Акустоэлектронный газоанализатор

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения состава газ овых и жидких сред. Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение диапазона измерения за счет обеспечения трансформации волны Лэмба в квазирелеевскую волну или поперечной объемной акустической волны в поверхностную 16 акустическую волну и дифференциальной схемы измерения. Звукопроводы акустоэлектронного газоанализатора изогнуты , выполнены из двух пьезоэлектрических слоев 2, 3 и 4, 5 с различными скоростями распространения акустических волн и расположены параллельно один другому. Слои 10, 11 сорбента размещены внутри полости, образованной звукопроводами и соединенной с окр у жающей средой. Встречно-штыревые преобразователи 6, 7.и 8, 9 размещены на наружной поверхности полости и изолированы от окружающей среды. Слои 2, 5 звукопроводов выполнены из материала с меньшей скоростью распространения акустической волны. Изменение скоростей акустических волн пропорционально концентрации вещества, содержащегося в газовой среде. Дифференциальное включение выходных ВШП позволяет скомпенсировать влияние изменения внешних условий. 2 ил. & ю г 00 05 23

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 N 29/02 ф(Р " рлор;1 р

j l3 .„"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

КЩ;! Ц;;. гЕ1,д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3979664/25-28 (22) 21. 11. 85 (46) 23.03,87. Бюл. ¹ 11 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) И.Е.Сырмолотнов (53) 534.532.6(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1191817, кл. G 01 N 29/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹- 932390, кл. С 01 N 29/02, 1980. (54) АКУСТОЭЛЕКТРОННЫИ ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения состава газовых и жидких сред. Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение диапазона измерения за счет обеспечения трансформации волны Лэмба в квазирелеевскую волну или поперечной объемной акустической волны в поверхностную

„„SU,» 1298644 А1 акустическую волну и дифференциальной схемы измерения. Звукопроводы акустоэлектронноro газоанализатора изогнуты, выполнены из двух пьезозлектрических слоев 2, 3 и 4, 5 с различными скоростями распространения акустических волн и расположены параллельно один другому. Слои 10, 11 сорбента размещены внутри полости, образованной звукопроводами и соединенной с окружающей средой. Встречно-штыревые преобразователи 6, 7 и

8, 9 размещены на наружной поверхности поло" òè и изолированы от окружающей среды. Слои 2, 5 звукопроводов выполнены из материала с меньшей скоростью распространения акустической волны. Изменение скоростей акустических волн пропорционально концентрации вещества, содержащегося в газовой среде. Дифференциальное включение выходных ВШП позволяет скомпенсировать влияние изменения внешних условий. 2 ил.

129864

1 у 1! где

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в аналитическом приборостроении для определения состава газовых и жидких сред, в металлургии, прецизионной химии для контроля и регулирования технологических процессов.

Цель изобретения — повьппение чувствительности и расширение диапазона измерения за счет обеспечения транс- 10

Формации волны Лэмба в квазирелеевскую волну или поперечной объемной акустической волны в поверхностную акустическую волну и дифференциальной схемы измерения.

На фиг. 1 изображен акустоэлектронный газоанализатор, вид спереди; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Акустоэлектронный газоанализатор содержит корпус 1, размещенные в нем звукопроводы из двух пьезоэлектрических слоев 2, 3 и 4, 5, например пьезокварца УХ-среза и ниобата - метия

YZ-среза. В слоях 2 и 5 скорость волны меньше, чем в слоях 3 и 4.Слои

2, 3 и 4,5 соединены между собой связующим веществом, например легкоплавким стеклом или высокомодульным клеем.

Оба звукопровода изогнуты так, что слои 2 и 5 с меньшей скоростью распространения акустической волны рас тянуты, а слои 3 и 4 с большей скоростью сжаты.

Иапряженно-деформированное состояние эвукопроводов обеспечивается их

35 жесткой связью с основанием корпуса по контуру и необходимой шириной периферийных участков торцовых поверхностей корпуса 1, контактирующих с звукопроводами. На поверхности слоя

2 предварительно сформированы входной 6 и выходной 7 встречно-штыревые преобразователи (ВШП) акустических волн. Аналогичные ВШП 8 и 9 размещены на поверхности слоя 4 ВТо рого звукопровода. Суммарная толщина двух слоев пластины не превьппает пяти периодов решетки ВШП: для периода решетки 100 мкм (длина волны О, 1мм) толщина пластин не превышает 0 5 мм.

Корпус 1, первый и второй звукопроводы образуют емкость, внутри которой на поверхности слоя 3 нанесен слой сорбента 10, а на поверхности слоя 5 — слой сорбента 11. В корпусе

1 выполнены отверстия, которые соединяют емкость с внешней средой. Материал сорбента выбирается в зависимо4 2 сти от типа газообразного вещества, содержание которого определяется, например, двуокись кремния для паров воды, поливинилхлорид для паров ацетона, триэтиламин для газа двуокиси серы.

Без сорбента чувствительность прибора уменьшается, а стабильность характеристик улучшается. Принципиальной необходимости в пленках сорбента нет, так Как работоспособность устройства сохраняется и без нанесения сорбента.

На краях звукопроводов нанесены поглотители 12 и 13 акустических волн из низкомодульных материалов, например резины.

