Компенсационный гигрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N21/85 

(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к автоматическим гигрометрам, предназначенным для непрерывного измерения влажности газов по их температуре точки росы, и могут найти применение в машиностроении, например, ддя измерения влажности защитной технологической атмосферы при термической и химико-термической обработке деталей, а также в метеорологии, например на метеостанциях.

Известны компенсационные гигрометры, содержащие источник света, оптическую систему, зеркало, фотопреобразователь, термоэлектрический холодильник, термометр и вольтметр 1.

Наиболее близким к изобретению является компенсационный гигрометр, содержащий источник света, оптическую систему, термоэлектрический холодильник, на котором установлено зеркало с термометром, вольтметр, последовательно соединенные фотоэлектрический мост, дифференциальный усилитель, избирательный усилитель и детектор, а также последовательно включенные генератор тока низкой частоты и сумматор, включенный на входе термоэлектрического-холодильника и связанный через регулятор тока

с выходом дифференциального усилителя 2.

Недостатком этого гигрометра является пониженная надежность из-за быстрого выхода из класса точности и потеря работоспособности вследствие малой величины допустимого загрязнения зеркала. Объясняется это тем, что первоначальная толщина слоя росы, которая определяет степень критического загрязнения зеркала, не может быть задана превыщающей значительно, например в 10 - 20 раз, граничную толщину слоя, так как при этом нарушается пропорциональная зависимость компенсирующего напряжения от толщины слоя росы, и в системе возникают неуправляемые колебания, нарушающие нормальную работу системы компенсации загрязнения зеркала и гигрометра в целом.

Цель изобретения - повыщение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство дополнительно введены диод и последовательно соединенные повторитель напряжения и интегратор, вход которого связан с детектором, а выход повторителй напряжения включен в разрыв плеча фотомоста.

С целью уменьшения времени от момента включения гигрометра в сеть до установления показаний выход интегратора соединен с выходом дифференциального усилителя через диод.

На чертеже представлена схема гигрометра.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, блок 2 управления и вторичный прибор 3. Первичный преобразователь 1 состоит из герметизированной камеры, внутри которой размещены источник света 4, рабочее 5 и вспомогательное 6 зеркала, а также рабочий 7 и балластный 8 фоторезисторы. Под рабочим зеркалом 5 размещены термоэлектрический холодильник 9 и термометр 0, соединенный со вторичным прибором 3.

Блок 2 управления представляет собой электронное устройство, содержащее резистор 11, резистор 12, зашунтированный замыкающим контактом 13 кнопочного выключателя, потенц-иометр 14, которые образуют с фоторезисторами 7 и 8 фотоэлектрический мост. Выход моста присоединен к предусилителю 15. Выход предусилителя 15 соединен с регулятором 16 тока, питающим термоэлектрический холодильник 9. Блок 2 управления содержит также устройство непрерывной автоматической компенсации загрязнения зеркала и поддержания тонкого слоя конденсата на нем. Оно состоит из генератора тока низкой частоты 17, соединенного через сум.матор 18 с термоэлектрическим холодильником 9, и избирательного усилителя 19, вход которого присоединен к выходу предварительного усилителя 15, а выход - к детектору 20, Выход детектора 20 подключен к входу интегратора, выполненного, например, в виде соединенных последовательно зарядно-разрядного резистора 21 и накопительного конденсатора 22. Выход интегратора зашунтирован вторым замыкающим контактом 23 кнопочного выключателя и включен в разрыв плеча фотомоста через повторитель 24 напряже-. ния. На выходе повторителя 24 включен вольтметр 25. Для уменьшения времени от момента включения гигрометра в сеть до установления показаний выход интегратора может быть соединен также с выходом предусилителя 15 через диод 26, включенный встречно с диодами детектора 20.

Устройство работает следующим образом

При настройке гигрометра в работу контактами 13 и 23 кнопочного выключателя закорачивают резистор 12 и накопительный конденсатор 22 интегратора. Затем движком потенциометра 14 устанавливают на выходе предусилителя 15 напряжение равное нулю. Напряжение контролируют, например, с помощью вольтметра (на схеме не показан)

После размыкания контактов 13 и 23 кнопочного выключате.ля на выходе фотомоста образуется напряжение разбаланса, равное в первоначальный момент падению напряжения резисторе 12. Напряжение

первоначального разбаланса устанавливают в несколько, например, 10-20 раз больше, чем это необходимо для изменения напряжения на выходе предусилителя 15 от нуля до насыщения, благодаря чему исключается потеря работоспособности гигрометра при

значительных загрязнениях зеркала и обеспечивается длительная работа без чистки зеркала. При этом через холодильник 9 протекает от регулятора Штока максимальный ток, зеркало 5 интенсивно охлаждается. Однако напряжение на входе и выходе повторителя напряжения 24 остается при этом равным нулю. Когда температура зеркала достигает значения точки росы исследуемого газа, на поверхности зеркала начинает выпадать конденсат, вследствие чего отражательная способность зеркала уменьшается. Это вызывает увеличение сопротивления фоторезистора 7 и уменьщение разбаланса фотомоста.

