5. Giới thiệu về các chương mục của luận văn
1.3.4Ẩm kế biến thiên trở kháng
Ẩm kế loại này dựa vào sự thay ựổi tắnh dẫn ựiện (hoặc cách ựiện) của một phần tử nhạy hút ẩm khi nó hút ẩm (hút nước từ không khắ). Lượng nước hút sẽ nhiều hơn khi ựộ ẩm không khắ lớn. Vậy phần tử nhạy phải bằng các chất mà tắnh dẫn ựiện (hoặc cách ựiện) của nó thay ựổi theo lượng nước mà nó hút từ không khắ. Sự thay ựổi này phải tuyến tắnh, có tắnh thuận nghịch và ổn ựịnh theo thời gian.
Xét các ẩm kế biến thiên trở kháng phổ biến.
a. Ẩm kế ựiện trở
Nguyên lý cấu tạo của ẩm kế ựiện trở khá ựơn giản. Chất hút ẩm có ựiện trở biến thiên theo ựộ ẩm ựược phủ trên một ựế cách ựiện. Hai ựầu có 2 ựiện cực bằng kim loại không bị oxy hoá (inoxydable). điện trở giữa 2 ựiện cực Rm ựược ựo qua ựiện áp ựặt vào ựiện cực và dòng chạy qua phần tử nhạy cảm là chất hút ẩm. điện trở Rm không chỉ phụ thuộc vào ựộ ẩm mà còn cả vào nhiệt ựộ.
điện trở Rm thay ựổi khá rộng theo ựộ ẩm, từ vài MΩ ựến 80MΩ.
để Rm chỉ cònphụ thuộc ựộ ẩm, ẩm kế ựược bù trừ ảnh hưởng của nhiệt ựộ theo sơ ựồ mạch. điện trở Ra mắc nối tiếp với Rm phải có cùng hệ số nhiệt ựiện trở với Rm nhờ vậy do nhiệt ựộ mà Rm tăng (giảm) bao nhiêu thì Ra cũng tăng (giảm) bấy nhiêu và tỷ số U2 trên U1 giữ nguyên (khi nhiệt ựộ thay ựổi). Khi ựộ ẩm thay ựổi thì tỷ số này thay ựổi từ ựó có thể suy ra U%.
Ẩm kế ựiện trở có kắch thước nhỏ nên thời gian ựáp ứng nhanh (vài giây), giá thành thấp, ắt chịu ảnh hưởng của môi trường (có thể sử dụng ở nơi có hoá chất).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 17
Dải ựo ựộ ẩm là (5% ọ 95%) với nhiệt ựộ từ -100C ựến 600C và ựộ chắnh xác ổ 2% ổ 5%
b. Ẩm kế tụ ựiện polyme
Phần tử nhạy cảm là màng polyme dày vài ộm có khả năng hút ẩm từ không khắ và thay ựổi tắnh cách ựiện của nó, biểu thị qua hằng số ựiện môi ε.
Màng polyme dùng làm chất ựiện môi của một tụ ựiện nên ựiện dung tụ ựiện
0S C
d
εε
= sẽ thay ựổi theo ε tức là thay ựổi theo ựộ ẩm. Sự thay ựổi này là tuyến tắnh và ắt phụ thuộc vào nhiệt ựộ.
Hằng số ε của màng polyme chỉ từ 2 ựến 6, trong khi của nước là (80 ọ
81) nên chỉ một hàm lượng nhỏ của nước cũng kéo theo sự thay ựổi ε lớn và ựiện dung C thay ựổi nhiều.
Sơ ựồ cấu tạo một ẩm kế tụ ựiện có polyme làm ựiện môi.
Hình 1.5: Ẩm kế tụ ựiện polymer
1. điện cực xốp bên ngoài (Cr) 2. Dẫn dòng ra ngoài (Cr Ờ Ni - Au) 3. Polyme 4. điện cực trong (Ta)
5. Bản nền
Ẩm kế tụ ựiện polyme có phạm vi ựo U% từ 0% ựến 100% trong khoảng nhiệt ựộ làm việc -400C ựến 800C hay 1000C với ựộ chắnh xác (ổ 2 ọổ3)% và thời gian ựáp ứng khoảng vài giây.