Корпус 1 с закрепленными на нем звукопроводами установлен на плате, "14 внутри герметичного баллона 15, заполненного инертным газом и выполняющего роль экрана. Электроды ВШП соединены с внешними электрическими цепями через гермовводы 16 — 23.

Центры отверстий в корпусе 1 совпадают с центрами отверстий в плате 14.

Устройство работает следующим образом.

С помощью ВШП 6 в первой двуслойной пластине (звукопроводе) возбуждается первая объемная акустическая волна (ОАВ)„ скорость которой зависит от физических свойств материала слоев 2 и 3 и их толщины. Для структуры кварц-ниобат лития скорость волны (волны Лэмба) лежит в пределах

3, 1... 3,85 км/с. Если толщины

cases равны, то скорость волны составляет примерно 3,5 км/с.

Первая ОАВ достигает выходной

ВШП 7 за время

1, — расстояние между ВШП 6 и 7;

V — средняя скорость распрот странения ОАВ в двуж.лойной структуре со слоями

2 и 3.

Средняя скорость ОАВ в недеформированной тонкой пластине практически не отличается от скорости ОАВ в изогнутой пластине, так как энергия ОАВ передается по всему объему пластины. В этом случае изменение ск рости в зависимости от деформации компенсируется деформациями проти1 31,6 ь

T +ьт

1 (nV

1 — al

2 g + д((+ ь17 .

3 ноно ложно го знака н слое . 2 . р» от яжение) и слое 3 (сжатие).

Аналогичным образом вторая ОАВ возбуждается входным BIIm 8 и достигает выходной ВШП 9 за время

1, Т

2 где 12 — расстояние между ВШП 8 и 9;

Ч вЂ” средняя скорость в двух- 10 слойной структуре со слоями

4 и5.

При нанесении тонких слоев сорбента 10 и 11 скорость ОАВ изменяется незначительно за счет эффекта массонагружения знукопровода. При наличии в газовой среде определенного компонента, который поглощается материалом сорбента 10 и 11 происходит следующее. 20

Энергия ОАВ перераспределяется так, что большая ее часть передается через слой, на поверхности которого отсутствует пленка сорбента: в первой пластине — через слой 2, во второй — через слой 4. При этом происходит трансформация типов волн:

ОАВ преобразуется в квазирелеевскую поверхностную волну. Скорость первой акустической волны при этом меньше, ЗО а второй больше, чем в первоначальном состоянии.

Дополнительное изменение скорости происходит за счет эффекта акустоупругости: уменьшения скорости первой акустической волны в слое 2, в котором преобладают деформации растяжения, и увеличение скорости в слое 4, вызванное деформациями сжатия.

Изменение скоростей акустических 4О волн пропорционально концентрации вещества, содержащегося в газовой среде.

Происходит также увеличение длины акустического пути, проходимого ква- 45 уирелеевской волной в первой пластине и уменьшение во второй пластине.

Время задержки акустической волны в первом звукопроводе увеличивается, а во втором уменьшается: 50 где ь1, ь1 — изменение длины акустического пути в первом и втором зву"

4 копронолах з» счет трансформации ОАВ в кнаэирелеевскую соответственно в растянутом слое 2 и сжатом слое 4;ьЧ 6v — соответствующее изме(1 нение скорости н первом и втором звукопроводах, связанное с перераспределением энергии акустических колебаний в слой 2 и слой 4;

tt fI ьЪ;, ьЧ, — дополнительное изменение скорости первой и второй акустических волн за счет растяжения слоя 2 и сжатия слоя 4.

При дефференциальном включении выходных электродов первого и второго звукопроводов полезное изменение времени задержки определяется н виде: ьТ=Т+ ьт — (т — ьт). 1

При Т < Т, ьТ " ьТ =ьТ имеют ьТ " 2ьТ

Изменение времени задержки, вызванное нагревом звукопроводов, компенсируется, так как происходит примерно одинаковое изменение размеров звукопровода и скорости волны в них.

Информация о концентрации вещества или влагосодержания представляется либо в фазовой форме при использовании внешнего высокостабильного генератора, либо в частотной при включении выходных электродов ВШП в состав генераторов с задержанной обратной связью.

Ф о н м у л а и з о б р е т е н и я

Акустоэлектронный газоанализатор, содержащий корпус и размещенный в нем знукопровод с нанесенными на одной иэ его поверхностей встречноштыревыми преобразователями и слоем сорбента на противоположной, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с цепью поньппения чувствительности и расширения диапазона измерений, он снабжен размещенным н корпусе параллельно первому вторым звукопроводом с встречно-штыреными преобразователями и слоем сорбента, звукопроноды

1298б44

Составитель И.Ардашева

Редактор М.Бланар ТехредЛ.Сердюкова Корректор JI.Патай

Заказ 882/46

Тираж 777 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Произnoprтвенно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная,4 изогнуты и выполнены из двух пьезоэлектрических слоев с разной скоростью распространения акустических волн, поверхности звукопроводов с сорбентами образуют емкость, соединяемую с внешней средой, на наружной поверхности которой размещены изолированные от внешней среды встречно-штыревые преобразователи, слои звукопроводов со стороны выпуклой поверхности выполнены из материала с меньшей скоростью распространения акустических волн, а толщина звукопроводов не превышает пяти периодов решетки встречно-штыревых преобразователей.