Преобразователь влажности газов

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ, содержащий два электроакустических преобразователя, устцнбвленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, о т л ич а ю щ и и 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 спря сорбента (f выбирается 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 я тем, что, звукопровыполнен из сорбента. вод 35 Сл Ы СП СП 0Vt.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Е (11) 3(51) 0 01 М 7 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21)3360162!18-25 (22)04.12.81 (46)07.01.84. Бюл . р (72)А.Г. Севастьянов (53)533.275(088.8) (56)1..Малов В.В. Пьезореэонансные датчики. N., "Энергия", 1978, с. 201-210.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 935773, кл. 0 01 N 27/02, 16.10.80 (прототип) ° (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ BJQQKНОСТИ ГАЭОВ, содержащий два электро», акустических преобразователя, устандвленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью. увеличения точности измерений при изменении рабочей частоты, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине к установлены с торцов ленточного звукопровода, причем толщина слря сорбента

d" выбирается из неравенства ,is+6" (— Я где 1 — толщина подложки, — длина сдвиговой волны в ленточном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей. O

2. Устройство по п. f, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, звукопровод выполнен из сорбента.

1065755

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения влажности газов и их смесей с помощью нормальных акустических волн в пластине.

Известно устройство, предназна- 5 ченное для измерения влажности газообразных сред, B котором в качестве чувствительного элемента используется пьеэокварцевая пластина с металлическими электродами, покрг- 10 тая влагочувствительной пленкой (13.

В известном преобразователе влажности выходным параметром характеризующим влажность среды, является добротность или резонансная частота колебаний пьеэопластины, величина которых определяется относительным изменением массы пластины в атмосфере контролируемой среды. Чувствительность пьеэокварцевого преобра20 эователя влажности к атмосфере влажно- .го газа определяется отношением толщины влагочувствительного покрытия к толщине пьезокварцевого резонатора (0,005 l. Для повышения чувствительности пьеэокварцевого преобразователя влажности необходимо применять толстые влагочувствительные покрытия, однако их применение ограничивается тем, что при этом резко . уменьшается добротность пьезокварцевого резонато30 ра, что приводит к нарушению работо- . способности пьезокварцевого преобразователя влажности газов.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь влажности З5 газов, содержащий два электроакустических преобразователя, установленные на ленточном звукопроводе иэ влагонепроницаемой подложки. с нанесенным слоем сорбента (2j, 40

Для получения информации о влажности газа в преобразователе используются поверхностные акустические волны (IIAB), которые распространяются в звукопроводе и слое сорбента. у5

Локализация поверхностной акустической волны в слое сорбента зависит оТ рабочей частоты. Кроме того, скорость ПйВ н преобразователе влажности газов занисит также от рабочей. 0 частоты.

Чувствительность преобразователя нелинейно зависит от рабочей частоты.

Этот недостаток практически проявляется в тех случаях, когда необхо- .55 димо вышедший иэ строя преобразователь заменить новым или работающий подключить к другой измерительной схеме. В этих случаях производится корректировка измерительной схемы по 60 частоте. В результате корректировки рабочей частоты происходит изменение чувствительности датчика, которую трудно учеСть из-за нелинейности. Это обстоятельстно затрудняет ввод соответствующей поправки к чувствительности преобразователя и уменьшает точность измерений.

Цель изобретения — увеличение точности измерений преобразователя в. влажности газов при изменении его рабочей частоты.

Укаэанная цель достигается тем, что B преобразователе влажности газов, содержащем два электроакустических преобразователя> установленные на ленточном звукопроводе из влагонепроницаемой подложки с нанесенным слоем сорбента, электроакустические преобразователи выполнены в виде преобразователей сдвиговых колебаний по толщине и установлены с торцов ленточного звукопровода, причем толщина слоя сорбента выбирается из неравенства 1+ С " (—" Д

2 где И вЂ” толщина подложки, - длина сдвиговой волны в лен1 точном звукопроводе при максимальной относительной влажности и максимальной рабочей частоте электроакустических преобразователей.

Кроме того, звукопронод может быть ныполнен из сррбента.

На фиг. 1 изображен преобразова-. тель влажности газов, общий вид на фиг. 2 — разрез A-й на фиг. 1.

Преобразователь влажности газов содержит два .снабженных электродами 1 электроакустических преобразователя 2, выполненных из пьеэоматериала и установленных на ленточном 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, причем толщина слоя сорбента д" выбирается из неравенства )бф(/

2 где Ь вЂ” толщина подложки

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

Звукопровод может быть выполнен из сорбента.

Для того, чтобы электроакустический преобразователь из. мчал сдвиговые упругие колебания, используют пьеэоматериал .с такой поляризацией, что под действием электрического тока в нем возникают сдвиговые упругие смещения ° Электроакустические

1065755 преобразователи предназначены для возбуждения и приема сдвиговых ультразвуковых волн в ленточном звукапроводе, состоящем из подложки и сорбента.

