind a nedvességtartalom, mind pedig a hőmérséklet egyidejűleg és egyazon mérőelem állapotára hat, vagyis az ellenállásréteget befolyásolja. Ellenállásból és kapacitásokból álló lánccal kialakított fázistoló oszcillátorban a saját frekvenciát a lánc tagjainak értéke döntően meghatározza. Ha a fentiekben leírt ellenállásréteg, amely egyidejűleg hőmérséklet és nedvességtartalom érzékelésére alkalmas, a fázistoló oszcillátor láncának egyik tagját alkotja, akkor az ellenállásréteg aktív és meddő ellenállása az oszcillátor-frekvenciát ellenkező értelemben befolyásolja. A hőmérséklet által a két ellenállástípus értékére gyakorolt azonos értelmű hatást a fázistoló oszcillátor az oszcillátor-frekvenciában jelentkező ellenkező értelmű hatássá alakítja át. Ily módon a hőmérséklet hatása elvileg kompenzált lesz. A fázistoló láncban az R és C értékek megfelelő megválasztásával a teljes kompenzálás biztosítható. Ha a fázistoló oszcillátor kapacitásokból és ellenállásokból álló láncában a mérőkondenzátorokat nedvességtartalom mérésére alkalmas elemekkel váltjuk fel, ahol a mérőelemek terében szilárd anyagokat is el lehet helyezni, vagy azon folyadékokat átvezetni, akkor a jeladó a szilárd anyag nedvességtartalmától vagy a folyadék víztartalmától függő frekvenciaanalóg elektromos jelet szolgáltat, amely a gáz nedvességtartalmának méréséhez hasonlóan a mérendő objektum hőmérsékletétől független. A fázistoló láncban az R és C értékek megfelelő biztosításával a mindenkori mérendő objektum hőmérsékletének kompenzálása optimális módon biztosítható. Kiviteli példa A nedvesség méréséhez kialakított találmány szerinti elektromos jeladót a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán ismertetjük. 1. ábra: a találmány szerinti jeladó gázokban végzendő mérésekre alkalmas változatának kapcsolási vázlata, a 2. ábra: az 1. ábra szerinti jeladó átviteli karakterisztikája, a 3. ábra: szilárd anyagok és folyadékok méréséhez kidolgozott elektromos jeladó kapcsolási vázlata, a 4. ábra: a 3. ábra szerinti jeladó átviteli karakterisztikája a kondenzátorok terében elhelyezett szénpor mérésekor, míg az 5. ábra: a 3. ábra szerinti jeladó átviteli karakterisztikája a kondenzátorok terében elhelyezett vízmctanol-keverék mérése esetén. Az 1. ábrán szaggatott vonallal körbevett kocka mutatja a frekvenciát meghatározó háromtagú 1 fázistoló láncot (RC-láncol). A lánc ellenállástagjainak helyébe 2 dielektromos nedvességmérő elemek vaunak beiktatva, amelyeket erősen vázlatos módon aktív és meddő ellenállásból összetett egységként mutatunk be. A 3 bemenetnél üzemi egyenfeszültség van bevezetve, míg 4 kimenetnél a nedvességtartalomtól függő frekvenciaanalóg elektromos jel vehető le. A 2. ábra szerinti átviteli karakterisztikában a kimeneti jel (ordinátatengeíy) és a relativ légnedvesség (abszcisszatengely) összefüggésének az ismert nedvességmérő elemek alkalmazásával 5 10 15 20 25 30 35 40 45 53 55 60 65 2
