Конденсационный гигрометр Советский патент 1980 года по МПК G01N25/66 

: Изобретение относится к измерительной технике, а именно - к конденсациойным гигрометрам, предназначенным для измерения влажности газов по их температуре точки росы, и может найти применение, например, в машиностроении для контроля влажности технологической атмосферы в безмуфельных нагревательных агрегатах, а также в метеорологии - для измерения влажности воздуха. Известны конденсационные гигрометры для определения влажности газа по его точке росы , содержащие попупрбвод никовый охладитель, зеркальце, фото электрический детектор слоя конденсата, систему регулирования тока питания ХЬ-. лодильника, блок управления, обеспечивающий постоянство слоя конденсата на охлажденном зеркальце, и датчик температуры, контактирующий с охлаждаемым зеркальцем и размещенный под ним Влажность исследуемого газа опре депяют путем измерения температуры охлаждаемого зеркальца в режиме автомати ческого поддержания слоя,-конденсата на его поверхности. Однако, намеренная датчиком температура не соответствует истинной температуре точки росы, вследствие наличия градиента темпера ту в системе зеркальце-датчик температуры. Известен также конденсационнь1й гигрометр, содержащий термоэлектрический холодильник с размещенным на нем зеркальцем и датчиком температуры, включешым в одно иэ плеч измерительного моста, детектор и регулятор слоя конденсата 21. В известном гигрометре выполнение датчика температуры весьма малым и максимально приближенным к поверхности зеркальца снижает влияние градиента в системе зеркальце-датчик температуры, однако, принципиально полностью его не устраняет. Вместе с известнь1й гигрометр не учитывает температурный градиент в слое конденсата, который может также дог тигать величин, значительно вяияюших на точность измерения точки росы, Цель предлагаемого изобретейня - повышение гочносги измерения за счет исключения погрешностей, возникающих в реаультаге градиента температуры между внешней поверхностью слоя конденсата и центром датчика температуры. Для этого конденсационный гигрометр снабжен компенсатором, установленным в радиаторе термоэлектрического холодильника и выполненным в виде гильзы, внутри которой размещены навитые вплотную друг к другу на теплопроводятпёй сердечник обмотки нагревател и резистора, при чем обмотка нагревателя, подключена к регулятору слоя конденсата, а обмотка резистора - к измерительному мосту. На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый конденсационный гигрометр; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 4мг, 3 - электрическая схема измерения температуры точки росы. Гигрометр содержит термоэлектрический Холодильник 1, состоящий из полупроводниковых sneKf HTOB 2, напаянных на токопрдводяндае пластины 3, которые находятся в тепловом контакте с радиатором 4, Сверху на полупроводниковые элементы 2 напаяна коммутационная гшастина 5, на которую установлен датчик температуры, например, термометр 6 сопротивления, включенный в одно из плеч, измерительного моста 7, и зеркальце 8. Гигрометр имеет также осветитель (лампочку) 9 и 4юточувствйтельный элемент 10, образующие детектор. Фоточувствительный элемент 10 соединен с регулятором 11 слоя конденса™ тй, обеспечивающимп6ддержаШе 1Ч)лщйны слоя конденсйта 12 и постоянной зада геой величины. Один из выходов регулятора 13. подключен, к холодильнику 1, в отверттии ра диатора 4 которого установлен компенсатор 13. Компенсатт р 13 представляет собой гильзу 14 из теплоизолирующего материала, внутри которой размещена обмот1ка 15 нагревателя и обмотка 16 компенсирующего термоэависймогорезнетора При этом обмотка 15 нагревателя под ключена к регулятору 11 слоя конденсат а обмотка 16 резистора подключена к измерительному мосту 7. Для лучшего шплоВбго контакта витки ,обмоток 15 и 16 нёмотань параллельно, вплотную друг к другу иа теплопроводя784 ший сердечник 17, например, медную катушку, и покрыты сверху теплоКЪнтактной