Датчик направленных потоков масс
Предлагаемое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения малых масс загрязняющих частиц. Техническим результатом, получаемым в данной конструкции является повышение чувствительности к различным видам веществ, вызывающих загрязнение рабочих поверхностей, и расширение диапазона количества осаждаемых масс на поверхности рабочего резонатора. Технический результат достигается тем, что напыление загрязняющих масс осуществляется непосредственно на поверхности рабочего кварцевого резонатора, при этом рабочий и опорный кварцевые резонаторы, соединенные общим тепловым мостом, и подвергаются охлаждению, а рабочий кварцевый резонатор снабжен нагревателем. Охлаждение рабочего резонатора позволяет улучшить сцепление загрязняющих масс в любом агрегатном состоянии с поверхностью рабочего кристалла, а наличие подогрева позволяет осуществить регенерацию датчика. 2 з.п. ф-лы, 4 илл.
Предлагаемое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения малых масс загрязняющих частиц.
Известны датчики на основе кварцевых резонансных микровесов (КРМ), в которых, для измерения малых масс используется отдельная платформа, соединенная с чувствительным элементом [1], а также датчики с селективным влагочувствительным покрытием кварцевого резонатора [3]. Принцип действия таких датчиков заключается в измерении девиации частоты в зависимости от осажденной массы на поверхности платформы или влаги сорбированной влагочувствительным покрытием резонатора.
В датчике контроля интенсивности накопления пыли [2] осаждение осуществляется на приемную платформу, соединенную с чувствительным элементом на основе пьезокристалла. Информация о количестве осажденной массы снимается со схемы возбуждения, в цепь которой включен измерительный кварцевый резонатор.
В пьезорезонансном датчике влажности [3] количество осажденной влаги определяется величиной адсорбированной влаги.
Наиболее близким к заявляемому, является датчик контроля интенсивности накопления пыли [2], содержащей чувствительный элемент, соединенный с блоком обработки и передачи информации через блок согласования, и блок питания. Чувствительный элемент снабжен микровесами, состоящими из приемной платформы и пьезокристалла, и схемы возбуждения. Данный датчик можно принять в качестве прототипа.
Основным недостатком данного датчика, а также других, указанных выше, является наличие дополнительных элементов и покрытий рабочего резонатора. Дополнительная нагрузка на кварцевый резонатор снижает динамический диапазон работы кварцевых микровесов, а отсутствие опорного кварцевого резонатора [2] увеличивает температурную погрешность микровесов.
Техническим результатом, получаемым в данной конструкции является повышение чувствительности к различным видам веществ, вызывающих загрязнение рабочих поверхностей, и расширение диапазона количества осаждаемых масс на поверхности рабочего резонатора.
Технический результат достигается тем, что напыление загрязняющих масс осуществляется непосредственно на поверхности рабочего кварцевого резонатора, при этом рабочий и опорный кварцевые резонаторы, соединенные общим тепловым мостом, и подвергаются охлаждению, а рабочий кварцевый резонатор снабжен нагревателем. Охлаждение рабочего резонатора позволяет улучшить сцепление загрязняющих масс в любом агрегатном состоянии с поверхностью рабочего кристалла, а наличие подогрева позволяет осуществить регенерацию датчика.
Сущность данного технического решения поясняется, чертежом, где:
на фиг.1 изображена блок-схема датчика направленных потоков масс, которая содержит:
рабочий кварцевый резонатор 1, опорный кварцевый резонатор 2, тепловой мост 3, радиатор охлаждения 4, нагреватель 5, термометр сопротивлений 6 и электронная часть КРМ 7.
На фиг.2 приведен вариант построения блок-схемы датчика с использованием термобатареи (элемент Пельтье), датчик содержит: рабочий кварцевый резонатор 1, опорный кварцевый резонатор 2, тепловой мост 3, радиатор 4, термобатарею 5, термометр сопротивлений 6 и электронная часть КРМ 7.
