Гигрометр точки росы Советский патент 1983 года по МПК G01N25/66 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю абсолютнбй влажности по температуре точки росы и кюжат быть использовано в кондиционерах, климатических камерах, эндогенвраторах. Известен гигрометр точки росял, использующий емкостной принцип обнаружения осадка. По .этому способу в качестве датчика росы используется воздушный конденсате с плос копараллельными пластинами tl. В таком датчике росы затруднен доступ анализируемой газовой среды к конденсационной поверхности, что приводит к методической ошибке измерения и значительно повышает инерционность датчика. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ги рометр точки росы, содержащий измерительный модула с нагревателем и полупроводниковым холодильником, на -охлаждаемой поверхности которого расположены термометры сопротивлени и датчик росы, выполненный в виде покрытой изоляционной пленкой и нанесенной на изоляционную подложку металлической пленки, разделенной на две изолированные части, которые являются двумя обкладасами плоского конденсатора, устройство сравнения к входу которого подключен датчик росы, регулятор, выходы которого подключены к входам нагревателя и полупроводникового холодильника. При понижении температуры датчика до точки росы газовой среда, в которой находится измерительный модуль, на поверхности датчика росы осаждается тонкий слой росы 1йнея При этом увеличивается емкость датчика росы, что фиксируется устройством сра внения, которое выдает соответствующий сигнал на вход регулятора, который в свою очередь, формируя токи на входах нагревателя и полупроводникового холодильника, поддерживает режим охлаждения измерительного модуля, при котором на конденсационной поверхности присутс вует СЛОЙ осадка постоянной толщины. Температура этой поверхности в установившемся режиме, замеренная с помощью термометра сопротивления представляет температуру точки.росы |ТТР ) контролируемого газа t2. Основной недостаток известного гигрометра - ухудшение чувствительности датчика росы при выпадении на его поверхности осадка в виде инея из-за того, что диэлектрическая постоянная льда значительно ниж чем у воды. В результате погрешность гигрометра в диапазоне от О до минус значительно увеличивается, а при более низких тёмпе ратурах точки росы работа прибора оказывается невозможной. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения гигрометра точки росы в области отрицательных температур. Указанное улучшение характеристик емкостных .гигрометров точки росы сделает их конкурентно-способными по отношению к фотоэлектрическим гигрометрам, которые используются в настоящее время для. измерения температуры точки росы, несмотря на то, что имеют .более сложную конструкцию датчика и характеризуются меньшей надежностью по сравнению с емкостными. Поставленная цель достигается тем, что гигрометр точки росы, содержащий измерительный модуль с нагревателем и полупроводниковым холодильником, на охлаждаемой поверхности которого расположены термометр сопротивления и датчик росы, выполненный в виде покрытой изоляционной пленкой и нанесенной на изоляционную подложку металлической пленки разделенной на две изолированные части, которые являются двумяобкладками плоского конденсатора, устройство сравнения, к входу, которого подключен датчик росы, регулятор, выходы которого подключены к входам нагревателя и полупроводникового холодильника, снабжен управляе1 «лм задатчиком, первый вход которого подключен к выходу устройства сравнения, а первый выход совместно с термометром сопротивления - к регулятору, и генератором тактовых импульсов , вход управления частотой которого подключен к второму выходу управляемого задатчика, а- два выхода - соответственно к входу нагревателя и к второму входу управляемого задатчика. На фиг. 1 представлена функциональная схема гигрометра, на фиг. 2 датчик росы, на фиг. 3 - вариант схемной реализации устройства сравнения, на фиг. 4 - то же, генератора тактовых импульсов, на фиг. 5 то же, управляемого задатчика, на фиг. б - то же, регулятора. Устройство содержит измерительный Модуль 1, в котором конструктивно объединены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, на охлаждаемой поверхности которого находятся датчик 