SU1065755A1 - Преобразователь влажности газов - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, содержащий два электроакустических преобразовател , устцнбвленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, о т л ич а ю щ и и с   тем, что, с целью увеличени  точности измерений при изменении рабочей частоты, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода , причем толщина спр  сорбента (f выбираетс  из неравенства :1,, где ft толщина подложки iдлина сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей . е . Устройство по п. J.,o т л ич а ю щ е е с   тем, что, звукопровыполнен из сорбента. вод 35 Сл Ы СП СП 0Vt.f

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  влажности газов и их смесе с помощью нормальных акустических волн в пластине.

Известно устройство, предназначанное дл  измерени  влажности газообразных сред, в котором в качестве чувствительного элемента используетс  пьезокварцева  пластина с металлическими электродами, покрыта  влагочувствительной пленкой 11,

В известном преобразователе влйж,ности выходным параметром характеризующим влажность среды,,  вл етс  добротность или резонансна  частота колебаний пьезопластины, величина которых определ етс  относительным изменением массы пластины в атмосфере контролируемой среды. Чувствительность пьезокварцевогО преобразовател  влажности к атмосфере влажно .го газа определ етс  отношением толщины влагочувствительного покрыти  к толщине пьезокварцевого резонатора (,0051. Дл  повышени  чувствительности пьезокварцевого преобразовател  влажности необходимо примен ть толстые влагочувствительнь1е покрыти  однако их применение ограничиваетс  тем, .что при этом резкО. уменьшаетс  добротность пьезокварцевого резонатора , что приводит к нарушению работоспособности пьезокварцевого преобразовател  влажности газов.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  преобразователь влажности газов, содержащий два электроакустических преобразовател , установленные на ленточном звукопроврде из влагонепроницаемой погложкй- с нанесенным слоем сорбента 2.

Дл  получени  информации о влажности газа в преобразователе используютс  поверхностные акустические волны (ПАВ), которые распростран ютс  в звукопроводе и слое сорбента. Локализаци  поверхностнЬй акустической волны в слое сорбента зависит от рабочей частоты. Кроме того, скорость ПАВ в преобразователе влажности газов зависит также от рабочей частоты.

Чувствительность преобразовател  нелинейно зависит от рабочей частоты Этот недостаток практически про вл етс  в тех случа х, когда необходимовншедашй из стро  преобразователь заменить новым или работаюишй подключить к другой измерительной схеме . В этик рлуча х производитс  корректировка измерительной схемы по частоте. В результате корректировки рабочей частоты происходит изменение чувствительности датчика, котору трудно учвйть из-за нелинейности. Эт обсто тельство затрудн ет ввод соответствующей поправки к чувствительности преобразовател  и уменьшает точность измерений.

Цель изобретени  - увеличение точности измерений преобразовател  в влажности газов при изменении его рабочей частоты.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе влажности газо содержащем два -электроакустических преобразовател / установленные на ленточном звукопроводе из влагоне проницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцо ленточного звукопровода, причем толщна сло  сорбента выбираетс  из неравенства

,

где h - толщина подложки;

длина.сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей.

Кроме того, звукопровод может йать выполнен из сррбента.

На фиг. 1 изображен преобразовав тель влажности газов, общий вид на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Преобразователь влажности газов содержит два -снабженных элек1гродамн 1 электроакустических преобразовател  2, выполненных из пьезоматериала и установленных на ленточвом звукопроводе из влагонепроницаемой подложки 3 с нанесенным слоем сорбента 4. Электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых упругих колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода, рричем толщина сло  сорбента выбираетс  из неравенства

IA,.,

где Ь - толщина подложки;

длина сдвиговой волны в

ленточном звукопроводе- при максимальной относительной влажности к максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей .

Звукопровод может быть выполнен нз сорбента.

