190446. lajstromszámú szabadalom • Érzékelő és mérési elrendezés víz és/vagy vízzé konvertálható alkotó kvantitatív mérésére
1 190 446 2 A találmány tárgya érzékelő és mérési elrendezés víz és/vagy vízzé konvertálható alkotó kvantitatív mérésére, amely víz mellett mindenek előtt hidrogén és oxigén kvantitatív mérésére szolgál. Az érzékelő ismert módon mérőáramkörbe illesztett két elektródot, és közöttük filmszerű rétegben hordozófelületen elrendezve nedvesség hatására elektromos ellenállását változtató aktív anyagot tartalmaz, míg a mérési elrendezésben az érzékelőn kívül a mérendő alkotót az aktív anyag felületén áramoltató eszköz és az aktív anyag ellenállását mérő áramkör van. A találmány szerinti érzékelő és az ennek alapján létrehozott mérési elrendezés nedvességtartalom és más alkotók mennyiségének nagy pontosságú mérését teszi lehetővé széles értéktartományban. A nedvességtartalom mérésére többféle eljárás és eszköz ismeretes. Az ipari gyakorlatban, a mindennapi életben sok helyen van szükség kis méretű, jól mozgatható készülékekre, amelyek érzékelőit a korszerű megoldásokban félvezető vagy más, nedvesség hatására elektromos ellenállásukat változtató aktív anyagból hozzák létre. Ezeknek az érzékelőknek egyik jellegzetes példáját ismerteti a 23 39 545 számú NSZK szabadalmi leírás. Ebben az érzékelőben az aktív anyag két, külső mérőáramkörbe illeszthető elektródok között hordozófelületen filmszerű, a leírás szerint általában 0,005 mm vastag réteget alkot. Az aktív anyag klórtartalmú polimerizált vegyület valamint poliamid gyanta reakciótermékeként jön létre. A környezeti szennyezések esetleges károsító hatása ellen nedvességet áteresztő védőréteggel is ellátható. Ezeknek az érzékelőknek alapvető hiányosságai a környezeti hatásokkal szembeni érzékenység, viszonylag gyors öregedésük, karakterisztikájuk változékonysága, továbbá az, hogy kis nedvességtartalom kimutatására csak kevéssé alkalmasak, ezért a tudományos kutatás céljaira, pontos mérések elvégzésére nem használhatók. Az ismert hordozható kivitelű készülékek közül a legnagyobb pontosságot a coulometriás módszerek biztosítják, amelyek az igen kis nedvességtartalmak tartományát is képesek átölelni. Az ilyen módszerek megvalósítására alkalmas érzékelők például a 429 327 lsz. szovjet szerzői tanúsítványból, vagy az 1 284 737 lsz. angol szabadalmi leírásból ismerhetők meg. Lényegük, hogy kettős spirálként elrendezett két platinaszál között biztosított, általában 0,2 mm körüli, esetenként 1 mm-ig terjedő nagyságú résben helyezik el a hideg állapotban foszforsav alapú aktív anyagot, amelyet nedvesen kennek fel a két platinaszál közé. A platinaszálak, mint elektródok az aktív anyaggal együtt rendszerint 100... 1200 mm hosszú üvegcsőben helyezkednek el. Az érzékelőt elektrolitikusan vagy Joule-hővel szárítják ki. Az aktív anyag száraz állapotban igen jó szigetelő, rajta nagy hosszúság mellett is csak 10 9 A alatti áram folyik át. Nedves állapotban vezetőképessége megváltozik, az áram elektrolitikusan bontja a vizet és az ehhez szükséges töltésmennyiséget 10 V alatti feszültség mellett mérik. A coulometriás mérés előnye a nagy pontosság, a széles méréstartomány. Hátránya a kis áramerősségek mérésének és kompenzálásának szükségessége, az a tény, hogy a kettős spirális kezdeti szakasza a további szakaszoknál erősebb igénybevételnek van kitéve, s az élettartamot az itt bekövetkező károsodások hátrányosan befolyásolják. A mérési eredményt erőteljesen meg tudja hamisítani a platinának az a tulajdonsága, hogy különösen 40 °C hőmérséklet felett érvényesül: a hidrogént katalitikusán megköti, s benne az oxigénnel való rekombináció révén újból víz keletkezik, a már egyszer felbontott vízmolekula újra képződik és visszakerül a mérési folyamatba. Ez - a platina igen drága volta mellett - korlátozza az érzékelő alkalmazási lehetőségét, és nagyobb hőmérsékletek esetén költséges hűtőrendszerek beiktatását igényli. Az erősen korrozív és agresszív aktív anyag miatt, a polarizációs feszültség jelenléte miatt az elektródok anyaga gyakorlatilag csak a platinafémek közül választható. Az ismert eljárásokban azokat az alkotókat, amelyek valamilyen kémiai reakció révén vízzé alakíthatók, a mérés előtt vízzé alakítják, és az ehhez szükséges anyagokat megfelelő reakciótérben adagolják (például a hidrogént oxigénnel vízzé égetik). A találmány célja az ismertetett hiányosságok kiküszöbölése. Alapja az a felismerés, hogy a foszforsav alapú higroszkópos rendszerek alkalmazása nem feltétlenül igényli a coulometriás mérési eljárásokat, hanem megfelelő kialakítás mellett az ellenállásmérés sokkal egyszerűbb, hatékonyabb, kisebb hibalehetőségeket rejtő módszerei felhasználhatókká válnak. A találmány feladata ennek megfelelően olyan, az ellenállásmérés elvén működő érzékelő és mérési elrendezés kidolgozása, amely a legkisebb nedvességtartalmak tartományában is, nemesfém alkalmazása nélkül, egyszerű módon képes a nedvességtartalom és ezen keresztül a vízzé alakítható összetevők nagy pontosságú kvantitatív mérésére, és amely a 40 °C-nál magasabb hőmérséklettartományban is biztosítja a nagy pontosságú és érzékenységű mérés lehetőségét. A kitűzött feladat megoldására érzékelőt és mérési elrendezést hoztunk létre. Az érzékelő viz és/vagy egy vagy több vízzé konvertálható alkotó kvantitatív mérésére mérőáramkörbe illesztett két elektródot és közöttük filmszerű rétegben hordozófelületen elrendezve nedvesség hatására elektromos ellenállását változtató aktív anyagot tartalmaz és a találmány szerint az aktív anyag a hordozófelületet szélességében folyamatos rétegben borító, hideg állapotban foszforsav alapú rétegként van kialakítva, míg az elektródok a hordozófelület hosszirányában egymással szemközt vannak elhelyezve. A hordozófelület síkszerű, ami az adott esetben a sík, az enyhén meghajlított (görbített) vagy kissé hullámos kialakítást jelenti. Célszerűen a hordozófelület kémiailag ellenálló szigetelő anyagból áll, vagy ilyen alapján van elkészítve. Ilyen anyag például az üvegszállal erősített papír, a felületkezelt kerámia, az üvegszövet, a nitrocellulóz, a poliakril-nitril (plexi), a teflon, a felületkezelt üveg vagy ezek kombinációja. Az elektródokat előnyösen 10...70 mm távolságban helyezzük el egymástól, mindenek előtt a mérési feltételektől függően: a 10mm alatti távolságok esetén 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