4 росы, выполненный в виде металлической пленки, нанесенной на изоляционную подложку, разделенной на две изолированные части, которые являются двумя обкладками плоского конденсатора, и покрытой изоляционной пленкой, и термометр 5 сопротивления, устройство сравнения б, генератор 7 тактовых импульсов, управляемый задатчик 8, первый выход которого совкюстно с термометром 5 сопротивления подключен к регулятору 9, а второй - к входу управления частотой генератора 7 тактовых импу сов. Первый выкоц регулятора 9 совм стно с первым выходом генератора 7 тактовых импульсов подключен к вход нагревателя 2, а второй - к входу полупроводникового холодильника.3, датчик, росы 4 подключен к входу , устройства 6 сравнения, а два входа управляемого задатчика 8 подключены соответственно к второму выходу генератора 7 тактовых импульсов и к выходу устройства 6 сравнения. Датчик 4 росы представляет собой изоляционную подложку, на которую нанесен 1 металлическая пленка в виде рисунка, образующего плоский конденсатор с двумя обкладками: высокопотенциальной 10 и низкопотенциальной 11, являющейся одновременн термометром сопротивления, для под;ключения выводов конденсатора пре|дусмотрены контактные площадки 12 и 13, а термометра сопротивления контактные плсмдадки 14-17. Устройство сравнения выполнено в виде L, -С генератора. Схема содержит колебательньай контур 18, настроечный резистор 19, контур подключен по трехточечной схеме к усилителю 20, выход которого в свою очередь подключен к индикатору 21 высокочастотных колебаний. Датчик росы подключен к колебательному кон туру 18 С помощью отрезка коаксиаль ного кабеля 22. Генератор 7 тактовых импуЛьсов содержит мультивибратор 23, дешифра тор 24. управляемый делитель 25 час тоты, формирователь 26 тактовых импульсов, формирователь 27 импульсов тока. Управляемый задатчик 8 содержит входной триггер 28, реверсивный счетчик 59, преобразователь коданалог 30, который состоит из двух одинаковых преобразователей паралле ного двоичного кода в сопротивление, используемых в качестве сопротивления задатчика 31 и выходного сопротивления гигрометра 32. - Регулятор 9 содержит измерительную мостовую схему 33, к которой по четырехзажимной схеме подключен тер мометр 5 сопротивления и сопротивле Ние .задатчика 31, усилитель перемен ного тока 34, подключенный к выходу мостовой схемы 33, последовательно включенные синхронный выпрямитель 35, операционный усилитель и блок 3 включения тиристоров, исполнительно устройсттво 37, к выходам которого подключены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, устройство 38 изодромной обратной связи, охватывающее последовательно включе ный операционный усилитель и блок 36 включения тиристоров и исполнительное устройство 37. Принцип действия устройства заключается в TQM, что конденсацио,нная поверхность измерительного модуля 1, находящегося в среде контролируемого газа, охлаждается с помощью полупроводникового холодильника 3 до заданной температуры, причем факт наличия или отсутствия осадка при данг ной температуре на конденсационной поверхности фиксируется с помощью датчика росы.Устройство работает следующим образом. С -С генератор устройства 6 сЕ)авнения, работающий в диапазоне 5-10 ПГц, настроен таким образом, что потери, вносимые в колебательный контур 18 настроечным резистором 19, совместно с потерями в диэлектрике датчика 4 росы при отсутствии осадка обеспечивают работу генератора вблизи существования устойчивых автоколебаний. Дополнительное затухание, вносимое в колебательный контур 18 вследствие отклонения добротности датчика 4 росы от начального значения, вызванное конденсацией на его поверхности даже мельчейших капелек, росы, приводит к срыву автоколебаний, при этом на выходе индикатора 21 высокочистотных колебаний устройства 6 сравнения оказывается напряжение высокого потенциала логическая 1 . Это напряжение перюводит входной триггер управляемого задатчика в состояние 1. Измерение температуры точки росы производится в циклическом режиме, причем синхронизация работы устройства производится с помощью импульсов, поступающих с выходов генератора 7 тактовых ит тульсов. Импульс, совпадающий с началом измерительного цикла, поступает на счетный вход реверсивного счетчика 29 управляемого задатчика 8, при