Акустический гигрометр

(,1;" А,ае (и), 01 М 9 36 СВ С 01 Ю 1 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ НУ 66 ИТЕЛЬСТВУАВТО УДАРСТ 8 ЕННЫЙ ИОМИТЕТ СОСРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ЩНРЫПФ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Ф 187926, кл. 6 01 И 1/11, 1960.2. Гигрометр ффВолна 2 Иф. Проспект Ангарского ОКВА, черт. НЕ(прототип).(54)(57) АКУСТИЧЕСКИЙ ГИГРОИЕТР со держащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающий излучающий и приемный .пьезопреобразователи, подключенные соответственно к выходу генератора и входу блока измерения, и сорбент, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен двумя чувствительными элементами, выпелненными в виде пластин, на поверхность одной ит которых нанесен сорбент, Ч -обраэньаа экспоненциальным акустическим волноводом, излучающий пьезопреобразователь выполнен в виде диска, размещенного симметрично на перевеючке волновода, приемный пьезопреобразователь - в виде двух равных по площади полуколец, расположенных симметрично относительно излучающего диска, :а чувствительные элементы закреплены на свободных концах волновода. ЕО Изобретение относится к техникеизмерения влажности и может быть использовано в приборостроительной,химической, авиационной, электроннойи других отраслях промышленности дляизмерения относительной влажности 5воздуха и газовых смесей как в промышленных помещениях, так и в микрообъемах при производстве печатныхплат, микросхем и других радиоэлементов.Известен измеритель влажности,содержащий первичный измерительныйпреобразователь сорбционно-резистивного типа и блок обработки информации. Принцип действия первичного 15преобразователя основан на изменениивеличины электрического сопротивле-.ния пленки сорбента, нанесенной нанепроводящую основу, под действиемвлаги 11.Недостатком этого устройства является невысокая точность и чувствительность измерений.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является,акустический гигрометр, содержащийгенератор электрических колебаний,блок измерения и первичный измерительный преобразователь, включающийв себя излучающий и приемный пьезо"преобразователи, подключенные соответственно к выходу генератора ивходу блока измерения, и сорбент.Изменение относительной влажности анализируемой среды вызывает изменение массы оорбента, пропорцио-. 35нальное изменению резонансной частоты генератора, контуром которого является приемный пьезоэлемент. В уста-,новившемся режиме резонансная частотаколебаний генератора и, следователь Оно, пьезоэлемента является меройотносительной влажности воздуха илигазовой смеси ( 21.Недостатком известного гигрометраявляется невысокая точность при не- , ,45обходимости измерений очень малыхвлажностей (единицы процентов относительной влажности) и невозможностьего применения для измерения влажности во взрывоопасных промышленныхпомещениях,501Цель изобретения - повышение точности измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что акустический гигРометР, содержащий генератор электрических колебаний, блок измерения и первичныйизмерительный преобразователь, включающий в себя излучающий и приемныйпьезопреобразователи, подключенныесоответственно к выходу генератораи входу блока измерения, и сорбент,снабжен двумя чувствительными элементами, выполненными в виде пластин,на одну из которых нанесен сорбент,и У -образным экспоненциальным акус тическим волноводом, излучающийпьезопреобразователь выполнен в видедиска, размещенного симметрично наперемычке 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 измерительныйпреобразователь, вид сверху; нафиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг,Зразрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг,5 - эпюрынапряжений, поясняющие работу гигрометра.Акустический гигрометр содержитпервичный измерительный преобразова"тель, включающий М-образный экспоненциальный волновод 1, размещенныйсимметрично на перемычке волновода 1излучающий пьезопреобразователь, выполненный в виде диска 2, приемныйпьезопреобразователь,выполненныйв 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 поверхностьпоследней, являющейся измерительной,нанесен сорбент 7, Пластины 5 и бзакреплены зажимами 8 и 9 на свободных концах 10 и 11 волновода 1. Последний закреплен в герметизирующейстенке 12. Генератор электрическихколебаний и блок измерения (не показаны) подключены соответственнок входу излучающего пьезопреобразователя 2 и выходу приемного пьезопреобразоюателя 3,Эпюра 13 (фиг.5) представляетсобой Форму сигнала на одном из приемных пьезопреобразователей, эпюра14 - зависимость аналогового сигнала А, пропорционального разностному значению. коэффициентов поглощения в образцовом и измерительномчувствительных элементах от влажности р.(диапазон 0-100 относительнойвлажности), эпюра 15 - зависимостьразности Фаз д,Ч между сигналами вобразцовом и измерительном чувствительных элементах от влажности д,(диапазон 0-3 относительной влажности).Акустический гигрометр работает следующим образом.Ганератор электрических колебаний вырабатывает короткие прямоугольные импульсы, поступающие на диск 2 излучающего йьезопреобразователя первич 9ного измерительного преобразователя, который передает энергию электрического импульса в волновод, преобразующий энергию импульса в .экспоненциально затухающие механическиеколебания, 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 11 волновода с минимальными обратными отражениями, для чего о =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 элект" рические 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 пьезопреобразойателя не будут изменяться ри изменении влажности, а будутреагнровать лишь на изменение температуры окружающей среды, Поэтому блокизмерения вырабатывает аналоговыесигналы, пропорциональные разностнымзначениям амплитуд и фаз между акус 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 повышаетточность измерений. Кроме того, крепление акустического концентраторав герметизнрующей стенке позволяет 15 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),1Использование предлагаемого акустического гигрометра позволеет не только измерять относительную влаж- ЗО ность в промышленных помещениях вшироких пределах ее изменения (до 100), но и вести измерения малых величин влажности в микрообъемах взрывоопасной средой в широком интер вале температур101 б 752 Состав Техред лак Кор. Курах кто кте юЗаказ 33 Филиал ППП фПатенгфф, г. Ужгород, Ул. Проектнаяраж Гос лам ва,тель Н. ДолговаВ.ДалекорейВававют ае в10арственного комизооретений и оЖ-35, Раушская н Под тета рити 5., ц исноеССР,4/5