СПОСОБ РАБОТЫ ПСИХРОМЕТРА Российский патент 2024 года по МПК G01N25/62 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения относительной влажности воздуха.

Прототипом является аспирационный психрометр, содержащий сухой и увлажненный термометры, рабочие части которых помещены в ответвления аспирационной шахты, подсоединенной к побудителю расхода, в нижней части которой установлен трубчатый клапан, в стенке - выполнено байпасное отверстие, а в ответвлениях установлены кольца [Пат. РФ 1806360, МПК G01N 25/62, 1993].

Недостатками прототипа являются:

- сложность конструкции;

- относительно большое время съема показаний, обусловленное необходимостью продува шахт воздухом в течение определенного времени. При этом указанное время может быть весьма продолжительным, так как влага может оказаться и на стенках шахты, клапанах и т.п., а для ее удаления со стенок и с других деталей потребуется значительно больше времени, чем для обычного обдува фитиля.

Задачей изобретения является упрощение конструкции аппаратуры, реализующий способ, повышение точности измерений и эксплуатационных характеристик.

Задача решается тем, что в способе работы психрометра, включающем обдув влажного термометра с определенной скоростью потоком окружающего воздуха, последующий съем значений температур сухого и влажного термометров и вычисление величины относительной влажности по психрометрической таблице, поток создают колебательным движением, по крайней мере одной плоскости, которую размещают на осцилляторе и вводят последний в режим автоколебаний.

Скорость потока изменяют величиной амплитуды колебаний осциллятора. Одной плоскостью направляют поток поперек термометра. Другой плоскостью направляют поток вдоль термометра. Посредством осциллятора осуществляют обдув и сухого термометра. Осциллятор выполняют в виде системы «баланс-спираль». Относительную влажность определяют и по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_cyx. - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С.

Относительную влажность определяют и по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %;

t_cyx - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Создание потока колебательным движением, по крайней мере одной плоскости, размещение ее на осцилляторе и введение последнего в режим автоколебаний позволяет значительно сократить потребление энергии, поскольку в режиме колебаний на собственной частоте осциллятор потребляет очень мало энергии. Благодаря этому обдув термометра можно осуществлять постоянно (без перерыва), в результате чего более насыщенный влагой воздух будет постоянно отгоняться от термометра, а поэтому показания с термометров можно снимать в любой момент времени. Это сокращает время съема показаний и повышает точность определения относительной влажности, поскольку термометр обдувается всегда воздухом окружающей среды, т.е. как бы постоянно находится в этой среде, а не в более влажном воздухе, который может скапливаться около фитиля и самого термометра, если не производить обдув. Повышаются эксплуатационные характеристики, так как перед съемом показаний не нужно включать вентилятор, как это делается у обычных аспирационных психрометров, и ждать окончания продувки термометра.

Изменение скорости потока величиной амплитуды колебаний осциллятора упрощает конструкцию психрометра, реализующего способ, поскольку это легко можно сделать величиной напряжения питания схемы возбуждения осциллятора или введением (выведением) тормозной планки в зазор между магнитами, изменяя этим величину токов Фуко, создающих тормозящий момент для осциллятора.

Направление одной плоскостью потока поперек термометра, а другой - вдоль термометра позволяет убрать от последнего более влажный воздух, который образуется около фитиля при испарении с него влаги. Кроме того, создаваемый вертикальный (вдоль термометра) поток, удаляя влажный воздух, обеспечивает подсасывание к осциллятору свежего окружающего воздуха, который затем направляется поперек и вдоль термометра. Все это повышает точность измерения.

Обдув посредством осциллятора и сухого термометра позволяет повысить точность измерения, поскольку сухой термометр также обдувается потоком воздуха окружающей среды и, следовательно, как бы постоянно находится в этой среде.

Выполнение осциллятора в виде системы «баланс-спираль» позволяет устанавливать осциллятор в любом положении в пространстве, что упрощает конструкцию психрометра. Кроме того, плоскостями, посредством которых производится обдувка влажного термометра, можно частично обдувать и сухой термометр, если его расположить вблизи осциллятора, поскольку, как правило, амплитуда колебаний системы «баланс-спираль» составляет 270°. Это повышает точность измерений.

Определение относительной влажности и по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_cyx - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С, позволяет, во-первых, обойтись без интерполяции, которая неизбежна при пользовании психометрическими таблицами. Во-вторых, при автоматизации съема показаний температуры появляется возможность автоматически управлять работой различных устройств, например системой создания микроклимата. Автоматический съем показаний с термометров можно осуществлять, например применив способ дистанционного измерения температуры [Пат. РФ 2437069, МПК G01K 11/12, 2011]. Определение относительной влажности и по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_cyx - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С, позволяет делать расчет с помощью простого калькулятора, который не имеет функции возведения числа в дробную степень, или даже в уме. Все это повышает эксплуатационные характеристики.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен психрометр. На фиг. 2 изображена схема возбуждения осциллятора. На фиг. 3 изображен вид А психрометра.