Датчик работает следующим образом. Загрязняющая масса попадает через отверстие в верхней части корпуса датчика на рабочую поверхность кварцевого резонатора, который включен в цепь соответствующего генератора КРМ. Величина осажденной массы пропорциональна выходной частоте КРМ, которая регистрируется внешними устройствами. При достижении этой массы предельного значения происходит срыв генерации. В этот момент включается нагрев, что приводит к сбросу осажденной массы, и датчик вновь готов к работе. В случае использования датчика с термобатареей нагрев осуществляется путем смены полярности питающего напряжения термобатареи. На всем протяжении работы датчика происходит охлаждение пьезокристаллов КРМ через тепловой мост.
На фиг.3 показана конструкция датчика, реализующая данное техническое решение. На радиаторе 4 укреплен кронштейн 3, выполненный из медной полоски (3-4 мм), на одном конце которого укреплен опорный кварцевый резонатор 2, а на другом - рабочий кварцевый резонатор 1. На кронштейне также укреплен экран 5, для защиты опорного резонатора от загрязняющих масс, и нагреватель 10 для рабочего кварцевого резонатора. Кварцевые резонаторы крепятся к кронштейну с помощью низкотемпературной пайки или токопроводящего клея. Кронштейн крепится к радиатору через теплопроводящую пластину 6. К нижней части радиатора крепится печатная плата 8 с электронной частью КРМ и выходным разъемом 9. Датчик закрыт соответствующими частями корпуса 7 и 11. В верхней части корпуса расположено рабочее отверстие с диаметром равным напыленной площадке кварцевого резонатора. Охлаждение датчика осуществляется через радиатор, который устанавливается на криопанель с помощью соответствующих винтов.
На фиг.4 показана конструкция датчика, где охлаждение резонаторов осуществляется от термобатареи (элемент Пельтье). В данной конструкции кварцевые резонаторы 1 и 2 крепятся уголками к латунным шайбам 3, которые выполняют роль теплового моста и соединены с холодной пластиной термобатареи 5, а теплая пластина термобатареи соединена с радиатором 4, который служит для отвода тепла от термобатареи. Крепление термобатареи с соответствующими элементами датчика осуществляется с помощью низкотемпературной пайки или токопроводящего клея. Для исключения взаимного влияния теплой и холодной пластин термобатареи верхняя часть корпуса 10 выполнена из термоизоляционного материала. Крепление платы 8 с электронной частью датчика аналогично конструкции, приведенной на фиг.3.
Источники информации:
1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. - М.: Энергоатом издат, 1989 г., стр.183-185.
2. (19) RU (11) 2358256 (13) C1 (51) МПК G01N 5/00 (2006.01) (21), (22) Заявка: 2007136340/28 от 03.10.2007 г., (54) Датчик контроля интенсивности накопления пыли.
3. (19) RU (11) 51424 (13) U1 (51) МПК G01N 27/02 (2006.01) H03H 9/19 (2006.01) (21), (22) Заявка: 2005112626/22 от 26.04.2005 г., (54) Пьезорезонансный преобразователь для датчика влажности.
1. Датчик направленных потоков масс, содержащий кварцевые резонансные микровесы, рабочий и опорный кварцевые резонаторы, соединенные между собой тепловым мостом через радиатор и включенные в цепь соответствующих генераторов, смеситель, фильтр нижних частот и усилитель, отличающийся тем, что опорный и рабочий кварцевые резонаторы охлаждаются, а рабочий кварцевый резонатор снабжен нагревателем.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что рабочий и опорный кварцевые резонаторы соединены общим медным кронштейном, который крепится к радиатору, при этом над опорным кварцевым резонатором установлен защитный экран, а под рабочим резонатором расположен нагреватель, к нижней части радиатора крепится печатная плата с электронной частью датчика и выходным разъемом, сам датчик закрыт металлическим корпусом, в верхней части которого расположено рабочее отверстие.
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что кварцевые резонаторы охлаждаются термобатареей, при этом кварцевые резонаторы установлены на латунных шайбах, которые крепятся к холодной пластине термобатареи, а теплая пластина термобатареи соединена с радиатором через промежуточную шайбу, при этом верхняя часть корпуса выполнена из теплоизоляционного материала.
