СПОСОБ АВТОНОМНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ Российский патент 2005 года по МПК G01W1/11 

Изобретение относится к измерению влажности воздуха и может быть использовано для мониторинга окружающей среды: в метеорологии, климатологии и экологии.

В метеорологии известны способы измерения влажности воздушной среды, предусматривающие использование гигрочувствительных свойств различных материалов, например, органической пленки, обезжиренного человеческого волоса и т.п. Известен способ измерения влажности воздуха, при котором размещают в исследуемой среде датчик влажности, содержащий гигрочувствительный материал, регистрируют упругие деформации гигрочувствительного элемента при изменении влажности воздуха и передают их на приемную часть датчика, которая преобразует эти изменения в электрические сигналы, удобные для дальнейшей передачи (СССР, а.с. №1315920, G 01 W 1/14).

Основным недостатком способа является отсутствие автономности.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения влажности воздуха, который заключается в размещении в исследуемой среде чувствительного элемента, способного изменять свою длину при изменении влажности. Изменение длины чувствительного элемента преобразуют, с помощью передаточного механизма, в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма (см. работу гигрографов М-21 и М-32. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Л.: Гидрометеоиздат, 1971, с.65).

Основным недостатком способа является ограниченная автономность, связанная с необходимостью периодического пополнения энергетического потенциала, расходуемого на работу записывающего и других механизмов.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание прибора, работающего в автономном непрерывном режиме с регистрацией показаний.

Техническим результатом, который может быть получен в результате использования предлагаемого изобретения, является получение графика функции влажности воздуха от времени в течение длительного периода в автономном автоматическом режиме, его регистрация и сохранение для последующего анализа метеорологических и климатоэкологических процессов данного региона.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, как и в известном способе измерения влажности, размещают чувствительный элемент в воздушной среде и преобразуют его деформации при изменении влажности в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма.

В отличие от известного, в воздушной среде дополнительно размещают второй чувствительный элемент, идентичный первому, обеспечивают его постоянное смачивание, функционально связывают его с первым элементом по дифференциальной схеме, прикладывают к каждому из элементов постоянную нагрузку, фиксируют разность деформаций между ними и преобразуют ее в перемещение пишущего элемента. Кроме того, часовой механизм дополнительно снабжен термочувствительным элементом для периодического взвода пружины механизма и вторым барабаном, который объединяют с первым диаграммной лентой, при этом все чувствительные элементы выполнены из сплава с эффектом памяти формы.

Достижение технического результата основано на свойствах сплава с эффектом памяти формы, из которого изготовлены чувствительные элементы и движитель привода, взводящий пружину часового механизма, а также на эффекте перепада температур между смоченным и сухим металлическим телом на воздухе. Как при изменении влажности, так и при суточном колебании температуры окружающей среды, в чувствительных элементах происходит обратимое полиморфное превращение. При этом кристаллы новой фазы, под действием постоянной нагрузки (пружины), в ходе знакопеременных изменений температуры и влажности, растут и сокращаются ориентированно, что приводит к макроскопической обратимой деформации чувствительных элементов. В результате чего возникает возможность фиксации этой деформации, перевода ее в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, использование ее энергии на взведение часовой пружины и, в итоге, - получения графика зависимости влажности от времени.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит чувствительные элементы 1 и встречные к ним пружины 2, попарно присоединенные к концам рычага 3, свободно вращающегося относительно оси 4, на которой закреплен пишущий элемент 5, находящийся в контакте с диаграммной лентой 6, сматываемой с барабана 7 и наматываемой на барабан 8. Барабан 8 снабжен часовым механизмом 9, который соединен с взводящим часовую пружину механизмом, состоящим из чувствительного элемента 10 и пружины 11. Один из чувствительных элементов 1 находится в контакте с влажным гигроскопичным материалом 12, к которому из резервуара по капилляру поступает жидкость так, чтобы чувствительный элемент находился в смоченном состоянии.

Устройство работает следующим образом. Поскольку два одинаковых чувствительных элемента 1, один смоченный, другой сухой, включены посредством рычага 3 навстречу друг другу по отношению к направлению вращения оси 4, то эта ось в отсутствии изменения влажности окружающего воздуха будет оставаться неподвижной, а при колебании значения влажности (и, соответственно, при изменении разности температур между смоченным и сухим чувствительным элементом) будет вращаться, поворачиваясь на угол, пропорциональный амплитуде колебания влажности воздуха относительно условного нулевого уровня, нанося посредством соединенного с ней пишущего элемента 5, соответственно, прямую и квазипериодическую линию на ленте 6. При этом чувствительный элемент 10, в ходе суточного колебания температуры и под действием геликоидальной пружины 11, будет совершать знакопеременные вращательные движения, взводя, тем самым, пружину часового механизма 9, который приводит в движение барабан 8, перемещая ленту 6 с барабана 7. При необходимости, устройство может быть снабжено термокомпенсатором (не показан), производящим смещение регистрирующей части прибора в соответствии с поправкой на зависимость относительной влажности среды от температуры.

В результате работы устройства в целом на ленте будет зафиксирована диаграмма изменения уровня влажности окружающей среды в течение всего наблюдаемого периода.

Чувствительные элементы могут быть изготовлены из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал фазовых превращений в диапазоне -50°С до +70°С при величине гистерезиса 1,5°С. Этим требованиям соответствует сплав, легированный палладием, цирконием и медью, способный совершать циклы свыше 10⁷ раз.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при его реализации появляется возможность вести в автономном автоматическом режиме длительные наблюдения за изменениями уровня влажности в трудно доступных районах.

Предлагаемый способ обеспечивает непрерывное измерение влажности окружающей среды, следовательно, он соответствует условию “промышленная применимость”.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при мониторинге влажности окружающей среды в метеорологии, климатологии и экологии. Способ заключается в размещении в воздушной среде двух чувствительных элементов, изготовленных из сплава с эффектом памяти формы. Разность деформаций между первым и вторым элементами при изменении влажности преобразуется в перемещение пишущегося элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма. Чувствительные элементы функционально связаны между собой по дифференциальной схеме. Часовой механизм дополнен чувствительным элементом из сплава с эффектом памяти формы и вторым барабаном, который объединяют с первым диаграммной лентой. Технический результат: повышение точности. 1 ил.

Способ автономного измерения влажности воздушной среды, заключающийся в размещении чувствительного элемента в воздушной среде, преобразовании деформаций чувствительного элемента при изменении влажности в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма, отличающийся тем, что в воздушной среде дополнительно размещают второй чувствительный элемент, идентичный первому, обеспечивают его постоянное смачивание, функционально связывают его с первым элементом по дифференциальной схеме, прикладывают к каждому из элементов постоянную нагрузку, фиксируют разность деформаций между ними, после преобразования этой разности в перемещение пишущего элемента получают на диаграммной ленте график зависимости влажности от времени, причем часовой механизм снабжают термочувствительным элементом для периодического взвода пружины механизма и вторым барабаном, который объединяют с первым диаграммной лентой, при этом все чувствительные элементы выполнены из сплава с эффектом памяти формы.