пастой. Измерительный мост 7 собран по компенсационной схеме и содержит кроме компенсирующего термозависимого резистора hi: (поз. 16 на фиг. 2) элементь обычные для таких схем; термометр сопротивления R (поз. 6 на фиг. 1), измерительный резистор R , связанный стрелкой указателя 18 температуры точки росы, добавочное сопротивление R а и два вспомогательных одинаковых по величине сопротивления R и Rg являюшкхся плечами моста. На схеме изображен также нагреватель компенсатора Йц и нуль-г)эпьванометр 19 (4мг. 3). Предлагаемый гигрометр работает следующим образом. На охлаждаемое зеркальце 8 гигрометра подают исследуемый газ, точку росы которого необходимо измерить. При выпадении конденсата влаги световой погок, отраженный от зеркальца 8, уменьшается. Уменьшение светового потока;улавливает фоточувствительный элемент10, воздействующий на регулятор слоя конденсата, который поддерживает толщину слоя конденсата 12 постоянной заданной величины путем изменения тока охлаждения Л. Одно-, временно регулятор питает нагреватель компенсатора током, равным разности (, - 3 ), где ,- ток максимального охлаждения для холодильника гигрометра. Увеличение основного тока до максимальной величины вызывает уменьшение тока через нагреватель компенсатора до нуля и компенсатор принимает темперагуру,- равную температуре радиатора. При уменьшении основного тока до нуля ток через нагреватель возрастет до 3 ytiax при этом температура внутри компенсатора увеличиваек;я &о определенной максимальной величины. Конструктивное выполнение и принцип действия компенсатора основань/ на том, , перепад температурь на тепловом сопротивлении гильзы компенсатора моделирует в увеличенном масштабе перепад температуры между внешней поверхностью с,лоя конденсата и центром датчика температуры. Изменение температуры в компенсаторе улавливается термозависимым резистором, включеннь м в измерительный мост, благодаря чему, вносится необходимая поправка к измеренной величине. 57 Таким образом, благодаря наличию компенсатора, измерительный мост гигрх метра выдает истинное значение температуры точки росы газа. Возникающий при измерении температу ры точки росы газа перепад температуры между внешней поверхностью слоя конден сата и центром датчика температуры может быть определен по формуле: -f -Ut,-VA ..Ь-( где Д-Ь - полный перепад температуры между внешней поверхностью слоя конденсата и центром да чика температуры; motx наибольшее возможное знач1ение перепада температуры; О - ток холодильника, Sfrvirav - максимальной хладопроизводйтельности холодильника; температура радиатора холодильника;температура зеркальца, из меренная датчиком температуры;1 - относительнь й коэффициент теплопроводности, определяемый конструкш5ей холодильника. Проведенные испытания предлагаемого гигрометра показали, что за счет снабжё кия его компенсатором точность измерения им влажности исследуемых газов по 8 их гемператзфе точки росы возросла по сравнению с известным гигрометром с i 1 до 0,2 С. Формула изобретения Конденсационный гигрометр, содержащий термоэлектрический холодильник с. размещенными на нем зеркальцем и датчиком температуры, включешя,1М в одно из плеч измерительного моста, детектор и регулятор слоя конденсата, о т л и ч аюши йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения погрешностей, возникающих в результате градиента температуры между внешней поверхностью слоя конденсата н центром датчика температуры, он снабжен компенсатором, установленным в радиаторе термоэлектрического холодильника и выполненным в виде гильзы, внутри кото рой размещены навитые вплотную друг к другу на теплопроводящкй сердечник обмотки нагревателя и резистора, причем обмотка нагревателя подключена к регулятору слоя конденсата, а обмотка речистора - к измерительному мосту. Источники информации, принятые во внимание .при эксперпзе 1.Авторское свидетельство СССР К% 1О413О, кл. Q О1 N 25/66, 1055. 2,Авторское свидетельство СССР NO 111375, кл. G 01 N 25/66, 1956.

1 4/г/