[發(fā)明專利]用于改進的聲音轉換的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380057166.0
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN104781661B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 雷蒙德·C·洛格;唐·N·西戈塔;威廉·E·奎因;瑪麗亞·D·費雷拉;歐文·C·沃特金斯;張偉
• 申請（專利權）人: 維易科儀器有限公司
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N29/22
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司11227
• 代理人: 陳煒

技術領域

本公開總體上涉及在氣體、液體或固體中實施的聲學測量，更具體地涉及聲學測量中所使用的聲學轉換器。

背景技術

在許多工業(yè)中采用要求準確地輸送包含分散于載氣中的特定氣體的混合氣體的工藝。這種混合氣體的準確輸送要求精確地測量特定氣體在流動混合氣體中的濃度，其中該特定氣體通常具有高純度并且會是高度腐蝕性的。這些工藝的實例包括化學氣相沉積(CVD)、摻雜物擴散(例如，在半導體工業(yè)中所實行的)、和高效率氫氣冷卻發(fā)生器的操作。

控制特定氣體或反應物的通量的一種方法是使用流經(jīng)氣化器或“鼓泡器”的載氣，該載氣通常是氫氣和氮氣。載氣的流量是由質量流量控制器控制，假設當氣流離開氣化器時氣流中反應物的濃度是不變的，并且反應物的通量與載氣的流量成正比。由于若干原因此方法是不精確的，這些原因包括鼓泡器溫度中的變化、二元混合氣體的溫度和壓力中的不穩(wěn)定性、在鼓泡器上游和下游位置氣體管路中的可能的泄漏、及在各質量流量控制器和各特定時間點之間的濃度時間滯后(特別是在低流率下)。

由本專利申請的所有人共同擁有的美國專利6,116,080、6,192,739、6,199,423和6,279,379公開了一種對混合前測量加以改進的技術和裝置。這些專利公開了一種聲學測量裝置，該裝置推測在鼓泡器下游位置和在氣化工藝之后特定氣體的濃度，在本文中被稱為“混合后測量”。

這些專利的某些方面和混合后測量技術被具體化為PIEZOCON濃度傳感器(在下文中被稱為“Piezocon傳感器”)，由美國紐約州波基普西市(Poughkeepsie)的Veeco Flow Technologies有限公司制造和銷售。該Piezocon傳感器采用包括低阻抗界面的聲學轉換器。在本文中，“聲學轉換器”被定義為在例如壓電元件的聲學元件(傳感器或驅動器)與測量中的介質之間的一層或多層界面。聲學轉換器的理想特征包括：在寬帶的聲頻率中的高效率、測試介質的低聲阻抗的匹配、及具有對與測試介質所發(fā)生化學反應的耐性的暴露表面。聚酰亞胺類(例如膜)是用于聲學轉換器的優(yōu)選材料，因為聚酰亞胺類提供低阻抗匹配層，該低阻抗匹配層具有與在聲學轉換器中傳統(tǒng)上所使用其它材料(例如氟聚合物)類似的化學反應耐性，同時在所需溫度范圍內(nèi)提供更穩(wěn)定的楊氏模量。

然而，雖然聚酰亞胺具有合理地高的耐化學性，但已發(fā)現(xiàn)在使用氮化銦鎵的金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)中隨著時間推移聲學轉換器的聚酰亞胺構件會變?yōu)楸谎趸壓脱趸熕采w；由于減小各轉換器之間的距離并且影響聲學轉換器的傳遞函數(shù)，因而該累積被認為導致傳感器中的漂移。也已知的是聚酰亞胺類由于對化學物質的吸收而膨脹，這也會減小各轉換器之間的距離并且影響傳遞函數(shù)。

因此，需要一種用于混合后測量的聲學轉換器，其具備聚酰亞胺的有利機械特性，同時減少在某些混合后測量環(huán)境中所發(fā)生的伴隨化學反應。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的各種實施例中，通過包含薄的保護層作為聲學轉換器的最后匹配部的一部分，而對由具有有利機械特性但在某些用途中易發(fā)生化學反應的材料所構成的聲學轉換器進行調(diào)節(jié)。此薄層是由在聲學轉換器的改進最后匹配部的暴露面(即，聲學轉換器與測試中介質之間的界面)上的低滲透率材料(例如金屬)所制成。這種方法與現(xiàn)有的常規(guī)認識方法相反，常規(guī)認識是：在界面處的暴露面必須由提供比金屬所提供的更好的聲阻抗匹配的材料制成。

在本發(fā)明的另一個實施例中，使用低滲透性聚合物(例如氟聚合物)僅僅是作為一種減少氣體滲透入下面的高滲透率層的手段，并為顧及它提供了不利的機械特性。

目前進行的研究已發(fā)現(xiàn)：將構成聲學轉換器的聚合物暴露于非常腐蝕性的前體中，會由于氣體或者有時液體滲透入這些聚合物的結構中而具有有害作用。化學物質會變得被束縛于聚合物中，即使這些化學物質會具有與聚合物的低反應性，對它們的捕集使化學反應的問題變得嚴重。聚酰亞胺膜具有有利的機械特性(即，相對穩(wěn)定的彈性模量)并且具有合理地高的對化學反應的耐性，但對于許多氣體是可滲透的。其它聚酰亞胺膜的例子包括APICAL、KAPTREX、NORTON TH、UPILEX和VTEC PI。可以使用除聚酰亞胺膜以外的其它聚合物膜，包括但不限于聚酰胺類、氟聚合物和聚乙烯。