Конденсационный гигрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N21/85 

(54) КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к гигрометрам, и может найти применение в машиностроении для контроля влажности технологической атмосферы в безмуфельных нагревательных агрегатах, а также в метеорологии для измерения влажности воздуха.

Известны конденсационные гигрометры, содержащие полупроводниковый охладитель, охлаждаемое зеркало, фотоэлектрический детектор слоя конденсата, систему регулирования тока, питающую охладитель, блок управления и датчик температуры.

Датчик температуры (например термометр сопротивления, термопара) контактирует с охлаждаемым зеркалом и размещен под ним. Блок управления обеспечивает постоянство слоя конденсата на охлаждаемом зеркале.

Влажность исследуемого газа определяют путем измерения температуры охлаждаемого зеркала в режиме автоматического поддержания слоя конденсата на его поверхности 1.

Недостатком известных гигрометров является низкая точность измерения точки росы газа в области отрицательных температур вследствие того, что слой конденсата, образующийся и поддерживаемый на охлаждаемом зеркале, может находиться в двух фазовых состояниях: твердом - лед и ЖИДКОМ: - переохлажденная вода. Переход слоя конденсата из одного фазового состояния в другое изменяет показания гигрометра. Это изменение тем больще, чем ниже измеряемая точка росы. Так, например, изменение фазового состояния конденсата при значении температуры точки росы,

равном 60°С, вызывает изменение показаний гигрометра на 5°С. В то же время температура, при которой происходит изменение фазового состояния конденсата, зависит от многих факторов (толщины слоя конденсата, наличия центров кристаллизации,

наличия растворенных примесей в конденсате и т. п.), в результате чего создается зона неопределенности показаний при измерении отрицательных значений точек росы.

Наиболее близким к изобретению является конденсационный гигрометр, содержащий охладитель с установленным на нем зеркалом и датчиком температуры, детектор конденсата с усилителем, выход кото3 8132 рого связан с охладителем, и регистрирующий прибор 2. Недостатком известного устройства является пониженная точность, так как усиление в нем осуществляется на постоянном токе, в результате чего временная нестабиль-5 ность детектора, а также загрязнение зеркала вызывают смещение исходной настройки. Цель изобретения - повышение точности. Для достижения указанной цели в уст-Ю ройство, содержащее охладитель с установленным на нем зеркалом и датчиком температуры, детектор конденсата с усилителем, выход которого связан с охладителем, и регистрирующий прибор, дополнительно введены дифференцирующее устройство и выпрямитель, последовательно включенные между детектором конденсата и усилителем. На чертеже представлена структурная схема устройства.20 Устройство содержит размещенные в камере 1 детектор слоя конденсата, например фотодетектор, состоящий из лампы 2 и фоторезистора 3, и охлаждаемое зеркало 4, под которым расположен датчик 5 температуры и полупроводниковый охладитель 6. Фоторезистор 3 одним концом подключен к одному из полюсов источника питания, а другим концом через резистор 7 к другому полюсу источника питания. Гигрометр содержит последовательно соединен-зо ные частотный фильтр 8, дифференцирующий усилитель 9, выпрямитель 10 и усилитель 11 мощности, причем вход частотного. фильтра 8 подключен к точке соединения детектора, и резистора 7, а выход усилителя 11 подключен к охладителю 6. Частотный фильтр 8 предназначен для ограждения дифференцирующего усилителя 9 от , воздействия помех частота которых превышает частоту появления конденсата на зеркале (0,1 -1,0 Гц). Гигрометр содержит также демпфирующее устройство 12, выполненное, например, в виде ионистора, включенного параллельно датчику 5 температуры и соединенное с регистрирующим прибором 13Устройство работает следующим обра-45 зом. Непосредственно после подачи исследуемого газа и включения гигрометра на зеркале 4 роса отсутствует, потенциал точки о:CQ устанавливается постоянным и на выходах дифференцирующего усилителя 9 и преобразователя 10 сигнал отсутствует. При этом охладитель 6 протекает полный ток охлаждения, и зеркало 4 начинает интенсивно охлаждаться. Охлаждение зеркала55 в конечном итоге приводит к выпадению на нем конденсата влаги. При этом сопротивление фоторезистора 3 увеличивается за счет уменьщения отраженного светово8 .4 го потока, а в случае применения кондуктометрического детектора его сопротивление уменьшится за счет появления между проводниками, находящимися на зеркале, проводящего слоя конденсата, Изменение сопротивления детектора приводит к изменению тока через резистор 7 и, соответственно, потенциала точки а. Это изменение, сглаженное частотным фильтром 8, поступает на вход дифференцирующего усилителя 9. На выходе усилителя 9 повляется сигнал, поступающий на вход выпрямителя 10, который формирует запирающий сигнал на входе усилителя 11 при наличии или изменении сигнала на выходе дифференцирующего усилителя 9 путем выпрямления и суммирования первой и второй производной от первоначального сигнала. При наличии запирающего сигнала на входе усилителя 11, на выходе его ток. питающий охладитель, становится равным нулю. Прекращение тока через охладитель 6 приведет к нагреву зеркала и испарению конденсата с поверхности. В процессе испарения потенциал точки а станет изменяться в противоположную начальному изменению сторону и на выходе дифференцирующего усилителя 9 сигнал изменит знак. Однако, пройдя через выпрямитель 10, этот сигнал по прежнему запирает усилитель 11 и через охладитель ток не будет протекать до полного испарения конденсата с зеркала. После этого потенциал точкм а стабилизируется, включается охладитель и процесс повторяется. При этом происходят непрерывные колебания температуры зеркала от температуры осаждения конденсата, которая несколько выще точки росы, до температуры его испарения, которая несколько выще точки росы. Эти колебания усредняются демфирующим устройством и регистрируюихий прибор 13 показывает истинное значение точки росы, Предлагаемое изобретение позволяет автоматизировать процесс измерения при сохранении высокой точности за счет обеспечения непрерывных колебаний температуры зеркала, при которых многократно выпадает конденсат только в жидкой фазе. Кроме того, схема гигирометра воспринимает только достаточно быстрое изменение потенциала в точке соединения резистора с детектором при выпадении и испарении конденсата, не реагируя на абсолютное значение потенциала этой.точки и его медленные изменения при изменении параметров фотодетектора. Это позволяет оОеспечить высокую стабильность показаний прибора и устранить необходимость первоначальной настройки его, а также исключить из схемы сложные устройства компенсации изменения параметров датчика гигрометра (равновесного моста с фоторезисторами) от

времени, изменения температуры, загрязнения зеркала, что также повышает стабильность работы гигрометра.

Формула изобретения

Конденсационный гигрометр, содержащий охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, детектор конденсата с усилителем, выход которого связан с охладителем, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с

целью повышения точности, в него дополнительно введены дифференцирующее устройство и выпрямитель, последовательно включенные между детектором конденсата и усилителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 265500, кл. G 01 N 21/50, 1970 (прототип).