Дл  того, чтобы электроакустический преобразователь из.:учал сдвиговые упругие колебани , используют пьезоматериал с такой пол ризацией, что под действием электрического тока в нем возникают сдвиговые упругие смещени . Электроакустические преобразователи предназначены дл  возбуждени  и приема сдвиговых ульт звуковых волн в ленточном звукопроводе , состо щем из подложки и сорбента . Подложка выполнена из Материалас малым температурным коэффициентом линейного расширени , например из никелевого сплава или влагонепрониц мого диэлектрика (кварца. В случае использовани  в качестве подложки диэлектрика его металлизируют, чтоб подсоединить соединительный провод и подвести электрический сигнал к пьезоматериалу. Слой сорбента 4, выполн ют из материала, обладающего хорошими акустическими свойствами, т.е. из окислов кремни  Sio, микр пористых стекол, в которых ультразв ковые волны имеют малый коэффициент затухани . Материалы, из которых вы полн етс  ленточный звукопровод, же лательно подбирать так, чтобы скорость распространени  ультразвука в по,цложке и сорбенте была приблизительно одинаковой. Ширина и длина ленточного звукопровода в преобразр вателе влажности выбираетс  такой, чтобы сдвиговые акустические волны распростран лись в нем без значител ных затуханий (не более 60 дБ/. Опт мальна  ширина ленточного звукопррвода составл ет 20-30 длин сдвиговы волн ( распростран к цихс  в звуко проводе. Дл  ToiO, чтобы предотвратить проникновение влаги в пьезо латериал электроакустических преобр ехэвателей и устранить св занную с этим погрешнвсть измерений, электроакустические преобразователи защищают от влаги влагонепроницаемой оболочкой, например покрывают елоем фторопласта толщиной л0,1Я. Преобразователь влажности газов работает следующим образом. Преобразователь влажности помещают в замкнутый объем, который продуваетс  влажный газ. К излучающему электроакустическому преоб разователю от внешнего генератора илсокой частоты подаетс  электрический сигнал, который преобразуетс  в сдвиговые ультразвуковые колебани  распростран ющиес  по лeнтoчнoмy зву копроводу. Вид волны, распростран ющийс  по звукопроводу, зависит от вида механических колебаний в пьеэоматериале , В атмосфере влажного газа слой сорбента 4 поглощает влагу, что приводит к изменению скорости ультразвуковых волн в слое сорбента Вследствие того, что слой 4 акустически св зан с подложкой, изменение скорости звука в слое 4 приводит к изменению скорости звука 6 системе подложка - слой сорбента. Далее ультра звуковые колебани  поступают в приемвый электроакустический преобразователь , где ультразвук преобразуетс  в электрический сигнал. Изменение скорости звука в системе ленточный звукопровод - слой сорбента, в атмосфере влажного газа приводит к изменению фазы электрического сигнала на выходе преобразовател  влажности газа. Таким образом, измер   фазу ((или врем  задержки ) электрического сигнала на выходе преобразовател  влажности газов, получают информацию о влажности газа в контролируемой среде. Дл  измерени  влажности газа может быть использована люба  из известных измерительных схем, обладающа  высокой точностью измерени  скорости ультразвука. В том случае, если звукопровод преобразовател  влажности выполнен из материала сорбента , его работа аналогична описанной ., Скорость распространени  сдвиговых акустических волн в ленточном звукопроводе не зависит от рабочей частгты. Это обсто стельство способствует увеличению точности измерени  при изменении рабочей частоты. Чувствительность преобразовател  к атмосфере влажного газа определ т етс  отношением толщины сло  сорбента (cf) к толщине подложки (h I, Кроме того, чувствительность зависит от соотношени  плотностей материалов, из которых изготовлены подложка и слой сорбента. Чувствительность больше тогда, когда материал подложки имеет меньшую плотность. Преобразователь влажности газов может работать на частотai до 150 МГц. Использование высоких частот позвол ет примен ть тонкий слой сорбента, что способствует снижению инерционности измерений. Разрешающа  способность преобразовател  влажности зависит от длины ленточного заукопровода , так как разрешающа  способность измерительной схег.1ы, подчключаемой к преобразователю влажности, зависит от времени згдерлски электрического сигнала. Кроме того, раэреглаю.-а  способность преобразовател  возрастает с увеличением длины ленточного звукопровода. В народном хоз йстве 1тс;еобра:. с;взтель влажности газов наиболее ;эффек тивно может быть использован в производствах , где требуетс  измерение влажности газов. Так, например, его можно-использовать в текстильной отрасли прокышленности дл  yjT 4jjjeHKK контрол  влажности воздуха, так как механические свойства волокон завис т от влажности воздушной среды. Предлагаемое устройство мо но также ис- ., пользовать и в складских помещени х легкой, пищевой и т желой проквлилен ности.

Преобразователь влажности газов, наиболее целесообразно использовать При |фоведении ночных исследований в Области химии дл  изучени  поверхностных  влений, так как с его помощью легко) преобразовать полезную информацию в электрический сигнал, ««пример преобразователем можно измер ть изотеркш абсорбции паров ве-щества в слое сорбента, исследовать адгезию и когезию пленок на поверхности твердого ела в атмосфере увлажненного воздуха, что очень важно при исследовании и разработке лакокрасочных покрытий.

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, содержащий два электроакустических преобразователя, установленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерений при изменении рабочей частоты, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода, причем толщина слря сорбента (Г выбирается из неравенства где ft - толщина подложки/

- длина сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей.

2. Устройство по п. J.,’o т л ичающееся тем, что, звукопровод наполнен из сорбента.’

М фиг. 1