c. Ẩm kế tụ ựiện Al2O3
Ẩm kế loại này, chất ựiện môi là Al2O3. Một tấm nhôm ựược dùng làm anốt ựể ựiện phân dung dịch axit sunphuric (H2SO4). Khắ oxy ựược giải phóng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 18
ở anôt sẽ oxy hoá bề mặt ựiện cực thành một lớp Al2O3 có cấu trúc xốp. Tấm nhôm sẽ ựược dùng làm một bản cực của tụ. Bản cực thứ hai là một màng mỏng kim loại phủ lên mặt ngoài của lớp xốp Al2O3 (thường là Al, Cu, Au, Pt, Pd hoặc hợp chất Ni Ờ Cr). Lớp ựiện môi càng mỏng càng tốt vì ẩm kế loại này thường chế tạo ựo ựộ ẩm thấp và cảm biến chỉ nhạy ở ựiểm sương của môi trường bao quanh. Dải ựo ựiểm sương là -800C ựến 700C với thời gian ựáp ứng vài giây trong ựiều kiện áp suất từ chân không ựến hàng trăm bar. Cảm biến không sử dụng ở môi trường có chất ăn mòn Al.
Hình 1.6: Ẩm kế tụ ựiện oxyt Al2O3 1. điện cực nhôm Al 2. Lớp ựiện môi xốp Al2O3 3. Dây dẫn 4. điện cực vàng Au 5. Hộp bảo vệ d. Ẩm kế ựiện phân
Ẩm kế này dùng ựo lượng hơi nước rất nhỏ trong chất khắ. Nguyên lý cấu tạo của ẩm kế ựiện phân như hình 1.7
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 19
Hình 1.7: Nguyên lý cấu tạo của ẩm kế ựiện phân 1. Ống dẫn khắ 2. Lớp vỏ teflon 3. đầu nối ựiện 4. Vỏ thép không rỉ 5. Các ựiện cực (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một ống dài 1 khoảng 10cm ựể khắ cần ựo ựộ ẩm chạy qua. Bên trong ống là chất anhydric phosphoric (P2O5) và có 2 ựiện cực bằng Platin (hoặc Rôựi) quấn xung quanh chất P2O5. Khi khắ cần ựo ựộ ẩm chạy qua ống ựo hơi nước sẽ bị lớp P2O5 hấpthụ thành H2PO3. điện áp một chiều 70 VDC ựặt giữa 2 ựiện cực sẽ ựiện phân nước, giải phóng O2, H2 và tái tạo P2O5
Theo ựịnh luật Faraday về ựiện phân, ựiện lượng cần ựể ựiện phân 1gam hoá trị nước (9g) là 96.500C (nước hoá trị 2 có phân tử gam bằng 18g). Từ ựó
nếu khối lượng nước bị giữ và ựiện phân trong một ựơn vị thời gian m t d d thì dòng ựiện phân sẽ là: 3 1 96.500 9.10 m t d dQ I dt − d = = Ta có thể viết: dm C Qv v dt =α⋅ ⋅
trong ựó: Qv - lưu lượng khắ qua ựầu ựo (m3/s). Cv - nồng ựộ hơi trong không khắ (kg/m3).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 20
Khi tốc ựộ khắ qua ống do không ựổi thì α không ựổi và xác ựịnh α nhờ chuẩn ựầu ựo. Vậy biểu thức có thể viết lại:
3 96.500 9.10 v v I = − α⋅C Q⋅ Nếu ựặt 96.5003 9.10 v k = − α⋅Q thì v I =k C⋅
Nghĩa là ựối với một thể tắch khắ cho trước dòng ựiện phân tỷ lệ với nồng ựộ hơi nước trong khắ ựó.
đặc ựiểm của ẩm kế ựiện phân P2O5 là chất P2O5 ựược tái tạo thường xuyên. Thời gian sống của lớp này có hạn nên cần phải tái tạo thêm theo chu kỳ. Tần số tái tạo thêm quyết ựịnh bởi tần số sử dụng, ựiều kiện sử dụng và ựộ sạch của khắ cần ựo nồng ựộ nước. Có thể dùng bộ lọc ựể giảm ựộ không sạch của khắ. Ẩm kế này dược dùng ựể ựo ựộ ẩm cho nhiều loại khắ như: nitơ, hydro, khắ Cacbônic, khắ mêtan, không khắ, các khắ làm lạnh (freon)Ầnhưng không dùng ựược với một số khắ có tác dụng với P2O5 như hơi rượu, ammôniacẦ
Ẩm kế ựiện phân rất thắch hợp ựể ựo lượng hơi nước nhỏ trong khắ ựo. Giới hạn dưới của dải ựo bị hạn chế vì sự hấp thụ và thả hơi nước trên ựường dẫn khắ và không khắ ựo ựược khi ựiểm sương Td < -70 (ở nồng ựộ 10ppm ọ 20ppm).