Преобразователь влажности газов Советский патент 1984 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения влажности газов и их смесе с помощью нормальных акустических волн в пластине.

Известно устройство, предназначанное для измерения влажности газообразных сред, в котором в качестве чувствительного элемента используется пьезокварцевая пластина с металлическими электродами, покрытая влагочувствительной пленкой 11,

В известном преобразователе влйж,ности выходным параметром характеризующим влажность среды,, является добротность или резонансная частота колебаний пьезопластины, величина которых определяется относительным изменением массы пластины в атмосфере контролируемой среды. Чувствительность пьезокварцевогО преобразователя влажности к атмосфере влажно.го газа определяется отношением толщины влагочувствительного покрытия к толщине пьезокварцевого резонатора (,0051. Для повышения чувствительности пьезокварцевого преобразователя влажности необходимо применять толстые влагочувствительнь1е покрытия однако их применение ограничивается тем, .что при этом резкО. уменьшается добротность пьезокварцевого резонатора, что приводит к нарушению работоспособности пьезокварцевого преобразователя влажности газов.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь влажности газов, содержащий два электроакустических преобразователя, установленные на ленточном звукопроврде из влагонепроницаемой погложкй- с нанесенным слоем сорбента 2.

Для получения информации о влажности газа в преобразователе используются поверхностные акустические волны (ПАВ), которые распространяются в звукопроводе и слое сорбента. Локализация поверхностнЬй акустической волны в слое сорбента зависит от рабочей частоты. Кроме того, скорость ПАВ в преобразователе влажности газов зависит также от рабочей частоты.

Чувствительность преобразователя нелинейно зависит от рабочей частоты Этот недостаток практически проявляется в тех случаях, когда необходимовншедашй из строя преобразователь заменить новым или работаюишй подключить к другой измерительной схеме. В этик рлучаях производится корректировка измерительной схемы по частоте. В результате корректировки рабочей частоты происходит изменение чувствительности датчика, котору трудно учвйть из-за нелинейности. Эт обстоятельство затрудняет ввод соответствующей поправки к чувствительности преобразователя и уменьшает точность измерений.

Цель изобретения - увеличение точности измерений преобразователя в влажности газов при изменении его рабочей частоты.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе влажности газо содержащем два -электроакустических преобразователя/ установленные на ленточном звукопроводе из влагоне проницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцо ленточного звукопровода, причем толщна слоя сорбента выбирается из неравенства

,

где h - толщина подложки;

длина.сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей.

Кроме того, звукопровод может йать выполнен из сррбента.

На фиг. 1 изображен преобразовав тель влажности газов, общий вид на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Преобразователь влажности газов содержит два -снабженных элек1гродамн 1 электроакустических преобразователя 2, выполненных из пьезоматериала и установленных на ленточвом звукопроводе из влагонепроницаемой подложки 3 с нанесенным слоем сорбента 4. Электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых упругих колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода, рричем толщина слоя сорбента выбирается из неравенства

IA,.,

где Ь - толщина подложки;

длина сдвиговой волны в

ленточном звукопроводе- при максимальной относительной влажности к максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей.

Звукопровод может быть выполнен нз сорбента.

