Акустический гигрометр

Акустический гигрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н kBTOPCHOINV СаВЩтИЛьстам

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ ИОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОМНРЬНЗФ (21) 2984569/18-28

{22) 12.09.80

{46) 07.05.83. Вюл.. Р 17 (72) В.К. Алтухов, Ю.И. Водянов, В.А, Гречишкин, Ю.Л. Hypos и В.Г. Шаталов (53) 533.275{088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 187926, кл. G 01 И 1/11, 1960.

2. Гигрометр Волна 2N . Проспект Ангарского ОКВА, черт. НЕ-00037 (прототип). (54)(57) АКУСТИЧЕСКИЙ ГИГPONETP со» держащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающий излучающий и приемный

:пьезопреобразователи, подключенные

3fS9 G01 Wl 1 G01 N9 36 соответственно к выходу генератора и входу блока измерения, и сорбент, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя чувствительными элементами, выпалненными в виде пластин, на поверхность одной ит которых нанесен сорбент, V -обраэньаа 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 закреплены на свободных концах волновода. Е

1016752!

Изобретение относится к технике измерения влажности и может быть использовано в приборостроительной, химической, авиационной, электронной и других отраслях промышленности для измерения относительной влажности 5 воздуха и газовых смесей как в промышленных помещениях, так и в микрообъемах при производстве печатных плат, микросхем и других радиоэлементов .

Известен измеритель влажности, содержащий первичный измерительный преобразователь сорбционно-резистивного типа и блок обработки информации. Принцип действия первичного преобразователя основан на изменении величины электрического сопротивле-. ния пленки сорбента, нанесенной на непроводящую основу, под действием влаги (11.

Недостатком этого устройства является невысокая точность и чувствительность измерений.

Наиболее близким по технической. сущности к предлагаемому является акустический гигрометр, содержащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающий в себя излучающий и приемный пьезопреобразойатели, подключенные соот- ЗО ветственно к выходу генератора и входу блока измерения, и сорбент.

Изменение относительной влажности анализируемой среды вызывает изменение массы оорбента, пропорцио-. 35 нальное изменению резонансной частоты генератора, контуром которого является приемный пьезоэлемент. В уста-, новившемся режиме резонансная частота колебаний генератора и, следователь- 4g но, пьезоэлемента является мерой относительной влажности воздуха или газовой смеси $ 21.

Недостатком известного гигрометра является невысокая точность при не-,,45 обходимости измерений очень малых влажностей (единицы процентов относительной влажности) и невозможность его применения для измерения влаж.ности во взрывоопасных промышленных помещениях.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что акустический гигрометр содержащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающий в себя излучающий и приемный пьезопреобразователи, подключенные соответственно к выходу генератора и входу блока измерения, и сорбент, снабжен двумя чувствительными элементами, выполненными в виде пластин, на одну из которых нанесен сорбент, и У -образным экспоненциальным BEóc- 65 тическим волноводом, излучающий пьезопреобразователь выполнен в виде диска, размещенного симметрично на перемычке волновода, приемный пьезопреобраэователь — в виде двух равных по площади полуколец, располЬженных 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,З разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.2; на фиг,5 — эпюры напряжений, поясняющие работу гигрометра.

Акустический гигрометр содержит первичный измерительный преобразователь, включающий М-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, выполненные в виде металлических пластин 5 и б, причем на поверхность последней, являющейся измерительной, нанесен сорбент 7. Пластины 5 и б закреплены зажимами 8 и 9 на свободных концах 10 и 11 волновода 1. Последний закреплен в герметизирующей стенке 12. Генератор электрических колебаний . и блок измерения (не показаны) подключены соответственно к входу излучающего пьезопреобразователя 2 и выходу приемного пьезопреобразователя 3.

Эпюра 13 (фиг.5) представляет собой форму сигнала на одном из приемных пьезопреобразователей, эпюра

14 — зависимость аналогового сигнала À, пропорционального разностному значению коэффициентов поглощения в образцовом и измерительном чувствительных элементах от влажности р.(диапазон 0-100% относительной влажности), эпюра 15 — зависимость разности фаз д,Ч между сигналами в образцовом и измерительном чувствительных элементах от влажности р, (диапазон О-ЗВ относительной влажности).

Акустический гигрометр работает следующим образом.

Ганератор электрических колебаний вырабатывает короткие прямоугольные импульсы, поступающие на диск 2 излучающего йьезопреобразователя первия9 ного измерительного преобразователя, который передает энергию электрического импульса в волновод, преобразующий энергию импульса в .экспоненциально затухающие механические

101б752 колебания, которые поступают в концы

10 и 11 экспоненциального волновода

1. Угол с(между осями концов 10 и

11 волновода 1 выбирается таким, чтобы акустические колебания расп- ространялись в объемах концов 10 и

1l волновода с минимальными обратными отражениями, для чего оС =о(".

Усиленные волноводом 1 акустические колебания поступают в чувствительные элементы: образцовую пластину 5 и измерительную пластину б, покрытую пленкой сорбента 7.. Отразившись от концов чувствительных элементов, колебания достигают полуколец 3 и 4 приемного пьезопреобраэователя, где часть энергии преобразуется в электрические колебания, а часть, отразившись, вновь распространяется по . каждой части волновода. вдоль его концов 10 и 11 и чувствительных элементов с последующим отражением от нх концов.

Таким образом, на выходе полуколец 3 и 4 .приемного пьезопреобразователя будет наблюдаться серия отраженных, экспоненциально затухающих пачек импульсов (фиг.2, эпюра 13).

Скорость изменения амплитуды огибающей этих импульсов будет изменяться пропорционально величине относительной влажности в широких пределах ее изменения, а фаза — пропорционально малым значениям влажности. Параметры колебаний на выходе приемного пьезопреобразователя не будут изменяться ри изменении влажности, а будут реагнровать лишь на изменение температуры окружающей среды. Поэтому блок измерения вырабатывает аналоговые сигналы, пропорциональные разностным значениям амплитуд и фаз между акус5 тическими характеристиками в образцовом н измерительном чувствительных элементах (фнг.5, эпюры 14 и (15).. Это позволяет произвести автоматическую температурную компенсацию

10 и измерять влажность при любой температуре, что значительно повышает точность измерений. Кроме того, крепление акустического концентратора в герметизнрующей стенке позволяет

11 вынести пьезоэлементы из взрывоопасной среды и выполнить гигрометр во

:взрывозащищенном исполнении, что расшиояет область его применения.

Вид зависимости на эпюре 15 (фиг.5) определяется типом применяемого сррбента и технологией еюо нанесения при малых величинах р. (для многих типов сорбентов изменение влажности связано с изменением фазы

2 сигнала).

Использование предлагаемого акустического гигрометра позволеет не только измерять относительную влажЗО ность в промышленных помещениях в широких пределах ее изменения (до

100%), но и вести измерения малых величин влажности в микрообъемах взрывоопасной средой в широком интер35 вале температур.

101б752

Составител@ 8. долгова

Редактор А. Курах Техред В.Далекорей . Корректор 0. Билак

Э Ф °. °

Заказ 3381/4б Тираж 710 . Подписное ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская на5., д, 4/5

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