Устройство для измерения влажности Советский патент 1979 года по МПК G01W1/11 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к гигрометрам со)бциониого тииа, и может быть использовано в различных областях идромстеорологии как сорбционный детектор (для измерения концентрации примесей в контролируемой срсЛ()Известны устройства для измереиия влажности, содержащие кристалл пьезокварца, покрытый гигроскопической пленкой I. Эти устройства недостаточно точны.

Ближайшим техническим |)ешением к предложенному является устройство для измерения влажности, содержащее опорный резоиатор и влагочувствительный элемент, представляющий собой кварцевую пластину с адсорбирующим покрытием 2. Это устройство также имеет невысокую точность, так как характер измеиений параметров кварцевых пластин влагочувствительного элемента и опорного резонатора различен как с течением времени, так и при изменении температуры,

Цель изобретения - повышение точности как ирн кратковременных, так и при долговремеиных измерениях влажности путем исключения влияния на показания устройства измеиений температуры и исключения влияния адсорбируюи,ей пленки на

стабильность колебаний кварцевой пластины.

Цель достигается тем, что в иредложеииом устройстве для измерення влажности

кварцевые пластины опорного резонатора и влагочувствителыюго элеметгга выполнены с кристаллографической ориентацией yxl/- -35°2 dz20 , причем адсорбирующее покрытие расположено в виде кольца вокруг электродов влагочувствительпого элемента. Кварцевые пластины с такой кристаллографической ориентацией и геометрией имеют на кривой температурно-частотной характеристики (ТЧХ) пологий участок, которому соответствует в интервале температур О-40°С среднее значение ТКЧ 2.10- град.-.

Плоско-выпуклая форма влагочувствнтельного элемеита в сочетании с возбуждением па 5-й гармонике обеспечивает локализацию зоны активных колебаний в центре пластины. Поэтому адсорбируюи1ее влагу гюкрытие кольцевой формы почти не снижает добротность влагочувствительного

элемента и стабилыюсть колебаний возбуждаюи1его его кварцевого генератора сущесткенно повышается, что также увеличивает точность измерений влажности. Ца фиг. 1 изображена структурная схсма устройства для измерения влажности.

Влагочупствнтельпый улсмент и опорный резонатор возбуждаются независимыми генераторами 1 и 2, сигналы с которых подаются на балансный смеситель 3. Сигналы резонансной частоты подаются на усилитель 4 низкой частоты и умножитель 5. Сигнал с умножнтеля подается на блок 6 счета электрических импульсов. Пары влаги, ноглощенные адсорбирующим покрытием влагочувствптельного элемента, изменяют частоту его колебаний. Соответственно пропорционально массе присоединенной влаги изменяется и разностная частота устройства. Так как адсорбируюпдие свойства покрытия зависят от относительной влажности газа, то по изменению разностной частоты устройства можно судить о величине относительной влажности.

На фиг. 2 показана геометрия влагочувствителького элемента и форма адсорбирующего влагу покрытия.

На фиг. 3 приведены ТЧХ кварцевых пластин различной ориентации, исследованных при выборе оптимальной кристаллографической ориентации.

Для определения оптимального среза кварцевых пластин с пологой ТЧХ была изготовлепа партия пластин с углами среза y.v//4-35°20±5 с inaroM по углу, равным 1 (но 2-3 пластины каждой ориентации) и после пробных измерений партия пластин с угл11М11 среза (/л//-|-35 21± 1 о тем /Ki тагом по углу {по 4-5 пластин каждой ориентации). To4ii()CTii ориентации пластин на рентгенометре составляла ±20. При изготовлении пьезоэлементов проводится жесткий пооперационный контроль угла среза. Прн распиловке блочным способом контурные norpeniHOCTH не превышали 5. Угол среза контролировался по леей плосКОС1П заготовок в пяти точках. При шлифовке и полировке ироводился иидивидуальный контроль плоскостности и перекоса сферы относительно базовой плоскости кварцевой пластины.

Влагочувствительные элементы устройства, изготовленные из полученных таким образом кварцевых пластин, не реагпровалп

на изменение температуры, -окружающей среды. При нанесении адсорбирующего влагу покрытия в виде кольца вокруг металлической пленки возбуждающих электродов впосимое затухание колебаний кварцевой пластины было минимально (уменьшение добротности пе превышает 10%) и за счет этого стабильность колебаппй генератора, возбуждающего влагочувствительный элемент, возросла.

Предлагаемая кристаллографическая ориентация кварцевых 1ластин устройства для измерения влажности, высокая идентичность парам(.пров кварцевых пластин

влагочувствительного элемента и опорпого резонатора, а также кольцевая форма адсорбирующего влагу покрытия позволили существенно повысить точность пзмерений. Экономичность процесса измерений также

существепно повышается, так как малый ТКЧ и идентичность параметров кварцевых пластип позволяют проводить измерения влажности без термостатирования влагочувствительпого элемента и опорного резонатора.

Формула изобрет еп и я

Устройство для измерения влажности, содержащее опорный резонатор и влагочувствительный эле.мент, представляющий собой кварцевую, пластину с адсорбирующим покрытием и электродами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, кварцевые пластины опорного резонатора и влагочувствительного элемента выиолнепы с кристаллографической ориентацией г/А://4-35°2Г±20, причем адсорбирующее покрытие расположено в виде кольца вокруг электродов влагочувствителыюго элемента.

Источники информации, принятые во вни.мание при экспертизе

1.King W. Н. Research-Development, 1969, April, p. .

2.У. Г. Кинг. «Влажность, т. 1. Принципы и методы измерения влажности в газах. Л., Гидрометеоиздат, 1967, с, 496.

Фиг. I

cepeS/)o londneHHOS

Яритупить

-JO

-}B 0 JO 20 30 W SO so 70 (Put.3