ГИГРОМЕТР ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N25/62 

Изобретение относится к измерителю влажности газовой (воздушной) среды, конкретно к устройству измерителя влажности, использующему психрометрический способ измерения, т.е. показания двух термометров - сухого и влажного. Изобретение может быть использовано как в быту, так и в технике, особенно там, где ограничено пространство, отсутствует электроэнергия и имеет место вибрация, тряска и удары.

Известны следующие психрометрические измерители влажности [1,с. 271-277] :
1. Измерители манометрические (например ТГ-420, ТГ-620 и др.), имеющие в качестве чувствительных узлов термобаллоны, соединенные с манометрическими пружинами капиллярными трубками. Определение относительной влажности здесь может быть механизировано и ее проще измерять дистанционно.

2. Психрометры электрические (электронные), использующие в качестве датчиков термопары или термосопротивления (сухие и увлажненные), включенные в соответствующие усилительно-преобразовательные схемы. Они малоинертны, компактны, точны, удобны для дистанционных измерений, не боятся вибраций и тряски и способны выдавать информацию в виде относительной влажности. Такие измерители дороги и требуют специальных источников электроэнергии. Это ограничивает их применение в быту, особенно в полевых условиях.

3. Психрометры, в которых термометрами являются стеклянные баллоны, наполненные ртутью (например, ВИТ-2) или спиртом. Они громоздки, инерционны, требуют определенной ориентации в пространстве, боятся ударов и тряски, обработка их информации и вывод ее из закрытых объемов затруднены. С целью определения относительной влажности необходимо снять показания термометров сухого (t_с) и мокрого (t_м),вычислить их разницу Δt = (t_с - t_м) и, пользуясь величинами t_с и Δt , по таблице выбрать значение влажности ϕ.

В качестве прототипа рассмотрим психрометр ВИТ-2, имеющий два термометра (сухой и увлажненный), наполненные спиртом. Он не требует электроэнергии, но его применение затруднено в полевых условиях, в малых закрытых объемах и на подвижных установках.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. создание психрометра компактным, надежным, малочувствительным к вибрациям и тряске, не требующим источника электроэнергии.

Цель достигается принципиальным изменением конструкции измерителей температуры. Вместо стеклянных баллонов, наполненных спиртом и прямолинейной вертикальной шкалы,применяются биметаллические спирали (сухая и увлажненная) и круговые шкалы (фиг. 1, где 1-угольник, 2-шкала, 3-стрелка, 4-втулка, 5-пружина; и 2, где 1-втулка, 2-пружина). При этом один конец спирали неподвижен относительно измерительной шкалы, другой связан со стрелкой и при измерении температуры имеет возможность перемещаться по окружности, увлекая за собой стрелку. Невозврат стрелки при принудительных отклонениях ±0,5^oC обеспечивается подгибкой пружины и угольника в сборе поз.1 и 5.

Способ увлажнения спирали аналогичен при следующих отличиях. В ВИТ-2 смоченный чулок должен плотно прилегать ко всей поверхности стеклянного шарика (резервуара спирта). Увлажненную спираль делают тонкой, с узким межвитковым пространством, границы которого способны смачиваться. Такая спираль способна удерживать, так и распространять влагу. В результате уменьшается необходимая площадь соприкосновения увлажнителя со спиралью или исключается необходимость в увлажнителе.

Поверхность увлажняющей материи должна прилегать к спирали только в некоторых (характерных) точках, например в трех, расположенных на вертикали, проходящей через центр (две - на диаметре, одна - в центре). Указанное обусловлено стремлением снизить до минимума величину дополнительной погрешности от силы трения между спиралью и материей. При этом трех точек достаточно для хорошего увлажнения ввиду капиллярности межвиткового пространства спирали.

Принцип построения указанного психрометра был проверен на макете с использованием измерительных механизмов двух термометров типа ТСА (термометр сувенирный, автомобильный), выпускаемых заводом "ТЭМП" в г. Санкт-Петербурге (фиг. 1 и 2).

Термометр ТСА имеет следующие характеристики: диапазон от -20^oC до 60^oC; погрешность в диапазоне от 0 до +30^oC - не более ±1,5^oC; погрешность в остальном диапазоне - не более ±3^oC.

С учетом таблицы примерная погрешность измерения влажности составит ±10%. Погрешность термометра при доработке может быть уменьшена до ±0,5^oC. В этом случае погрешность измерения влажности составит ±4%.

К психрометру придается таблица для перевода значений t_с и Δt в значения ϕ. При этом скорость воздушного потока V, в котором находится термометр, должна находиться в диапазоне 0,5 - 1 м/с. Например, при t_с = 20^oC t_м = 16^oC и Δt = 4^°C, ϕ = 63% . .

В случаях отличных скоростей используется специальная диаграмма [1, с. 272, рис. 12-9]. Например, при указанных температурных данных и Δt = 10 м/c, ϕ = 67% .
Вместо таблиц возможно использование диаграмм [2, с. 68 рис. 1-54; 1, с. 272 рис. 12-9]. При этом для нахождения значения ϕ по первой диаграмме необходимо знание t_с и t_м. Для второй диаграммы - знание t_с и Δt .

Серийный образец предлагаемого психрометра должен иметь общее основание для двух круговых шкал, общий корпус и подставку с таблицей. В нем сухая спираль отделена от увлажненной перегородкой. Вокруг расположен бортик для крепления чулка. Другой конец чулка опущен в резервуар с дистиллированной водой (фиг.3).

С целью создания необходимого запаса воды при постоянном отстоянии спирали от ее поверхности резервуар разделен узкой горловиной на два сообщающихся объема. При этом малый объем сообщается с атмосферой, в него опускается чулок. Большой объем отделен от атмосферы герметичной перегородкой (пробкой). Указанное позволяет иметь значительный запас воды на более высоком горизонте.

Источники информации:
1. П. Д.Лебедев.Расчет и проектирование сушильных установок.-М.-Л:Госэнергоиздат,1963.

2.В.П.Блюдов и др.Общая теплотехника. - М.-Л.: Госэнергоиздат,1952.

3.М.Ю.Лурье.Сушильное дело.-М.: Госэнергоиздат, 1948.

Использование: измерение влажности газовой среды. Сущность: сухой и увлажненный измерители температуры выполнены в виде биметаллических спиралей. Распространение влаги по узкому межвитковому пространству осуществляется за счет капиллярного эффекта. 1 табл., 3 ил.

Гигрометр психрометрический, содержащий два измерителя температуры: сухой и увлажненный, выполненные в виде биметаллических спиралей, отличающийся тем, что в увлажненном измерителе температуры биметаллическая спираль обладает способностью распространять влагу по узкому межвитковому пространству со смачиваемыми стенками, вследствие чего уменьшается необходимая площадь соприкосновения увлажнителя со спиралью.