Преобразователь влажности Советский патент 1985 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измери- тельной технике и предназначено для измерения влажности газов с помощью поверхностных акустических волн (ПАВ

Целью изобретения является увеличение чувствительности преобразователя влажности.

На фиг. 1 изображен предлагаемьй преобразователь влажности, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1

Устройство содержит расположенные на звукопроводе 1 источник 2 и приемник 3 ПАВ, а пленка 4 электролита находится на поверхности звукопровода между двумя короткозамкнутыми электродами 5.

Звукопровод 1 выполняется из пьезоматериала с малым температурным коэффициентом линейного расширения и большим коэффициентом электромеханической связи. Наиболее подходящим материалом для звукопровода является ниобат лития.

Источник 2 и приемник 3 ПАВ пред.ставляют собой подсоединенные кисточ инку переменного тока встречно-штыреJвыe металлические электроды, располо|женные на поверхности звукопройода 1. Материал электродов обладает коррозионной стойкостью в атмосфере влажного газа, т.е. электроды необходимо вьшолнять из никеля, золота или хрома. Толщина металлических электродов составляет 1000 А. Расстояние между встречно-штыревыми электродами зависит от рабочей частоты. Оптимальная рабочая частота преобразователя влажности находится в пределах 10-100 МГц потому, что на более высоких частотах расстояние между встречно-штыревыми электродами становится меньше 10 мкм и в этом случае, возможно паразитное действие капельной влаги, находящейся в контролируемой среде.

Кроме того, в этом диапазоне рабочих частот наиболее просто проводить точные электрические измерения. Оптимальное количество встречно-штыревых электродов в преобразователях ПАВ, т.е. в источнике и приемнике составляет 4-40 и зависит от материала звукопровода. Полоса пропускания преобразователей ПАВ составляет ,5-10% от рабочей частоты, т.е. они изготовляются широкополосными. Применение широкополосных преобразователей ПАВ облегчает проведение точных электрических измерений. Амплитудно-частотная характеристика преобразователя влажности имеет плавную форму с максимальным подавлением паразитных сигналов. На торцах и боковых гранях преобразователя влажности необходимо разместить поглощение ультразвук - покрытие, которое должно быть выполнено из влагопроницаемого материала, например из полиэтилена.

Крроткозамкнутые электроды 5 выполняются из того же материала, что и встречно-штыревые электроды преобразователей ПАВ. Толщина короткозамкнутых электродов такая же как и у встречно-штыревых электродов, так как изготавливаются одновременно с преобразователями ПАВ. Оптимальная ширина короткозамкнутых электродов составляет две - три ширины встречноштьфевого электрода преобразователя ПАВ и определяется из условия обеспечения надежного контакта с пленкой электролита 4. Короткозамкнут.1е электроды 5 представляют собой заземленную электропроводящую рамку, расположенную на поверхности звукопровода между встречно-штьфевыми преобразователями ПАВ. Ширина рамки равна длине встречно-штьфевого электрода преобразователя ПАВ. Расстояние между электродом рамки и встречно-штьфевым преобразователем ПАВ должно быть не менее ширины ,зазора между электродами встречноштьфевого преобразователя ПАВ. Короткозамкнутая заземленная рамка предназначена для того чтобы устранить паразитную электрическую наводку между преобразователями ПАВ, так как пленка электролита 4 в момент измерения влажности образует токопроводящую дорожку, через которую распространяется электрическая наводка от источника к приемнику ПАВ, что препятствует проведению электрических измерений параметров ПАВ (затухания и скорости), по которым определяется относительная влажность в контролируемой среде с помощью преобразователя влажности. Пленка 4 электролита является чувствительным элементом преобразователя влажности. Она выполняется из материала, изменякнцего свое электрическое сопротивление (электропроводность) в атмосфере влажного газа. Наиболее подхо3

дящим материалом для пленки электролита является LiCl, NaCl. Толщина пленки электролита должна быть не более двух расстояний между осями соседних электродов встречно-штыревого преобразователя ПАВ. Пленка электролита располагается внутри и на поверхности рамки, состоягЦей из короткозамкнутых электродов 3.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь влажности помещают в замкнутый объем, через которьш продувается влажньй газ. К источнику 2 ПАВ от внешнего генератора высокой частоты подается электрический сигнал, который преобразуется в ПАВ и распространяется по поверхности звукопровода 1 с находящимися на нем короткозамкнутыми электродами 5, пленкой электролита 4. Далее ультразвуковые колебания поступают

870554

в приемник 3 ПАВ, где ультразвуковые поверхностные акустические волны преобразуются в электрический сигнал. В атмосфере влажного газа пленка 4

5 электролита изменяет свою проводимость и составляющая ПАВ поверхностная электроакустическая волна (ЭАПВ) взаимодействует с электронами прово-. димости (ионами проводимости) плен-.10 ки 4 электролита. В результате этого взаимодействия изменяется затухание и время задержки электрического сигнала в преобразователе влажности. Таким образом, измеряя фазу (или 15 время задержки) электрического сигнала на выходе преобразователя влажности, получают информацию о влажности газа в контролируемой среде. Для измерения влажности газа может 20 быть использована любая из известных измерительных схем, обладающая высокой точностью измерения скорости ультразвука.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ, содержащий установленные на звукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, выполненный в виде подсоединенных к источнику переменного тока встречно-штьфевых электродов, и пленку электролита, отличающийс я тем, что, с целью увеличения чувствительности, на поверхности звукопровода установлены два короткозамкнутых электрода, между которыми нанесена пленка электролита, причем толщина пленки электролита не превыi шает двух расстояний между осями соседних встречно-штыревых электродов. (Л Л j