Для того, чтобы электроакустический преобразователь из.:учал сдвиговые упругие колебания, используют пьезоматериал с такой поляризацией, что под действием электрического тока в нем возникают сдвиговые упругие смещения. Электроакустические преобразователи предназначены для возбуждения и приема сдвиговых ульт звуковых волн в ленточном звукопроводе, состоящем из подложки и сорбента. Подложка выполнена из Материалас малым температурным коэффициентом линейного расширения, например из никелевого сплава или влагонепрониц мого диэлектрика (кварца. В случае использования в качестве подложки диэлектрика его металлизируют, чтоб подсоединить соединительный провод и подвести электрический сигнал к пьезоматериалу. Слой сорбента 4, выполняют из материала, обладающего хорошими акустическими свойствами, т.е. из окислов кремния Sio, микр пористых стекол, в которых ультразв ковые волны имеют малый коэффициент затухания. Материалы, из которых вы полняется ленточный звукопровод, же лательно подбирать так, чтобы скорость распространения ультразвука в по,цложке и сорбенте была приблизительно одинаковой. Ширина и длина ленточного звукопровода в преобразр вателе влажности выбирается такой, чтобы сдвиговые акустические волны распространялись в нем без значител ных затуханий (не более 60 дБ/. Опт мальная ширина ленточного звукопррвода составляет 20-30 длин сдвиговы волн ( распространякяцихся в звуко проводе. Для ToiO, чтобы предотвратить проникновение влаги в пьезо латериал электроакустических преобр ехэвателей и устранить связанную с этим погрешнвсть измерений, электроакустические преобразователи защищают от влаги влагонепроницаемой оболочкой, например покрывают елоем фторопласта толщиной л0,1Я. Преобразователь влажности газов работает следующим образом. Преобразователь влажности помещают в замкнутый объем, который продувается влажный газ. К излучающему электроакустическому преоб разователю от внешнего генератора илсокой частоты подается электрический сигнал, который преобразуется в сдвиговые ультразвуковые колебания распространяющиеся по лeнтoчнoмy зву копроводу. Вид волны, распространяющийся по звукопроводу, зависит от вида механических колебаний в пьеэоматериале, В атмосфере влажного газа слой сорбента 4 поглощает влагу, что приводит к изменению скорости ультразвуковых волн в слое сорбента Вследствие того, что слой 4 акустически связан с подложкой, изменение скорости звука в слое 4 приводит к изменению скорости звука 6 системе подложка - слой сорбента. Далее ультра звуковые колебания поступают в приемвый электроакустический преобразователь, где ультразвук преобразуется в электрический сигнал. Изменение скорости звука в системе ленточный звукопровод - слой сорбента, в атмосфере влажного газа приводит к изменению фазы электрического сигнала на выходе преобразователя влажности газа. Таким образом, измеряя фазу ((или время задержки ) электрического сигнала на выходе преобразователя влажности газов, получают информацию о влажности газа в контролируемой среде. Для измерения влажности газа может быть использована любая из известных измерительных схем, обладающая высокой точностью измерения скорости ультразвука. В том случае, если звукопровод преобразователя влажности выполнен из материала сорбента, его работа аналогична описанной ., Скорость распространения сдвиговых акустических волн в ленточном звукопроводе не зависит от рабочей частгты. Это обстоястельство способствует увеличению точности измерения при изменении рабочей частоты. Чувствительность преобразователя к атмосфере влажного газа определят ется отношением толщины слоя сорбента (cf) к толщине подложки (h I, Кроме того, чувствительность зависит от соотношения плотностей материалов, из которых изготовлены подложка и слой сорбента. Чувствительность больше тогда, когда материал подложки имеет меньшую плотность. Преобразователь влажности газов может работать на частотai до 150 МГц. Использование высоких частот позволяет применять тонкий слой сорбента, что способствует снижению инерционности измерений. Разрешающая способность преобразователя влажности зависит от длины ленточного заукопровода, так как разрешающая способность измерительной схег.1ы, подчключаемой к преобразователю влажности, зависит от времени згдерлски электрического сигнала. Кроме того, раэреглаю.-ая способность преобразователя возрастает с увеличением длины ленточного звукопровода. В народном хозяйстве 1тс;еобра:. с;взтель влажности газов наиболее ;эффек тивно может быть использован в производствах, где требуется измерение влажности газов. Так, например, его можно-использовать в текстильной отрасли прокышленности для yjT 4jjjeHKK контроля влажности воздуха, так как механические свойства волокон зависят от влажности воздушной среды. Предлагаемое устройство мояно также ис- ., пользовать и в складских помещениях легкой, пищевой и тяжелой проквлилен ности.

Преобразователь влажности газов, наиболее целесообразно использовать При |фоведении ночных исследований в Области химии для изучения поверхностных явлений, так как с его помощью легко) преобразовать полезную информацию в электрический сигнал, ««пример преобразователем можно измерять изотеркш абсорбции паров ве-щества в слое сорбента, исследовать адгезию и когезию пленок на поверхности твердого ела в атмосфере увлажненного воздуха, что очень важно при исследовании и разработке лакокрасочных покрытий.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, содержащий два электроакустических преобразователя, устцнбвленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности измерений при изменении рабочей частоты, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода, причем толщина спря сорбента (f выбирается из неравенства :1,, где ft толщина подложки iдлина сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей. е . Устройство по п. J.,o т л ич а ю щ е е с я тем, что, звукопровыполнен из сорбента. вод 35 Сл Ы СП СП 0Vt.f