Психрометр содержит закрепленные на основании сухой 1 термометр и влажный 2, конец которого охвачен частично погруженным в воду 3 фитилем 4, и осциллятор, на оси 5 которого неподвижно закреплен один конец спиральной пружины (волоска) 6, другой конец которого закреплен в заделке, и - баланс, имеющий магнитопроводы 7, на одних концах которых неподвижно размещены плоскости (лопатки, балансиры) 8 и 9, а на других концах - магниты 10, в магнитном поле которых на неподвижном кронштейне 11 размещены бифилярно намотанные катушка освобождения 12 и катушка импульса 13, подключенные соответственно к входу и выходу усилителя-формирователя 14, который может быть выполнен в виде транзистора 15, эмиттер которого соединен с минусом источника питания и одним концом катушки освобождения 12 (W_o), другой конец которой через конденсатор 16 подключен к базе транзистора, коллектор которого через катушку импульса 13 (W_и), подключен к плюсу источника питания.

Способ реализуют следующим образом.

Питатель с дистиллированной водой 3 устанавливают на основание таким образом, чтобы конец фитиля 4 оказался в воде (фиг. 1), подают напряжение на усилитель формирователь 14 и, например пальцем, выводят осциллятор из положения равновесия и затем убирают палец от осциллятора. Возвращаясь за счет пружины 6 и проходя положение равновесия, магнитная система осциллятора, образованная магнитами 10 и магнитопроводами 7, перекрывает силовыми линиями витки катушки освобождения 12 (W_o), благодаря чему в ней индуцируется напряжение, которое поступает через конденсатор 16 на базу транзистора 15 и открывает его (фиг. 2). В результате этого в катушке импульса 13 (W_и) формируется импульс тока, который создает в ней магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянных магнитов магнитной системы, при этом магниты отталкиваются от катушки, создавая момент импульса. После прохождения магнитами катушек напряжение на катушке освобождения 12 пропадает, и транзистор 15 усилителя-формирователя 14 закрывается. В результате осциллятор входит в режим автоколебаний. Такой режим для психрометра будет рабочим. Заметим, что в режиме автоколебаний от источника потребляется мало энергии, например часы от одной батарейки работают больше года. При колебаниях осциллятора будет постоянно создаваться обдув, по крайней мере влажного термометра 2, например посредством лопатки 8 будет создаваться воздушный поток поперек термометра, а лопаткой 9 - вдоль него (фиг. 3). Заметим, что если амплитуда колебаний осциллятора будет больше 180°, то обдуву будет подвергаться и сухой термометр 1, если его расположить подобно влажному термометру рядом с осциллятором. Поскольку режим обдува осуществляется постоянно, то снимать показания по термометрам можно в любой момент времени.

Для определения относительной влажности воздуха снимают показания по термометрам, вычисляют разность показаний термометров и находят значение относительной влажности по психрометрической таблице. При отсутствии в таблице значений температуры по сухому термометру или полученной разности для определение относительной влажности применяют интерполирование.

Определение относительной влажности воздуха можно производить и по формуле (1):

С достаточной точностью относительную влажность можно рассчитать и по упрощенной формуле (2):

где в формулах (1) и (2) ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_сух. - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С.

Заметим, что в указанные формулы в зависимости от конструкции психрометра может быть введен поправочный коэффициент.

Пример. Для t_cyx =25°С и Δt=4, по психрометрической таблице относительная влажность ϕ=70%; формула (2) дает (Относительная погрешность δ составляет 2,86%); а формула (1) - ϕ=69,43% (δ=- 0,82%). Для t_cyх=36°С и Δt =- 4, по психрометрической таблице ϕ=75%; по формуле (2) будем иметь: По формуле (1) имеем 74,83% (δ=-0,23%). При той же температуре t_cyx =36°С и Δt=10 по психрометрической таблице ϕ=45%. По формуле (1) имеем 44,39% (δ=-1,36%), а по формуле (2) значение относительной влажности составит 41,7%, (δ=- 6%).

Внедрение изобретения позволит определять величину относительной влажности воздуха в любой момент времени и без психрометрической таблицы.

Использование: для определения относительной влажности воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют обдув влажного термометра с определенной скоростью потоком окружающего воздуха, последующий съем значений температур сухого и влажного термометров и вычисление величины относительной влажности по психрометрической таблице, при этом поток создают колебательным движением, по крайней мере одной плоскостью, которую размещают на осцилляторе и вводят последний в режим автоколебаний. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерений. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения относительной влажности воздуха с использованием психрометра, включающий обдув влажного термометра с определенной скоростью потоком окружающего воздуха, последующий съем значений температур сухого и влажного термометров и вычисление величины относительной влажности по психрометрической таблице, отличающийся тем, что поток создают колебательным движением, по крайней мере одной плоскостью, которую размещают на осцилляторе и вводят последний в режим автоколебаний.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость потока изменяют величиной амплитуды колебаний осциллятора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одной плоскостью направляют поток поперек термометра.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что другой плоскостью направляют поток вдоль термометра.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что посредством осциллятора осуществляют обдув сухого термометра.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осциллятор выполняют в виде системы «баланс-спираль».

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что относительную влажность определяют по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_cyx. - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что относительную влажность определяют по формуле

где ϕ - относительная влажность воздуха, %; t_cyx. - температура сухого термометра, °С; Δt - разность температур сухого и влажного термометров, °С.