Устройство для измерения влажности газовых сред Советский патент 1980 года по МПК G01N19/10 G01W1/11 

изобретение относится к влагометрии и может быть использовано для измерения и регулирования влажности различных газовьлх сред с повышенной точностью. Широко известны сорбционные гигрометры деформационного типа, использующие свойство некоторых гигроскопических твердых тел изменять свои линейные размеры в функции влажности окружакядего воздуха 1 и И Прибор для определения влажности содержит чувствительный элемент в виде пучка волос, изменяющих свою длину от влажности окружающего воздуха, и соединенных посредством рычажной передачи с указывающей на циферблате влажность поворотной стрелкой. Прибор отличается .простотой конструкции. Однако, трудности, связанные со сравнительно большой погрешностью измерения удлинения волос и низкой чувствительностью в области малых значений влажности не обеспечили их широкого распространения. Известно также устройство, в котором в качестве чувствительного гигроскопичного элемента используется нить которая с помощью вибратора приводится в колебательное движение, а влажность определяется по величине амплитуды кoJГIeбaний нити с помощью измерительного устройства - виброизмерителя 3. Однако чувствительность такого устройства низкая, так как гииплитуда колебаний при маипом влагосодержании среды будет малой и соизмеримой с паразитными колебаниями от производственных вибраций и noMQX. Кроме того, нестабильность характеристик преобразовательных звеньев сильно влияет на точность измерения вследствие того, что измерительная схема разомкнута. Из известных устройств для измерения влс1жности газовых сред наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство, содержащее гигроскопичный элеьюнт - датчик удлинения чувствительного элемента, преобразователь изменения в электрическое напряжение, регулируемый усилитель и регистрирующий прибор 4. Цель изобретения - значительное повышение чувствительности устройства, а также повшиение точности измерения при воздействии дестабилизирующих факторов на характеристики преобразовательных звеньев. Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения влажности газовых сред дополнительно снабжено резисторами, зашунтированными ключами, симметричным мультивибратором, фазочувствительным выпрямителем, усилителем переменного напряжения, элект ромагнитом, подвижный сердечник которого соединен с чувствительным элемен том, а обмотка возбуждения подключена к выходу усилителя, причем последовательно с обмоткой электромагнита и ре гистрирующим прибором включены резисторы, зашунтированные ключами, обмотки управления которых подключены к противоположным плечам мультивибратора, а вход регистрирующего прибора через усиЛ1 тель и фазочувствительный выпрямител, управляемый мультивибратором, соединен с управляющим входом регулируемого усилителя. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит чувствительный гигроскопичный элемент 1 с крутизной преобразования S, , датчик 2 удлинения чувствительного элемента с коэффициентом преобразования К, преобразователь 3 удлинения в электрическое напряжение с коэффициентом преобразования . регулируемый усилитель 4 с коэффициентом усиления К)з . электромагнит 5 с коэффициентом преобразования К и сопротивлением обмотки , мультивибратор 6, усилитель частоты коммутации 7, фазочувствительный выпрямитель 8, регистрирующий прибор 9 (например, вольтметр с внутренним сопротивлением RO) . Чувствительный гигроскопичный элемент 1 реагирует на изменение влажности среды, в которую помещен. В качестве чувствительного элемента может использоваться нить, обладающая гигро скопическими свойствами, закрепленная в двух зажимах, один из которых жестко закреплен, а другой посредством негигроскопичной нити через датчик 2 удлинения, например, блочок, связан с подвижным элементом 5 электромагнита. Изменение влжаности среды приводит к изменению длины гигроскопичной нити, на которое реагирует датчик 2 удлинения, с выхода которого сигнсШ, например угол поворота блочка, поступает на вход преобразователя 3 Удлинения в Электрическое напря к;ение. Преобразованный сигнал поступает на вход последовательно соединеиного с преобразователем 3 регулируемо1 о усилителя 4, с выхода которо го усиленный сигнал через добавочный резистор R , шунтируемый ключом 1C, ,п ступает на регистрирующий прибор,например, вольтметр. Выходное напряжение усилителя 4 поступает также в цепь положительной обратной связи (п.о.с.), состоящей из добавочного резистора, зашунтированного ключом К, обмотки электромагнита с сопротивлением и обратного преобразователя напряжения в линейное перемеение 5, выполненного в виде натяжного электромагнита. Действие п.о.с. проявляется в том, что под влиянием подвижного элемента электромагнита гигроскопичная нить получает дополнительное удлинение, пропорциональное измеряемой влажности. В результате этого датчик удлинения получает информацию о большем изменении длины чувствительного элемента, чем то, которое вызвано действием влажности непосредственно на гигроскопичную нить. Вследствие этого повышается чувствительность всего устройства. Напряжение, измеряемое регистрирующим прибором, определяется выражением коэффициент преобразования удлинения нити в электрическое напряжение , коэффициент передачи входной цепи регистрирующего прибора . - коэффициент передачи цепи п.o.