Преобразователь влажности воздуха

Преобразователь влажности воздуха

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУ {А, содержащий установленные на звукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, выполненные в виде подсоединенных к источни переменного тока встречно-штыревых электродов, пленку сорбента, отличаювдийс я тем, что, с целью увеличения чувствительности, пленка сорбента расположена на поверхности приемника поверхностных акустических волн.

СОЮЗ ООЦЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

3С59 С 01 и 29 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НбМИТЕТ СССР

Пб ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕЙИР И ОТНРЫТИЙ (21).3425444/18-25 (22) 20,04.82 (46) 07.12.83. Бвл. 9 45 (72) А-. Р. Севастьянов (53) 543.275.1(088.8) (56) 1. Берлинер М. А. Измерение влажности, М., "Энергия", 1973, с. 281284, . 2. Челядинов В. Д. Применение устройств на поверхностных акустических волнах s системах регулирования пара- . метров окружающей среды в сельском хозяйстве. В сб, "Функциональные

:акустические устройства обработки сигналов", вып. 124. Л., 1978, с. 58- 60 (прототип).,Su„„1058889 А (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ .ВОЗ;цу)(А, содержащий установленные на эвукопроводе иэ пьеэоматериала источник и приемник поверхностных -акустических волн, выполненные в виде подсоединенных к источнику переменного тока встречно-штыревых электродов, пленку сорбента, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения чувствительности, пленка сорбента расположена на поверхности приемника поверхностных акустических волн.

1058889

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения влажности воздуха с помощью поверхностных акустических волн (ПАВ), Известно устройство, предназначенное для измерения и регулирования влажности воздуха, в котором в качестве чувствительного элемента используются пьезокварцевые пластины, покрытые влагочувствительной пленкой (11 .

В таком преобразователе, выходным 10 параметром, характеризующим влажность воздуха, является резонансная частота колебаний пьезопластины, а величина полезного сигнала определяется относительным изменением массы пьезо-$5 пластины, связанной е изменением влажности:контролируемой воздушной среды.

Основным недостатком пьезорезоиансного датчика является то, что его добротность зависит от толщины влаго- 2О чуствительной пленки, что приводит к уменьшению разрешающей способности или даже к прекращению работоспособности пьезокварцевого резонатора.

Кроме того, необходимо применять от- 25 .носительно сложную и громоздкую часТотноиэмерительную аппаратуру. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь влажности воздуха, содер-О жащий установленные на эвукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, вы- полненные в виде подсоединенйых к источнику переменного тока встречноштыревых электродов, пленку сорбента j2)

Это устройство характеризуется тем, что затухание электрического сигнала в зависимости от относительной влаж- 4Q ности воздуха имеет малую величину, т.е. датчик характеризуется плохой чувствительностью.

Цель изобретения - увеличение чувствительности преобразователя влаж- 45 ности воздуха.

Поставленная цель достигается тем,,что в преобразователе влажности воздуха, содержащем установленные на звукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, выполненные в виде подсоединенных к источнику переменного тока встречно-штыревых электродов, пленку сорбента, последняя расположена на поверхности приемника ПАВ. 55

Кроме того, для повышения избирательности пленка сорбента может быть, расположена на.поверхности встречно штыревых электродов приемника ffAB.

Пленка сорбента расположена на 60 поверхности приемника ПАВ для того, чтобы в атмосфере влажного воздуха изменять амплитудно-частотную. характеристику (АЧХ) приемника и увеличивать информационный сигнал, связан-, 65 ный с затуханием элект,эического сигнала на выходе преобразователя влажности воздуха.

На фиг. 1 изображен преобразователь влажности воздуха, разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

В устройстве на звукопроводе 1 расположены источник 2 и приемник 3

tIAB, а пленка сорбента 4 находится на поверхности приемника ttAB.

Звукопровод 1 выполняется из пьезоматериала, например ниобата лития, пьеэокварца, с малым температурным коэффициентом линейного расширения и пригодного для использования в акустоэлектронных устройствах в качестве звукопровода., Источник 2 и приемник 3 ПАВ представляет собой встречно-штыревые металлические электроды расположенные на поверхности звукопровода 1. Толщина металлических электродов составляет 1000 A. Расстояние между встречно-штыревыми электродами зависит от рабочей частоты. Оптимальная рабочая частота преобразователя влажности воздуха находится в пределам .10-100 МГц потому, что на более высо- . ких частотах расстояние между встречно-штыревыми электродами становится меньше 10 мкм и, в этом случае, возможно паразитное действие капельной влаги, находящейся в контролируемой среде, Оптимальное количество встречно-штыревых электродов в источнике

IIAB составляет 4-20 и зависит от материала звукопровода. Полоса пропускания источника НАВ составляет 5-10% от рабочей частоты, т.е. он изготовляется широкополосным. Приемник IIAB в отличие от источника изготавливается узкополосным, т.е. он имеет полосу пропускания 1-4% от рабочей частоты.

