Устройство для измерения влажности газов и твердых тел Советский патент 1980 года по МПК G01W1/11 

1

Изобретение относится к области измерительной техники- и может быть использовано для измерения влажности воздуха и других газов, а также твердых материалов в ширйких диапа-, зонах влажности и температур.

.Известны гигрометры, содержащие два первичных датчика влажности разных типов. ПервьвЙ датчик содержит пьезоэлектрический, элемент, имеющий Лгроскопическое покрытие. В ка гертве второго датчика используется конденсатор, диэлектриком которого является проверяемая газовая среда. Каждый из датчиков задает частоту одного из генераторов, выходные сигналы которых смешиваются в смесителегде выделя ется разность частот, которая подводится к измерителю 1.

Недостатком данных устройств яв- ляется низкая точность и узость диапазона рабочих температур.

Известно также устройство для измерения влажности газов, которое содержит рабочий резонатЪр с nneiiкой сорбента, нагреватель, опорный резонатор, рабочий и опорный генераторы, смеситель и преобразователь 2

В известном устройстве преобразователь функционирует в кснлпенсационном режиме. При увеличении измеряемой влажности в цепи прямого, преобразователя возникает сигнал ia виде разностной частоты рабочего и опорного генераторов . Далее, в цепи обратной связи сигнал преобразуется в электрическую.мощность не помощью нагревателя происходит нагрев как самого кварцевого резонатора, так и сорбента на его поверхности. При этом происходит десорбция: вяагй с поверхности сорбента, йри работе преобразователя в широком диапазоне влажности температура кварцевого резонатора различна, при малых влажностях близка к температуре анализируемой среды, при высоких - превышает ее на некоторую велич1нну, зависящую от глубины обратной связи. Так, как температурнорчастотные характеристики кварцев различаются от образца к образцу, то возникает обходимость индивидуальной градуировки прербра.зователей в широком диапазоне температур. При этом возникает необходимость составления индивидуальных номограмм, таблиц, графиков или введения поправок. При определенном значении измеряемой влажности :перв.ичный преобразователь находитсяВ некотором гигротермодинамическом равновесии с анализируем средой. При изменении, скорости обдува преобразователя потоком анализируемой среды, термодинамическоэ равновесие нарушается вследствие большего теплообмена кварцевого резонатора с нагревателем и потоком среды. Имеет место новый рэжим с те пературой, отличной от исходной. Ги родинамическое равновесие в диапазоне требуемых скоростей потока сре от О до 5 м/сек, как показали иссле дования, практически нг изменяется. Ко за счет изменения температуры ра бочего резонатора изменяется частот его колебаний, т.е. возникает погре ность. Цель предлагаемого изобретения.повышение точности измерения и расширение диапазона рабочих температур, . . . 4ля этого .рабочий и опорный резо .наторызвыполнены на одной пьезоэлектрической пластине и снабжены об1чйм нагревателем,- форма которого вдентична форме обоих резонаторов. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - показан общий вид первично го преобразователя с резонаторами формы замочная скважина , на фиг. 3 - общий вид первичного преоб разователи с рэ:зонаторами, дв 0лект15ода которых выполнены в форме .змейки и одновременно выполняют роль нагревателя. Устройство содержит первичный пьезосорбцйонн&й .преобразователь 1, рабочий генератор 2, опорный генератор 3, смеситель 4 и преобразователь 5. Первичный пьезосорбцион ный преобразователь 1 состоит из. , нагревателя 6, рабочего и ЬпорнЬго Е)езонаторов. нагреватель б, электроды 7 и 8 возбужден-ия рабочего и опорйого резонаторов нанесены на пьезоэлектрическую пластину 9. поверхность электродов 7 возбуждения рабочего резонатора; покрываются плёнкой сорбента 10. Устройство работает следующим об разом. При определенной влажности сорбент 10, нанесенный на электроды 7 рабочего резонатора, находится в ес тественном термогигрометрическом равновесии с окружающей средой. При изменении влажности изменяется количество сорбированной влаги, следовательно, изменяется масса электродов 7 возбуждения, что вызывает изменение резонансной частоты рабочего резонатора и частоты колебаний ра-« бочего генератора 2. Электроды 8 возбуждения опорного резонатора вклю/ чен в цепь опорного генератора 3 с фиксированной частотой. Сигналы генераторов подаются на смеситель 4, на выходе которого образуется разностная частота. Этот сигнал трансформируется с помощью преобразователя 5 в сигнал управления нагревателем. Нагреватель б,, нанесенный непосредственно на поверхность пьезоэлектрической пластины 9 воздействует на сорбент 10. Подогрев происходит до тех пор пока не произойдет частичная десорбция влаги, погло.щенной сорбентом 10, то есть пока первичный преобразователь 1 не возвратится в состояние,близкое к .заданному. Сигнал,поступающий на нагреватель б, является и выходным сигналом устройства. Предлагаемое устройство позволяет исключит1ь погрешность от переменного (в зависимости от измеряемой влажности, скорости и температуры анализируемой среды) перегрева рабочего резонатора, по отношению к опорному. При этом точность измерений повышается примерно в 2 раза, диапазон рабочих температур расширяется до значений -50... ;+ .Формула изобретения Устройство для измерения влажности газов и твердых тел, содер-. жагцее рабочий резонатор с пленг кой сорбента, нагреватель, опорный резонатор и измерительную.схему, отлич ающе;ес я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона рабочих температур, в нем рабочий и опорный резонаторы выполнены на одной пьезоэлектрической пластине и снабжены общим нагревателем, форма которого идентична форме резонаторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании № 1379716, кл. G 01 N опублик. 08.01.75. 2.Авторское свидетельство СССР № 503171, кл. G 01 N 27/02, 1973.