с.; X - изменение длины чувствительного элемента. В свою очередь для нити с гигроскопическими свойствами Дх К/1Р, где ДФ- изменение влагосодержания контролируемой среды, К - коэффициент пропорциональности. Резисторы (Ц и R2 поочередно шунтируются автоматическими ключами K-j и К, обмотки которых подключены к мультивибратору 6. При этом напряжение на регистрирующий прибор 9 поступает соответственно то через резистор R,, то непосредственно с выхода регулируемого усилителя-4. Когда шунтируется резистор R, увеличивается напряжение, приложенное к электромагниту. Соответственно возрастает коэффициент преобразования, но одновременно уменьшается напряжение, измеряемое прибором за счет значения резистора R . 74 Ro- Ri При размыкании ключа К2 коэффициент преобразования понижается за счет уменьшения напряжения, приложенного к электромагниту, но при этом возрастает выходное напряжение за счет шунтирования резистора R . RoS „и 65 74 Таким образом, изменения коэффициента преобразования замкнутой схем автоматически компенсируются изменениями коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора. При не прерывной работе ключей напряжение изменяется от значения К41--&74 S ДО значения 1 к,. Из схемы периодического шунтирования добавочных резисторов.ключами К и К следует, что изменения глуби ны п.о.с. автоматически компенсируют ся изменениями коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора Очевидно при заданном соотношении ре зисторов R и Rg сопротивления обмот ки электромагнита Rog и внутреннего, сопротивления регистрирующего прибора RQ, номинальном значении коэффициентов преобразования 2, 3 и коэффи циента усиления 4 и постоянном коэффициенте преобразования электромагнита 5, который может быть достаточно стабильным, возможен режим полной компенсации изменений в выходном напряжении, т.е. UV и . Приравнивая (5) и (6), получаем: .,&74 74 ,- м- м-йг- Результирующий коэффициент преобразования, в соответствии с соотношениями (1 ), и (7), равен 74 7Л б. - . или с учетом значений (З) и (4) К Ri (RoS Rg) 7-1 RTTRo RI ) Ko5 При любом отклонении, в результате действия дестабилизирующих факторов, коэффициентов преобразования 2, 3 или 4 от номинального значения и постоянстве резисторов R и. R на входе регистрируквдего прибора наряду с постоянной составляющей появляется переменная составляющая напряжения частоты коммутации, которая после усиления в усилителе переменного напряжения 7 поступает на вход фазочувствительного выпрямителя 8, с выхода которого сигнал воздействует на управляюций вход регулируемого усили теля 4, восстанавливая номинальное значение результирующего коэффидиен- та преобразования. Результаты измере ния влажности фиксируются регистрирующим прибором 9. Введение в схему новых элементов и автоматически работающих ключей выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения влажности газовых сред от известного. Положительная обратная связь способствует значительному повышению.чувствительности устройства, что позволяет использовать его для измерения малых влажностей. Возрастание при этом роли дестабилизирующих факторов на результат изме-. рения устраняется регулировкой коэффициента усиления регулируемого усилителя с помощью цепи: усилитель частоты коммутации - фазочувствительныЯ выпрямитель - управляющий вход регулируемого усилителя, что повышает точность измерений и обеспечивает повышенную стабильность при воздействии возмущающих факторов. Формула изобретения Устройство для измерения влажности газовых сред, содержащее чувствительный гигроскопичный элемент, датчик удлинения чувствительного элемента, преобразователь изменения в электрическое напряжение, регулируемый усилитель и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оно снабжено резисторами, зашунтированными ключами, симметричным мультивибратором, фазочувствительным выпрямителем, усилителем переменного напряжения и электромагнитом, подвижный сердечник которого соединен с чувствительным элемен- . том, а обмотка возбуждения подключена к выходу регулируемого усилителя, причем последовательно с обмоткой возбуждения электромагнита и регистрирукядим прибором включены резисторы, зашунтированные ключг ми, обмотки управления которых подключены к противоположным плечам симметричного мультивибратора, а вход регистрирующего прибора через усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, управляемый мультивибратором, соединен с управляющим входом регулируемого усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 18192, кл. G 01 N 19/10,1929. 2.Берлинер М.А. Измерение влажности, М. , 1973, с. 208. 3.Авторское свидетельство СССР 170183, кл. G 01 W 01/11, 19.28. 4.Авторское свидетельство СССР 15645, кл. G 01 N 19/10, 1927.