Для достижения равновесия в системе

5 регулирования толщина слоя конденсата на зеркале стремится возрасти до сравнительно большой величины, определяемой величиной первоначального разбаланса фотомоста. Однако когда толщина слоя достигает величины, при которой предусилитель 15 выходит из насыщения, а температура зеркала 5 принимает значение, близкое к точке росы исследуемого газа, срабатывает устройство поддержания тонкого слоя росы. При этом переменный ток, вырабатываемый

5 генератором тока низкой (преимущественно 0,1 - 1 Гц) частоты 17, накладываясь в сумматоре 18 на постоянный ток регулятора 16 тока, изменяет периодически температуру рабочего зеркала 5 на величину ДТ с частотой переменного тока. Величину этого тока

0 устанавливают такой, чтобы колебания температуры ДТ зеркала было равно примерно 0,05-0,1°С, что практически не влияет на точность измерения среднего значения температуры точки росы.

5 Из-за колебаний температуры зеркала толщина слоя росы на нем начинает также периодически изменяться с частотой тока, так как в одном из полупериодов колебаний температура зеркала превышает температуру точки росы и. конденсат частично испаряется, а в другом полупериоде происходит осаждение конденсата.

Колебания толщины слоя конденсата вызывают периодические изменения отражательной способности зеркала 5, вследствие 5 чего в выходном сигнале фотомоста и предусилителя 15 появляется переменная составляющая низкой частоты. Эта составляющая сигнала усиливается избирате.тьным усилителем 19 и преобразуется детектором 20 в постоянное напряжение, которое через интегратор и повторитель 24 напряжения поступает в качестве компенсирующего напряжения в плечо фотомоста навстречу падению напряжения на резисторе 12. В результате происходит уменьшение суммы напряжений, величина которой определяет толщину слоя конденсата на зеркале. Уменьшение сигнала ошибки на выходе фотомоста приводит в процессе отработки сигнала к уменьшению тока питания холодильника, и, как следствие, к отклонению (в сторону повышения) среднего значения температуры зеркала от температуры точки росы, а также к уменьшению толщины слоя росы на нем. После того, как толщина Н слоя росы уменьшится до величины, равной максимальному размаху Д Н,, его колебаний, вызываемых током низкой частоты, сигнал на выходе избирательного усилителя 19 начинает уменьшаться, так как при Н uhiTioK конденсат на зеркале отсутствует на протяжении части полупериода колебаний и, следовательно, не происходит в это время изменения отражательной способности зеркала. При дальнейшем уменьшении толщины ХЛОЯ росы напряжение на выходе избирательного усилителя 19 и выпрямителя 20 уменьшается до такой величины, что нарастание напряжения U прекращается. Это приводит в конечном итоге к стабилизации ТОЛЩИНЫ слоя росы на малой величине. Температура зеркала, измеряемая посредством термометра 10 и вторичного прибора 3, при этом выше температуры точки росы, но отличие их незначительно. По показаниям вольтметра 25, измеряющего величину компенсирующего напряжения и судят в процессе эксплуатации гигрометра о степени загрязнения зеркала и необходимости его чистки. При наличии в схеме диода 26 после .включения гигрометра в работу происходит быстрый заряд накопительного конденсатора 22 интегратора выходным напряжением усилителя 15 через диод 26 до такой степени, что напряжение разбаланса фотомоста и напряжение на выходе усилителя 15 уменьшается до величины, при которой диод 26 запирается. В дальне щем работа гигрометра протекает аналогично рассмотренному. Однако время выхода его в режим с малым слоем конденсата на зеркале сокращается за счет предварительного подзаряда накопительного конденсатора интегратора, что уменьшает время от момента включения гигрометра в сеть до установления правильных показаний. Данное изобретение позволяет повысить точность и надежность гигрометра за счет увеличения продолжительности работы между его подстройками, а также за счет исключения из схемы гигрометра элементов с нестабильными параметрами (ко.мпенсирующего фоторезистора и лампы накаливания) . Соединение же выхода интегратора с выходо.м предусилителя через диод, включенный встречно диодам выпрямителя-, позволяет сократить время от момента включения гигрометра в сеть до установления правильных его показаний, т. е. повысить готовность прибора к работе. Формула изобретения 1. Компенсационный гигрометр, содержащий источник света, оптическую систему, два зеркала, одно из которых установлено на термоэлектрическом холодильнике с термометром, вольтметр, последовательно соединенные фотоэлектрический мост, дифференциальный усилитель, избирательный усилитель и детектор, а также последовательно включенные генератор тока низкой частоты И сумматор, включенный на входе термоэлектрического холодильника и связанный через регулятор тока с выходом дифференциального усилителя, отличающийся те.м. что, с целью повышения точности, в него дополнительного введены диод и последовательно соединенные повторитель напряжения и интегратор, вход которого связан с детектором, а выход повторителя напряжения включен в разрыв плеча фотоэлектрического моста. 2. Гигрометр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени готовности к работе, выход интегратора соединен с выходом дифференциального усилителя через диод. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 265500, кл. G 01- N 21/50, 1970. 2.Патент США № 3623356, кл. 73-17А, опублик. 1971 (прототип).

V-.csj

CM