Психрометр Советский патент 1993 года по МПК G01N25/62 

Изобретение относится к измерениям характеристик окружающей среды и может быть использовано в составе цифровых систем сбора метеорологической информации или управления различными технологическими процессами, характер протекания которых зависит от влажности воздуха.

Цель изобретения - снижение погрешности измерения влажности воздуха.

На фиг. 1 представлена блок-схема психрометра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-В на фиг. 1.

Психрометр содержит сухой 1 и увлажняемый 2 термометры с измерительными капиллярами 3, источник 4 света, фотоприемники 5 света, термометры 1 и 2 снабжены входными 6 и выходными 7 световодами, установленными заподлицо с выполненными под углом а друг к другу внутренними стенками 8 светонепроницаемых измерительных капилляров 3, заполненных про-, зрачной рабочей жидкостью 9 с показателем преломления, близким к показателю преломления материала световодов 6 и 7, первую и вторую собирающие линзы, образующие конденсатор 10 и расположенные между входными торцами входных световодов 6 и источником 4 света, расположенным под светонепроницаемым колпаком, выполненным в виде разделенных зазором внутреннего 11 и внешнего 12 кожухов с отверстиями в каждом кожухе, причем отверстия внутреннего 11 и внешнего 12 кожухов выполнены несовпадающими в радиальном направлении и образуют по отношению к источнику 4 света световой лабиринт, а выходные торцы выходных световодов 7 подведены к фотоприемникам 5, выходы которых подключены к системе 13 регистрации влажности по разнице температур сухого 1 и увлажняемого 2 термометров.

Психрометр работает следующим образом.

Неравномерный световой поток от источника 4 света, установленного под светонепроницаемом колпаком, выполненным в виде разделенных зазором внутреннего 11 и внешнего 12 кожухов проходя через конденсатор 10, состоящего и из первой и второй собирающих линз, выравнивается по интенсивности и попадает на входные торцы входных 6 свтеоводов. Благодаря конденсатору 10 на входные торцы различных

(/

С

входных 6 световодов попадают световые потоки равной интенсивности. Затем световые потоки через входные световоды 6 достигают их выходных торцов. Входной 6 и выходной 7 световоды каждого шага квантования расположены на одной общей для себя оптической оси, составляющей с нормалями к внутренним стенкам 8 светонепроницаемых измерительных капилляров 3 угол а/2. По своей величине этот угол равен или превышает предельный угол полного внутреннего отражения, поэтому световые лучи от источника 4 света, пройдя по световодам 6 до их выходных торцов, претерпевают на границе перехода стекло- воздух полное внутреннее отражение. Свет с выходных торцов световодов б не излучается внутрь капилляров 3, поскольку плоско- сть торца световода 6 совпадает с плоскостью внутренней стенки капилляра 3, имеющий наклон к центральной оптической оси, общей для пары световодов 6 и 7, равный или превышающей величину угла полного внутреннего отражения (см, фиг. 2). Свет, таким образом, не достигает противолежащего входного торца выходного свето- вода 7 и соответствующего фотоприемника 5. При переходе стекло-воздух угол полного внутреннего отражения равен 41,8°.

В термометрах 1 и 2 применена рабочая жидкость 9, показатель преломления которой равен или близок по своей величине к показателю преломления материала световодов. В качестве такой жидкости может быть использован бензол, показатель преломления которого, как и у стекла, равен примерно 1,5. Поэтому на тех уровнях квантования термометров, которые в зависимости от величины температуры перекрываются в капилляре 3 рабочей жидкостью 9, свет проходит между торцами пары световодов 6 и 7 без преломления и достигает соответствующих фотопроиемни- ков 5 практически без потерь. С выходов фотоприемников 5 сигналы поступают на входы системы 13 регистрации влажности, в которой производится вычисление влажности воздуха по разнице температур сухого 1 и увлажняемого 2 термометров и ее регистрация, где, после преобразования в двоичный код, производятся в цифровом виде операции вычисления разницы температур и определение оптической влажности воздуха. Нормальная, то есть без ошибок, работа системы 13 регистрации влажности предполагает одинаковый уровень сигналов от каждого фотоприемника 5 на ее входах. В том случае, когда прозрачная рабочая жидкость 9 замыкает оптическую связь пары входной б световод - выходной 7 световод в капиллярах 3 сухого 1 и увлажняемого 2 термометров, равные световые потоки, падающие на входные торцы различных входных 6 световодов, проходящие по входным

6 световодам, через измерительные капилляры 3 сухого 1 и увлажняемого 2 термометров, выходные 7 световоды вызывают, при условии идентичности материала у всех световодов и идентичности фотоприемников 5,

вызывают на выходах различных фотоприемников 5 сигналы одинакового уровня, что обеспечивает нормальную работу системы 13 регистрации влажности воздуха, и тем самым снижает погрешность измерений

5 влажности воздуха. В качестве материала для капилляров 3 термометров 1 и 2 используется светонепроницаемое (затемненное) стекло. Разрешающая способность в предлагаемом психрометре достигает величины,

0 равной половине диаметра световолокна световода. Введение в психрометр второй собирающей линзы, которая вместе с первой образуют конденсатор 10, позволяет выравнять интенсивность световых потоков

5 на входных торцах различных входных 6 световодов, что устраняет инструментальную погрешность при измерении температуры, и, в конечном счете, снижает погрешность в определении влажности воэ

0 духа. Одновременно с этим чэ-и.чие кончен сатора 10 в конструкции психромесра требует для обеспечения необходимой интенсивности световых потоков на входных торцах различных входных б световодов

5 применение источника 4 света большей, чем у прототипа, мощности. Поэтому применение в конструкции психрометра светонепроницаемого колпака, выполненного в виде разделенных зазором внутреннего 11 и

0 внешнего 12 кожухов с овтерстиями в каждом кожухе, причем отверстия внутреннего и внешнего кожухов выполнены несовпадающими в радиальном направлении и образуют по отношению к источнику света

5 световой лабиринт, позволяющий устранить перегрев источника 4 света и преждевременный его выход из строя. Кроме того из-за несовпадения в радиальном направлении отверстий внутреннего 11 и внешнего

0 12 кожухов светонепроницаемого колпака источника 4 света обеспечивает работоспособность заявленного психрометра в целом, так как устраняются сбои Б работе психрометра из-за внешнего освещения.

5Формула изобретения

Психрометр, содержащий сухой и увлажняемый термометры, измерительные капилляры которых установлены в системе световодов, входные торцы которых расположены в плоскости, перпендикулярной

световому потоку, первую собирающую линзу, установленную между входными торцами световодов и источником света, закрытым светонепроницаемым колпаком, фотоприемники, расположенные между иходными торцами световодов и системой регистрации влажности, отличающий- с я тем, что, с целью снижения погрешности измерений, между источником света и входными торцами световодов, установлена вто-

рая собирающая линза, образующая с первой конденсор, а светонепроницаемый колпак выполнен в виде разделенных зазором внутреннего и внешнего кожухов с отверстиями в каждом кожухе, причем отверстия внутреннего и внешнего кожухов выполнены несовпадающими в радиальном направлении и образуют по отношению к источнику света световой лабиринт.

Использование: аналитическое приборостроение. Сущность изобретения: психрометр содержит источник света, сухой и увлажняемый термометры, входные и выходные световоды, устройство вычисления влажности воздуха. Между источником света и входными торцами входных световодов расположен конденсатор. Светонепроницаемый колпак источника света выполнен в виде оптического лабиринта 3 ил.

ИГ.1.

Фиг.2.