Преобразователь влажности воздуха

(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕ .ВОЭДуй, содержащий ус эвукопроводе иэ пьеэо ник и приемник поверх ческих волн, выполнен соединенных к нсточнийу тока встречно-штыревых пленку сорбента, о т л с я тем, что, с целью чувствительности, плен положена на поверхност поверхностных акустиче ма но ны ие в 281 ние уст ических ия пара ьском ные аси с 8-6 Фь ООУДАРСТВЕННЫЙ НбМИТЕТ СССРПб ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕЙИР ИОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУСВИДЕТЕЛЬСТ. 2. Челядинов В. Д. Применройств на поверхностных акусволнах в системах регулироваметров окружающей среды в сехозяйстве. В сб. "Функционал(прототип). Ь ВЛАЖНОСТИ ановленные на териала источ стных .акустие в виде подпеременного электродов, и ч а ю щ и й увеличения а сорбента р приемника ких волнИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения влажности воздуха с помощью поверхностных акустических волн (ПАВ),Известно устройство, предназначенное для измерения и регулирования 5 влажности воздуха, в котором в качестве чувствительного элемента используются пьезокварцевые пластины, покрытые влагочувствительной пленкой 11 .В таком преобразователе, выходным 10параметром, характеризующим влажность воздуха, является резонансная частота колебаний пьезопластины, а величина полезного сигнала определяется относительным изменением массы пьезопластины, связанной о изменением влажности, контролируемой воздушной среды.Основным недостатком пьезорезоиансного датчика является то, что его добротность зависит от толщины влаго чуствительной пленки, что приводит к уменьшению разрешающей способности или даже к прекращению работоспособности пьезокварцевого резонатора.Кроме того., необходимо применять от .носительно сложную и громоздкую часТотноиэмерительную аппаратуру.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является преобразователь влажности воздуха, содерз 0 жащий установленные на эвукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, вы-полненные в виде подсоединенйых к источнику переменного тока встречноштиревих электродов, пленкусорбента (1;Это устройство характеризуется тем, что затухание электрического сигнала в зависимости от относительной влаж ности воздуха имеет малую величину, т.е. датчик характеризуется плохой чувствительностью.Цель изобретения - увеличениечувствительности преобразователя влажности воздуха.Поставленная цель достигается тем, ,что в преобразователе влажности воздуха, содержащем установленные на звукопроводе из пьезоматериала источник и приемник поверхностных акустических волн, выполненные в видеподсоединенных к источнику переменного тока встречно-штыревых электродов, пленку .сорбента, последняя расположена на поверхности приемника ПАВ. 55Кроме того, для повышения избирательности пленка сорбента может быть , расположена на поверхности встречно штыревых электродов приемника ПАВ.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 яе, вид сверху.В устройстве на звукопроводе 1 расположены источник 2 и приемник 3 ПАВ, а пленка сорбента 4 находится на поверхности приемника ПАВ.Звукопровод 1 выполняется из пьезоматериала, например ниобата лития, пьеэокварца, с малым температурным коэффициентом линейного расширения и пригодного для использования в акустоэлектронных устройствах в качестве звукопроводаИсточник 2 и приемник 3 ПАВ представляет собой встречно-штыревые металлические электроды расположенные на поверхности звукопровода 1. Толщина металлических электродов составляет 1000 А. Расстояние между встречно-штыревыми электродами зависит от рабочей частоты. Оптимальная рабочая частота преобразователя влажности воздуха находится в пределам 10-100 ЯГц 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-штиревых электродов в источнике ПАВ составляет 4-20 и зависит от материала звукопровода. Полоса пропускания источника НАВ составляет 5-10 от рабочей частоты, т.е. он изготовляется широкополосным, Приемник ПАВ 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-штиревых электродов 2-20 раэ больше, чем в источнике ПАВ, Амплитудно-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 ПАВ. Это необходимо для того, чтобы ослабить уровень электрической наводки между преобразователями ПАВ, Целесообразно между источником и приемником ПАВ расположить металлический заземленный электрод толп, иной 1000 А.Пленка сорбента 4 находится на поверхности приемника ПАВ, т.е. на по1058889 ираж 471 Подписное НИИПИ Заказ 9694/илиал ППП "Патент". Ужго ул. Проектная 4 верхности встречно-штыревых электродов и между электродами, В качествесорбента используются материалы, обладающие микропористой структурой,например, из окислов кремния или полимеров, Толщина пленки сорбента не 5должна превыаать трех расстояний между осями соседних электродов встречноштыревого преобразователя ПАВ. Оптимальная толщина пленки сорбента вы 6 йрается такой, чтобы в атмосфере О,осушенного воздуха электрический сиг 1 нал иа выходе преобразователя влаж 11 ности воздуха ослаблялся на б дБ.Возможно выполнение преобразователя, у которого пленка сорбента находится иа поверхности встречно-штыревых электродов приемника ПАВ, Устройство в этом случае выполняетсяиэ тех же материалов, что и описанноевюи. Преобразователь при этом неимеет пленки сорбента между встречноштыревыми электродами в приемнике ПАВ,Это позволяет ослабить изменение емкости приемника ПАВ. Это позволяетослабить изменение емкости приемникаПАВ в атмосфере неконтролируемых примесей и даетвозможность использовать преобразователь в газоаналиэаторах.При использовании такого преобразователя полезный информационный сиг- ЗОнал практически не будет зависеть отдиэлектрической проницаемости веществ,входящих в состав контролируемой воздушной среды а будет зависеть от массы абсорбированного вещества в пленке сорбента.,Работа преобразователя влажностивоздуха осуществляется следующим образом. Преобразователь влажности помещают в корпуС, через который пропус Ощит влажный воздух, Источник 2 преобразователя влажности подключают кгенератору высокочастотных электрических колебаний, а приемник 3 к усилителю и вольтметру. Под действием 45электрического тока в источнике 2возбуждаются 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 изменяетсвои акустические свойства, т.е. изменяются коэффициенты затухания искорость распространения ультразвука.Вследствие того, что пленка сорбентаакустически связана с приемником ПАВ,происходит изменение амплитудно-частотной характеристики приемника ПАВв преобразователе влажности воздуха.Таким образом, формируется выходнойинформационный электрический сигналпреобразователя влажности, которыйсостоит из двух составляющих, Перваясоставляющая связана с затуханиемПАВ в пленке сорбента, а втораяс затуханием электрического сигналав приемнике ПАВ, вызванного изменением его амплитудно-частотной характеристике,Преобразователь влажности воздухаимеет существенное отличие в работепо сравнению с известным устройством,у которого центральная частота амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)в атмосфере влажного воздуха не изменяется.У предлагаемого преобразователявлажности воздуха центральная часто,та АЧХ смещается, т.е. происходитдополнительное затухание электрического сигнала. В этом случае, величина затухания будет значительно больше, что позволяет увеличить полезныйинформационный сигнал, связанный сотносительной влажностью воздуха.Для того, чтобы чувствительность преобразователя влажности воздуха имеланаибольшую величину, его рабочаячасть должна находиться на ветоши АЧХприемника ПАВ с отрицательной илиравной нулю производной.Чувствительность будет наибольшейв том случае, когда рабочая частотабудет чаходиться на ветви АЧХ приемника ПАВ, имеющей максимальную крутизну,Использование изобретения позволит улучшить контроль влажности впромышленности и сельском хозяйстве