этом содержимое реверсивного счетчика 29 увеличивается на единицу младшего разряда, если входной триггер 28 или уменьнаходится в состоянии шается на такую же величину, если - триггер находится в состоянии О. Преобразователь код - аналог 30 преобразует код, задаваемый состоянием выходных триггеров реверсивного . счетчика 29, в аналоговый сигнал значение сопротивления задатчика 31, которое является сигналом уставки для регулятора 9 в текущем измерительном цикле. Разность между сигналом датчика температуры (сопротивлением термометра сопротивления 5 и сигналом уставки ( значением сопротивления задатчика 31 поступ ает на вход регулятора 9, который, устанавливая величины токов на входах нагревателя 2 и полупроводникового холодильника 3, обеспечивает температуру конденсационной поверхности измерительного модуля 1 в соответствии с сигналом управляемого задатчика 8 в текущем измерительном цикле. По истечении 0,75 длительности измерительного цикла (что соответствует окончанию переходного процесса системы автоматического регулирования температуры конденсационной поверхности ) генератор 7 тактовых импульсов переводит входной триггер 28 управляемого задатчика 8 в состоя ние О и одновременно подает импуль тока на вход нагревателя 2, что приводит к кратковременному перегреву конденсационной поверхности .и к пре вращению части твердой фазы осадка (при выпадении осадка в риде инея/ вжидкое состояние. Таким образом, если температура конденсационной поверхности в текущем измерительном цикле меньше точки росы контролируе мого, газа, на конденсационной повер ности образуется осадок, причем независимо от того, в каком виде (р сы или инея,1 этот осадок находится к концу измерительного цикла конден сационная поверхность окажется покр той слоем влаги. Наличие влаги на поверхности -датчика 4 росы зафиксир вано устройством б сравнения. В результате, в конце измерительного цикла входной триггер управляемого задатчика 8 окажется в состоянии . 1 при этом температура, задаваемая управляемым задатчиком для следующего измерительного цикла, увеличится. Если же температура конденсационной поверхности выше точки ро сы контролируемого газа, осадка на этой поверхности не окажется, и выходной триггер 28 в конце измерительного цикла останется в состоянии О, вследствие чего температура, задаваемая для поддержания следующем измерительном цикле, будет уменьшена. в установившемся режиме темпера тура конденсационной поверхности предс1;авляет температуру точки осы (Т-|-р)контролируемого газа. Инормация о значении измеряемой веичины снимается с выхода управляеого задатчика 8(значение выходого сопротивления 32/. Для изменения длительности изерительного цикла в соответствии с изменением скорости процесса коненсации .- испарения при различной абсолютной влажности контролируемого газа предусматривается управление частотой генератора 7 тактовых импульсов в зависимости от текущего значения измеряемой величины. Соответствующий сигнал в виде параллельногЬ двоичного кода снимается с цифрового выхода управляемого задатчика 8 и поступает на вхор, управления частотой генератора 7 тактовых импульсов. Дешифратор 24 преобразует числовое значение-указанного сигнала в соответствии с законом показательной функции, в результате чего подобным же образом изменяется длительность измерительного цикла в зависимости от изменения температуры точки росы контролируемого газа. Управление частотой следова-ния измерительных циклов.по закону, аналогичному изменению скорости процесса конденсации - испарения при изменении температуры точки росы позволяет получить одинаково высо.кую чувствительность датчика росы во всем диапазоне измерения. Использование изобретения позволит повысить точность определения точки росы в области отрицательных температур и, вследствие этого, расширить диапазон измерения гигрометра, так как фиксация осадка при .любой температуре производится по. его жидкой фазе, обеспечивающей высокую чувствительность датчика росы. Расширение диапазона измерения позволит использовать емкостные гигрометры точки росы вместо фотоэлектрических, имеющих, значительно более сложный по конструкции датчик и, вследствие этого, более дорогих и менее надежных в эксплуатации.

К датчики росы

г

Фи.5

А- управляемому j задатчику