Конденсационный гигрометр на поверхностно-акустических волнах Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающих средств и методов контроля и может быть использовано для измерения влажности атмосферного воздуха, а также для контроля влажности в гигростатах и промышленных установках.

Известны конденсационные гигрометры для определения влажности воздуха, основанные на измерении температуры точки росы, содержащие полупроводниковый микрохолодильник с источником питания, пластину, закрепленную нерабочей стороной на нем, индикатор росы (инея), представляющий собой фотооптическую систему и регистратор температуры точки росы.

Недостатком этого гигрометра является низкая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению является конденсационный гигрометр с / -радиоактивным индикатором равновесия между водяным паром и конденсатом, содержащим полупроводниковый микрохолодильник с источником питания, металлическую пластину и встроенный в нее измеритель температуры, а также радиоактивный индикатор.

В этом гигрометре момент образования конденсата фиксируется радиоактивным индикатором по перепаду ионного тока или контролю его величины.

Недостатком работы данного гигрометра является низкая точность измерения, зависимость показаний гигрометра от агрегатного состояния конденсата, чистоты поверхности зеркала и воздуха, а также опасность работы с ним из-за наличия.радиоактивного препарата.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры точки росы путем автоматического регулирования массы влаги сконденсированной в капиллярных порах.

Цель достигается тем, что в конденсационном гигрометре на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), содержащем полупроводниковый микрохолодильник с источником питания, пластину, закрепленную нерабочей стороной на нем, и регистратор температуры точки росы, пластина выполнена из пьезоматериала, с рабочей стороны ее выполнена матрица с капиллярами, диаметр которых (d) не менее 2 мкм, а глубина (h), выбирается из неравенства

АПАВ ,

где ЯПАВ длина поверхностной акустической волны в пьезоэлементе.

На чертеже приведена структурная схема конденсационного гигрометра на поверхностно-акустических волнах.

Конденасационный гигрометр на поверхностно-акустических волнах содержит полупроводниковый микрохолодильник 1, на охлаждающей герметизированной камере 2 которого размещен термовлагочувстви- тельный элемент 3, выполненный из

пьезоматериала, обладающего гидрофильными свойствами. Камера микрохолодильника заполнена сухим воздухом.

На наружной и внутренней поверхностях термочувствительного пьезоэлемента

нанесены металлические излучающие 4 и принимающие 5 электроды датчика температуры и излучающие 6 и принимающие 7 электроды индикатора точки росы.

Внутренняя поверхность между излучающими 4 и принимающим 5 электродами покрыта влагостойким веществом. Наружная поверхность между излучающим б и принимающим 7 электродами выполнена в виде капиллярной матрицы с диаметром d

капилляров цилиндрической формы не менее 2 мкм. Глубина h капилляров выбирается из неравенства

30

АПАВ

В состав конденсационного гигрометра на поверхностно-акустических волнах входит также генератор 8 ультразвуковых колебаний, два измерителя разности фаз 9 и 10, цифровое устройство сравнения 11, устройство управления 12, регистратор температуры точки росы 13 и источник питания 14. При этом выход генератора 8 подключен к излучающим электродам 4, 6 пьезоэлемента и первым входам измерителей разности фаз 9, 10, а к их вторым входам подключены принимающие электроды S, 7 пьезоэлемента. Выходы измерителей разности фаз 9, 10

подключены к регистраторам температуры 13 и цифровому устройству сравнения 11, выход которого подключен к устройству сравнения 11, выход которого подключен к устройству управления 12, соединенному

шиной управления с источником питания 14 и измерителями разности фаз 9, 10.

Конденсационный гигрометр на поверхностно-акустических волнах работает следующим образом.

При включении гигрометра генератор ультразвуковых колебаний 8 вырабатывает напряжение, поступающее на излучающие электроды 4 и 6, которые формируют поверхностные акустические волны. Скорость распространения акустических волн зависит от температуры термовлагочувствитель- ного элемента 3 и влажности воздуха, скон- денсированного на его рабочей поверхности. Поскольку внутренняя поверхность пьезоэлемента 3 покрыта влагостой- ким веществом и не имеет капилляров, то она реагирует только на изменение температуры микрохолодильной камеры 2, воздух в которой осушен. Внешняя поверхность пьезоэлемента 3, находящаяся в непосред- ственном контакте с атмосферным воздухом, реагирует как на температуру, так и на влажность воздуха и в зависимости от диаметра капилляров матрицы меняет кривизну поверхности сконденсированной в нем влаги.

Цикл измерения влажности воздуха осуществляется на три такта, вырабатываемые устройством управления 12.

Первый такт формирует команду, посту- пающую на измерители разности фаз 9, 10, согласно которой осуществляется запись температуры воздуха на регистраторе 13, Если обе поверхности пьезоэлемента 3 идентичны, то их показания будут одинако- выми.

После формирования второго такта осуществляется замыкание цепи питания микрохолодильника 1, в результате чего происходит охлаждение термовлагочувст- вительного пьезоэлемента 3. При достижении температуры охлаждаемого воздуха равной температуре точки осы , когда начинается интенсивное заполнение капилляров сконденсированной в них влагой, происходит резкий скачок скорости распространения поверхностной акустической волны, который фиксируется цифровым устройством сравнения 11 и подключенным к

нему устройством управления 12. В этот момент формируется третий такт, согласно ко- торому осуществляется запись температуры точки росы и разрыв цепи питания микрохолодильника 1. На этом цикл измерения заканчивается.

Если необходимо вести непрерывную запись температуры точки росы, то устройство управления переключается в режим слежения и настраивается на определенное пороговое значение разностного сигнала, снимаемого с цифрового устройства сравнения и определяемого массой сконденсированной в капиллярах влаги. Оно поддерживает ее постоянной путем периодического отключения источника питания от микрохолодильника, когда величина этого сигнала будет больше порогового значения, и подключает его, когда величина этого сигнала будет меньше порогового значения.

Формулаизобретения Конденсационный гигрометр на поверхностно-акустических волнах, содержащий микрохолодильник с источником питания, пластину, закрепленную нерабочей стороной на нем, и регистратор температуры точки росы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры точки росы, пластина выполнена из пьезоматериала с рабочей стороны ее выполнена матрица с капиллярами диаметр которых (d) не менее 2 мкм, а глубина (п) их волны выбирается из неравенства

ЛПАВ

где ЛЛАВ - длина поверхностно-акустической волны в пьезоматериале.

Изобретение относится к области неразрушающих средству методов контроля и может быть использовано для измерения влажности атмосферного воздуха и контроля влажности в гигростатах. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры точки росы путем автоматического регулирования массы влаги, сконденсированной в капиллярных порах. Цель .осуществляется тем, что в конденсационном парометре на поверхно5 3 4 f стно-акустических волнах (ПАВ), содержащем полупроводниковый микрохолодильник 1 с источником питания 14, пластину 3, закрепленную нерабочей стороной на нем, регистратор температуры точки росы 13, пластина выполнена из пьезоматериала. С рабочей стороны ее выполнена матрица с капиллярами, диаметр которых (d) не менее 2 мкм, а глубина (h) выбирается из неравенства ЯПАВ , где d-длина поверхностно-акустическойволны в пьезоэлементе. Соответствующим выбором диаметре и глубины капилляров в матице меняют кривизну поверхности сконденсированной влаги над поверхностью пьезоэ- лемента. Если обе поверхности идентичны, то показания будут одинаковыми. Если влажность повысится, то происходит резкий скачок скорости распространения ПАВ, которая сравнивается с первоначальным значением. 1 ил. fe XI 00 о N3 ю