Это достигается тем, что в приемнике

ПАВ встречно-штыревых электродов 2-20 раэ больше, чем в источнике ПАВ, AMплитудно-частотная характеристика преобразователя влажности должна иметь плавную форму беэ "зубцов" с максимальным подавлением от тремпро летного сигнала и максимальное внеполосное подавление от паразнтных сигналов. На. торцах и боковых гранях преобразователя влажности необходимо разместить поглощающее ультразвуковое покрытие, которое должно быть выполнено иэ влагонепроницаемого материала, например из свинца. Расстояние между источником и приемников ПАВ должно быть не менее длины приемника

IIAB. Это необходимо для того, чтобы ослабить уровень электрической наводки между преобразователями ПАВ, Целесообразно между источником и приемником IIAB расположить металлический заземленный электрод толп. иной 1000 A.

Пленка сорбента 4 находится на поверхности приемника ПАВ, т.е. íà по1058889

ВНИИПИ Заказ 9694/19 Тираж 471 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðoåêòíàÿ,4 верхности встречно-штыревых электродов и между электродами. В качестве сорбента используются материалы, обладающие микропористой структурой, например, из окислов кремния или полимеров. Толщина пленки сорбента не 5 должна превыаать трех расстояний между осями соседних электродов встречноштыревого преобразователя IIAB. Оптимальная толщина пленки сорбента выбйрается такой, чтобы в атмосфере 10 . осушенного воздуха электрический сиг1нал на выходе преобразователя влаж1 ности воздуха ослаблялся на б дБ.

Возможно выполнение преобразователя, у которого пленка сорбента на ходится иа поверхности встречно-шты .ревых электродов приемника IIAB. Устройство в этом случае выполняется иэ тех же материалов, что и описанное в" Преобра ватель при этом не 20 имеет пленки сорбента между встречноштыревыми электродами в приемнике IIAB, Это позволяет ослабить изменение емкости приемника IIAB. Это позволяет ослабить изменение емкости приемника

GAB в атмосфере неконтролируемых примесей и .дает возможность использовать преобразователь в газоаналиэаторах.

При использовании такого преобра-. зователя полезный информационный сиг- З0 нал практически не будет зависеть от диэлектрической проницаемости веществ, входящих в состав контролируемой воздушной среды„ а будет зависеть от мас° сы абсорбированного вещества в плен- 35 ке сорбента., Работа преобразователя влажности воздуха осуществляется следующим образом. Преобразователь влажности помещают в корпус, через который пропус- 40 щит влажный воздух. Источник 2 преобразователя влажности подключают к генератору высокочастотных электрических колебаний, а приемник 3 к усилителю и вольтметру. Под действием электрического тока в источнике 2 возбуждаются ПАВ, которые по звукопроводу 1 распространяются к приемнику 3, в котором ПАВ преобразуются в информационный электрический сигнал. В атмосфере влажного воздуха пленка сорбента 4 поглощает влагу и изменяет свои акустические свойства, т.е. изменяются коэффициенты затухания и скорость распространения ультразвука.

Вследствие того, что пленка сорбента акустически связана с приемником ПАВ, происходит изменение амплитудно-частотной характеристики приемника IIAB в преобразователе влажности воздуха.

Таким образом, формируется выходной информационный электрический сигнал преобразователя влажности, который состоит из двух составляющих. Первая составляющая связана с затуханием

lIAB в пленке сорбента, а вторая с затуханием электрического сигнала в приемнике ПАВ, вызванного изменением его амплитудно-частотной характеристике.

Преобразователь влажности воздуха имеет существенное отличие в работе по сравнению с известным устройством, у которого центральная частота амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в атмосфере влажного воздуха не изменяется.

У предлагаемого преобразователя влажности воздуха центральная часто,та АЧХ смещается, т.е. происходит

1 дополнительное затухание электричес кого сигнала. В этом случае, величина затухания будет значительно больше, что позволяет увеличить полезный информационный сигнал, связанный с относительной влажностью воздуха.

Для того, чтобы чувствительность преобразователя влажности воздуха имела наибольшую величину, его рабочая часть должна находиться на ветоши ЛЧХ приемника ПАВ с отрицательной или равной нулю производной.

Чувствительность будет наибольшей в том случае, когда рабочая частота будет чаходиться на ветви АЧХ приемника IIAB, имеющей максимальную крутизну.

Использование изобретения позволит улучшить контроль влажности в промышленности и сельском хозяйстве.,