SU1016752A1 - Акустический гигрометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  влажности и может быть использовано в приборостроительной, химической, авиационной, электронно и других отрасл х промышленности дл измерени  относительной влажности воздуха и газовых смесей как в промышленных помещени х, так и в микрообъемах при производстве печатных плат, микросхем и других радиоэлементов .

1 Известен измеритель влажности, содержащий первичный измерительный преобразователь сорбционно-резистивного типа и блок обработки информации . Принцип действи  первичного преобразовател  основан на изменени величины электрического сопротивлени  пленки сорбент:а, нанесенной на непровод щую основу, под действием влаги 11.

Недостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность и чувствительность измерений.

Наиболее близким по технической, сущности к предлагаемому  вл етс  (акустический гигрометр, содержащий генератор электрических колебаний, блок измерени  и первичный измерительный преобразователь, включающий в себ  излучающий и приемньой пьезопреобразователи , подключенные соответственно к выходу генератора и входу блока измерени , и сорб-ент.

Изменение относительной влажности анализируемой среды вызывает изменение массы оорбента, пропорцио-. нальное изменению резонансной частоты генератора, контуром которого  вл етс  приемный пьезоэлемент. В установившемс  режиме резонансна  частот колебаний генератора и, следовательно , пьезоэлемента  вл етс  мерой относительной влажности воздуха или газовой смеси 23Недостатком известного гигрометра  вл етс  невысока  точность при необходимости измерений очень малых влажностей (единицы процентов относительной влажности) и невозможность его ррименени  дл  измерени  влаж кости во взрывоопасных промышленных

помещени х. I

Цель изобретени  повыщение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что акустический гигрометр, содержащий генератор электрических колебаний , блок измерени  и первичный измерительный преобразователь, включающий в себ  излучающий и приемный пьезопреобразователи, подключенные соответственно к выходу генератора и входу блока измерени , и сорбент, снабжен двум  чувствительными элементами , выполненными в виде пластин на одну из которых нанесен сорбент, и V -образным экспоненциальным акустическим волноводом, излучающий пьезопреобразователь выполнен в виде диска, размещенного симметрично на перемычке волновода, приемный пьезопреобразователь - в виде двух равных по площади полуколец, располбженных симметрично относительно излучающего диска, а на свободных концах волновода закреплены чувствительные элементы.

На фиг.1 показан измерительный преобразователь, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг,3 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - эпюры напр жений, по сн ющие работу гигрометра .

Акустический гигрометр содержит первичный измерительный преобразователь , включающий V-образный экспоненциальный волновод 1, размещенный симметрично на перемычке волновода 1 излучающий пьезопреобразователь, выполненный в виде диска 2, приемный Пьезопреобразователь,выполненный в виде двух равных по площади полуколец 3 и 4, расположенных симметрично относительно излучающего диска 2 и чувствительные элементы, вы-полненные в виде металлических пластин 5 и 6, причем на поверхность последней,  вл ющейс  измерительной нанесен сорбент 7. Пластины 5 и б ; акреплены зажимами 8 и 9 на свободных концах 10 и 11 волновода 1. Последний закреплен в герметизирующей стенке 12. Генератор электрических колебаний и блок измерени  (не показаны ) подключены соответственно к входу излучающего пьезопреобразовател  2 и выходу приемного пьезопреобразоа ател  3.

Эпюра 13 (фиг.5) представл ет собой форму сигнала на одном из приемных пьезопреобразователей, эпюра 14 - зависимость аналогового сигнала дА, пропорционального разностно «ly значению, коэффициентов поглощени  в образцовом и измерительном чувствительных элементах от влажноети ju. (диапазон 0-100% относительной влажности), эпюра 15 - зависимость разности фаз д между, сигналами в образцовом и измерительном чувствительных элементах от влажности ju. (диапазон 0-3% относительной влажности ) .

Акустический гигрометр работает следующим образом.

Генератор электрических колебаний вырабатывает короткие пр моугольные импульсы, поступающие на диск 2 излучающего пье зопреобразовател  первидного измерительног.о преобразовател , который передает энергию электрического импульса в волновод, преобразующий энергию импульса в .экспоненциально затухающие механические

колебани  которые поступают в концы

10и 11 экспоненциального волновода 1. Угол Ы между ос ми концов 10 и

11волновода 1 выбираетс  таким, чтобы акустические колебани  распростран лись в объемах концов 10 и 11 волновода с минимальными обратными отражени ми, дл  чего oi-oL. Усиленные волноводом 1 акустические колебани  поступают в чувствительные элементы: образцовую пластину 5 и измерительную пластину 6, покрытую пленкой сорбеЪта 7 Отразившись от концов чувствительных элементов, колебани  достигают полуколец 3 и 4 приемного пьезопреобразовател , где часть энергии преобразуетс  в электрические колебани , а часть, отразившись , вновь распростран етс  по каждой части волновода вдоль его концов 10 и 11 и чувствительных элементов с последукедим отражением от их концов.

Таким образом, на выходе полуколец 3 и 4 приемного пьезопреобразовател  будет наблюдатьс  сери  отраженных , экспоненциально затухающих пачек импульсов {фиг.2/ эпюра 13). Скорость изменени  амплитуды огибающей этих импульсов :будет измен тьс  пропорционально величине относительной влажности в широких пределах ее изменени , а фаза - пропорционально малым значени м влажности. Параметры колебаний на вьвсоде приемного пьезопреобразовател  не будут измен тьс  три изменении влажности, а будут реагировать лишь на изменение температуры окружающей среды. Поэтому блок измерени  вырабатывает аналоговые сигналы, пропорциональные разностным значени м амплитуд и фаз между акустическими характеристиками в образ ,цовом и измерительном чувствительных элементах (фиг.5, эпюры 14 и fiS) . Это позвол ет произвести автоматическую температурную компенсацию

и измер ть влажность при любой температуре , что значительно повышает точность измерений. Кроме того, крепление акустического концентратора В-герметизирующей стенке позвол ет

вынести пьезоэлененты из взрывоопасной среды и выполнить гигрометр во Взрывозащищенном исполнении, что расшио ет область его применени .

вид зависимости на эпюре 15 (фиг.5) определ етс  типом примен емого сррбента и технологией есо нанесени  при малых величинах ( (дл  многих типов сорбентов изменение влажности св зано с изменением фазы сигнала).

I

Использование предлагаейого акустического гигрометра позвол ет не только измер ть относительную влажность в промышленных помещени х в широких пределах ее изменени  (до 100%), но и вести измерени  малых величин влажности в микрообьемах v взрывоопасной средой в ьмроком интервале гемпера;тур.

tffttt.4

IS

Claims (1)

1. акустический гигрометр, содержащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающий излучающий и приемный пьеэопреобразователи, подключенные соответственно к выходу генератора и входу блока измерения, и сорбент, от л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя чувствительными элементами, выполненными в виде пластин, на поверхность одной из которых нанесен сорбент, V -образным экспоненциальным акустическим волноводом, излучающий пьезопреобразователь выполнен в виде диска, размещенного симметрично на перемычке волновода, приемный пьезопреобразователь - в виде двух равных по площади полуколец, расположенных симметрично относительно излучающего диска, а чувствительные элементы закрепле- _с ны на свободных концах волновода» S фш-f г