Подложка выполнена из материала- 5 с малым температурным коэффициентом линейного расширения, например из никелевого .сплава или влагонепроницаемого диэлектрика (кварца ). В случае использования в качестве подложки диэлектрика его металлизируют, чтобы подсоединить соединительный провод 5 и подвески электрический сигнал к пьезоматериалу. Слой сорбэнта 4 выполняют иэ материала, обладающего хорошими акустическими свойствами, т.е. из окислов кремния SiO, микропористых стекол, в которых ультразвуковые волны имеют малый коэффициент затухания . Материалы, из которых выполняется ленточный звукоправад, желательно подбирать так, чтобы скорость распространения ультразвука в подложке и сорбенте была приблизительно одинаковой. Ширина и длина ленточного звукопровода в преобразо.Вателе влажности выбирается такой, чтобы сдвиговые акустические волны распространялись в нем беэ значительных затуханий (не более 60 дБ t. Оптимальная ширина ленточного звукопровода составляет 20-30 длин сдвиговых волн (3<), распространяющихся в звукопроводе. Для того, чтобы предотвратить проникновение влагй в цьезо- . яатериал электроакустических преобра-35 зователей и устранить связанную с этим погрешность измерений, электроакустические преобразователи защищают от влаги влагонепроницаемой оболочкой, например покрывают сло- 40 ем фторопласта толщиной 0,1Я .

Преобразователь влажности газов работает следующим образом.

Преобразователь влажности паме- 45 щают в замкнутый объем, через который продувается влажный газ. К излучающему электроакустическому преобразователю от внешнего генератора

50 кий сигнал, который преобразуется

s сдвиговые ультразвуковые колебания, распространяющиеся по ленточному эвукопроводу, Вид волны, распространяющийся по звукопроводу, зависит от вида механических колебаний в пьеэо- 55 материале, В атмосфере влажного газа слой сорбента 4 поглощает влагу, что приводит к изменению скорости ультразвуковых волн в слое сорбента.

Вследствие того, что слой 4 акусти- 60 чески связан с подложкой, изменение скорости звука в слое 4 приводит к изменению скорости звука в системе подложка — слой сорбента. Далее ультразвуковые колебания поступают в прием- 65 ный электроакустический преобразователь, где ультразвук преобразуется в электрический сигнал. Изменение скорости звука в системе ленточный звукопровод - слой сорбента, в атмосфере влажного газа приводит. к изменению фазы электрического сигнала на выходе преобразователя влажности газа. Таким образом, измеряя фазу

;(или время задержки ) электрического сигнала на выходе преобразователя влажности газов, получают информацию о влажности газа в контролируемой среде. Для измерения влажности газа может быть использована любая из известных измерительных схем, обладающая высокой точностью измерения скорости ультразвука. В том случае, если звукопровод преобразователя влажности выполнен из материала сорбента, его работа аналогична описанной.

Скорость распространения сдвиговых акустических волн в ленточном звуконроводе не зависит от рабочей част< ты. Это обстоястельство способствует увеличению точности измерения при изменении рабочей частоты.

Чувствительность преобразователя к атмосфере влажного газа определя-, ется отношением толщины слоя сорбента (d") к толщине подложки (Ъ|. Кроме того, чувствительность зависит ат соотношения плотностей материалов, из которых изготовлены подложка и слой сорбента. Чувствительность больше тогда, когда материал подложки имеет меньшую плотность.

Преобразователь влажности газов может работать на частотах до

150 МГц. Использование высоких частот позволяет применять тонкий слой сарбента, что способствует снижению инерционности измерений. Разрешающая способность преобразователя влажности зависит от длины ленточного звукапровода, так как разрешающая cr-.=ñîoíîñòü измерительной схемы, подключаемой « преобразователю влажности, за-нсит оТ времени задержки электрического сигнала. Кроме того, разре"аю,.а . способность преабразавател.,: возрастает с увеличением длины ленточного звукопровода.

В н родном хозяйстве преаб ;:а..":аватель влажности газов наиболее бффективно может быть использован в производствах, где требуется измерение влажности газов. Так, например, е. ..-" можно использовать в текстильной отрасли промжаленности для улучления контроля влажности воздуха, так как механические свойства волокон зависят от влажности воздушной среды. Предлагаемое устройство можно так;, :е ис-,, пользовать и в складских помещениях легкой, пищевой и тяжелой промышленности, 10б5755—

Составитель Ю. Коршунов

Техред И. фетелева Корректор М. Шароши й

Редактор Н. Безродная

Заказ 11033/44 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Преобразователь влажности газов, наиболее целесообразно использовать

При проведении научных исследований в области химии для изучения поверхностных явлений, так как с его -помощью легко. преобразовать полезную 5 информацию в электрический сигнал. ййпример, преобразователем можно измерять иэотерват абсорбции паров ве щества в слое сорбента, исследовать адгезию и когезию пленок на поверхности твердого тела в атмосФере увлажненного воздуха, что очень важно при исследовании и разработке лакокрасочных покрытий.