ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК G01N25/62 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения относительной влажности воздуха.

Известно устройство для измерения влажности воздуха, содержащее "сухой" и "мокрый" ртутные термометры. Относительная влажность определяется с помощью психрометрической таблицы по разности показаний этих термометров (см. Малая медицинская энциклопедия. "Советская энциклопедия". М. 1968).

Недостатком этого устройства является отсутствие наглядности, необходимость использования психрометрической таблицы, инерционность.

Наиболее близким к предлагаемому является электрический психрометр (см. Авт. св. СССР N 1038855А, кл. G 01 N 25/64, 1983).

Устройство содержит подключенные через измерительную схему к показывающему прибору дифференциальный термоэлектрический датчик, представляющий собой полупроводниковый микромодуль с "сухим" и "мокрым" спаями, и датчик температурной коррекции. На "мокрых" спаях термоэлектрического датчика расположено пористое покрытие, представляющее собой поддон из полупроводникового материала. Поддон включен в измерительную схему в качестве датчика температурной коррекции. Датчик смачивается с помощью дозатора. Для повышения точности и исключения лучистого теплообмена датчики помещены в экранированные трубки. Воздушный поток обеспечивается аспиратором. Измерительная схема содержит блоки: масштабирования, суммирования, реализации функции f(t_c), где t_c -температура среды, а также блоки перемножения E (термо-ЭДС) и функции f(t_c).

Устройство работает следующим образом. Величина генерируемой за счет разности температур "сухого" и "мокрого" спаев термо-ЭДС, а также значение сигнала датчика коррекции подаются в измерительную схему, где происходит их измерение и масштабирование, затем суммирование и реализация f(t_c). Затем осуществляется перемножение значения термо-ЭДС и нелинейной функции f(t_c). Результатом перемножения является подаваемый на показывающий прибор сигнал, зависящий только от относительной влажности.

В прототипе используется сложная электрическая схема, достаточно сложный датчик коррекции, не обеспечивающий необходимую точность наличие аспиратора. Диапазон рабочих температур ограничен 10-40^oC, что не позволяет использовать его при измерениях при более низких температурах (0^oC).

В изобретении решается задача упрощения измерительной схемы и способа автоматической температурной коррекции психрометрических характеристик психрометра, что делает его более удобным в эксплуатации, надежным и расширяет диапазон рабочих температур применения.

Задача достигается тем, что в психрометрическом измерителе влажности, содержащем источник термо-ЭДС в качестве "сухого" и "мокрого" термометра, измерительную схему с корректором психрометрических характеристик по температуре, и регистрирующее устройство, электрическая схема состоит из неинвертирующего операционного усилителя, в обратную связь которого в качестве корректора психрометрических характеристик по температуре включен полупроводниковый терморезистор.

На фиг. 1 изображена упрощенная электрическая схема прибора; на фиг. 2 - кривые зависимости относительной влажности от развиваемой термо-ЭДС; на фиг. 3 кривая зависимости требуемого сопротивления в цепи обратной связи операционного усилителя от температуры.

Психрометрический измеритель влажности имеет (см. фиг.1) полупроводниковую термобатарею 1, датчик температурной коррекции психрометрических характеристик (ДТК) 2, операционный усилитель 3, регистрирующее устройство (РУ) 4.

Полупроводниковая термобатарея 1 подключается к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОУ) 3, в обратную связь которого включен ДТК 2. К выходу ОУ 3 подключено РУ 4. "Мокрый" спай полупроводниковой термобатареи 1 смачивается водой за счет отрезка ткани, один конец которого помещен в бачок с дистиллированной водой.

Термо-ЭДС, пропорциональная разности температур "сухого" и "мокрого" спаев полупроводниковой термобатареи 1, поступает на вход неинвертирующего усилителя 3. Для обеспечения высокой точности работы психрометра необходимо, чтобы коррекция характеристик полупроводниковой термобатареи была реализована в соответствии с кривыми, приведенными на фиг. 2. В изобретении это обеспечивается за счет включения в обратную связь ОУ 3 полупроводникового терморезистора (ПТР) в качестве ДТК. Сопротивление ПТР изменяется с изменением температуры окружающей среды, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления ОУ 3. Схема рассчитывается таким образом, чтобы в диапазоне рабочих температур от 0 до 40^oC сигнал с выхода ОУ 3 соответствовал относительной влажности воздуха при максимальной температуре, т. е. при 40^oC.

Сигнал с выхода ОУ 3 поступает на регистрирующее устройство 4, показания которого соответствуют относительной влажности при данной температуре окружающей среды.

Работу прибора можно описать следующим соотношением:
,
где K_н коэффициент усиления неинвертирующего усилителя по напряжению; R_ос сопротивление датчика коррекции, Ом; R₁ - сопротивление, R₁=const.

Из вышеприведенной формулы найдем требуемое сопротивление датчика коррекции
R_ос=R₁(K_н-1).

На фиг. 3 изображена графическая реализация последней формулы.

В то же время реальное сопротивление датчика коррекции рассчитывается по следующей формуле:

где R₀ сопротивление ПТР при T₀=293 K; T_k - температура в измеряемый момент времени, K; B коэффициент, зависящий от ПТР.

Необходимо, чтобы значение R_ос=R_т. Этого можно добиться подбором коэффициента B. Коэффициент усиления ОУ подсчитывается исходя из графиков на фиг. 2.

Таким образом, работу прибора можно описать следующей формулой:

где U напряжение, подаваемое на РУ, B; E термо-ЭДС, снимаемая с полупроводниковой термобатареи, B.

Предложение использовать в качестве ДТК полупроводникового терморезистора, включенного в цепь обратной связи ОУ, существенно упрощает электрическую схему прибора, расширяет диапазон и повышает точность измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения относительной влажности воздуха. Изобретение представляет собой психрометр с термоэлектрическим чувствительным элементом, содержащий неинвертирующий операционный усилитель 3, в обратную связь которого в качестве корректора 2 психрометрических характеристик по температуре включен полупроводниковый терморезистор. В качестве источника 1 термо-ЭДС применена полупроводниковая термобатарея. Применение в качестве датчика температурной коррекции полупроводникового терморезистора расширяет диапазон и повышает точность измерения относительной влажности, при этом предлагаемый психрометр удобен и надежен в эксплуатации. 3 ил.

Психрометрический измеритель влажности, содержащий источник термо-ЭДС в качестве "сухого" и "мокрого" термометра, измерительную схему с корректором психрометрических характеристик по температуре и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что измерительная схема состоит из неинвертирующего операционного усилителя, в обратную связь которого в качестве корректора психрометрических характеристик по температуре включен полупроводниковый терморезистор.