Автоматический конденсационный гигрометр Советский патент 1981 года по МПК G01N21/47 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР

1

Изобретение относится к влагометрин и может йайти применение в машиностроении, например, для измерения влажности защитной технологической атмосферы при термической и химико-термической обработке деталей, а также в метеорологии, например, на метеостанциях.

Известен автоматический конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь с фотодетектором росы, блок управления, вход которого связан с выходом фотодетектора росы, датчик температуры с вторичным прибором и блок контроля н очистки зеркала (1J.

При работе данного гигрометра толщина слоя росы на поверхности зеркала первичного преобразователя уменьшается по море загрязнения зеркала. При уменьшении ее до величины, при которой начинает уменьшаться и отраженный от зеркала световой поток, гигрометр выходит из, класса точности, а затем полностью теряет работоспособность.

Наиболее близким техническим решеиием к предлагаемому изобретенню является автоматический конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь с размещенными в нем зеркалом, установленным на термоэлектрическом холодильнике, датчиком температуры зеркала и фотодетектором росы, блок управления, вход которого связан с выходом фотодетектора росы, а выход - с термоэлектрическим холодильником, вторичный прибор с запоминающим устройством и контактами, связанный с датчиком температуры, и блок контроля и очистки зеркала, включающий в себя щетки с приводом, подключенным к цепи питания через контакты конечного переключателя 2.

Недостатком данного устройства является низкая надежность, вследствие выхода из класса точности и полной потерн работоспособности в случае загрязнения зеркала сверх допустимого.

Цель изобретения - повышение надежности гигрометра, работающего с тонким слоем росы.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматический конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь с размещенными в нем зеркалом, установленным на термоэлектрическом холодильнике, датчиком температуры зеркала и фотодетектором росы, блок управления, вход которого связан с выходом фотодетектора росы, а выход - с термоэлектрическим холодильником, вторичный прибор с запоминающим устройством и контактами, связанный с датчиком температуры, и блок контроля и очистки зеркала, включающий в себя щетки с приводом, подключеиным к цепи питания через контакты конечного переключателя, дополнительно введено пороговое устройство с исполнительным реле, контакты которого включены параллельно контактам конечного переключателя, а вход порогового устройства связан с выходом фотодетектора росы.

Иа чертеже показана блок-схема устройства.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, блок 2 управления, вторичный прибор с запоминающим устройством 3 и блок 4 контроля загрязнения и очистки зеркала.

Первичный преобразователь 1 состоит из герметизированной камеры, внутри которой размещен источник 5 света, рабочее 6 и вспомогательное 7 зеркала и фотодетектор росы, выполненный, например, в виде последовательно соединенных рабочего 8 и балластного 9 фоторезисторов. Под рабочим зеркалом 6 размещены термоэлектрический холодильник 10 и датчик 1J температуры, соединенный с вторичным прибором 3 с запоминающим устройством.

Наличие вспомогательного зеркала 7 не является обязательным и его применение следует рассматривать как пример выполнения фотодетектора росы.

При наличии только одного (рабочего) зеркала вспомогательный фоторезистор 9 освещается непосредственно от источника 5 света.

Блок 2 управления представляет собой электронное устройство, содержащее резистор 12 и потенциометр 13, образующие совместно с фоторезисторами 8 и 9 фотоэлектрический мост. К диагонали моста подключен предусилитель 14, выход которого соединен с регулятором 15 тока, питающим термоэлектрический холодильник 11. В качестве регулятора тока может использоваться, например, транзисторный усилитель.

Блок 2 управления содержит также генератор 16 тока низкой частоты, сумматор 17, входы которого соединены с генератором 1 и регулятором 15 тока, а выход:- с холодильником II, избирательный усилитель 18, например полосовой, вход которого присоединен к выходу пре«усилителя 14, а выход - к выпрямителю 19. Выход выпрямгтеля 19 подключен к выходу интегратора, выполненного, например, в виде последовательно соединенных зарядно-разрядного резистора 20 и накопительного конденсатора 21. Выход интегратора включен через повторитель 22 напряжения в разрыв плеча фотомоста. Накопительный конденсатор 21 интегратора параллельно соединен с замыкающим контактом 23 кнопочного выключателя. Вывод онденсатора 21 (общий с выводом зарядно-разрядного резистора 20) соединен через диод 24 с выходом предусилителя 14. Устройство 4 контроля и очистки зеркала

содержит щетку 25, закрепленную на конце вала, пропущенного в камеру первичного преобразователя 1, привод 26 щетки, снабженный конечным переключателем, и пороговое устройство, выполненное, например, в виде соединенных последовательно триггера Шмитта 27 и исполнительного реле 28. В цепи привода 26 включен контакт 29 конечного переключателя, соединенный параллельно с контактом 30 порогового устройства.

Другой контакт 31 порогового устройства включен в цепь запоминающего устройства вторичного прибора 3 (например в цепь электродвигателя стрелки измерительного моста КСМ). Контакт 31 предназначен лищь для запоминания результатов измерения на время проведения очистки зеркала.

Вход порогового устройства подключен к точке соединения рабочего фоторезнстора 8 с балластным резистором, являющейся вы содом фото детектора.

В цепи управления током холодильника на выходе сумматора 17 и цепи прибора 26 (или цепи его управления, например, на входе исполнительного реле 28) включены размыкающие контакты 32 и 33 кнопочного выключателя. Они имеют вспомогательное

0 значение и совместно с контактом .23 используются лищь при настройке гигрометра в работу.

Устройство работает следующим образом. При настройке гигрометра (с предварительно промытыми зеркалами) щунтируют вход повторителя 22 напряжения контактом 23 кнопочного выключателя и размыкают цепь питания холодильника 10 и привода 26 соответственно контактами 32 и 33. При этом напряжение на выходе повторио теля 22 устанавливается равным нулю, однако повторитель пропускает ток плеча фотомоста.

Затем движком потенциометра 13 устанавливают на выходе фотомоста начальное напряжение разбаланса, равное (или несколько меньшее) по величине его изменению, имеющему место при предельно допустимом загрязнении рабочего зеркала. Это напряжение должно быть в несколько раз больще напряжения, необходимого для из„ менения выходного сигнала предусилителя 14 от нуля до насыщения.

После настройки размыкают контакт 23 и замыкают контакты 32 и 33 кнопочного выключателя. При этом (как и в дальнейшем всякий раз при включении гигрометра в

5 сеть) конденсатор 21 практически мгновенно заряжается выходным напряжением предусилителя 14 через диод 24 до начального напряжения, напряжение на выходе предусилителя 14 уменьшается до величины падения напряжения на диоде 24, а дифференциальное напряжение на его входе - приблизительно до нуля.

Однако за счет смещения регулятор 15 тока выдает максимальный ток, зеркало 6 интенсивно охлаждается, на нем выпадает и поддерживается блоком управления слой росы, начальная толщина которого определяется коэффициентом усиления предусилителя 14 и значением точки росы исследуемого газа. При этом с появлением росы напряжение на выходе предусилителя 14 изменяет знак и устанавливается до такой величины, при которой температура зеркала поддерживается равной температуре -точки росы.

В дальнейшем подзаряд накопительного конденсатора и поддержание на зеркале тонкого слоя росы, независящего от загрязнения зеркала, происходит следующим образом.

Переменный ток, вырабатываемый генератором 16 тока низкой (преимущественно 0,1 - 1 Гц) частоты, накладываясь в сумматоре 17 на постоянный ток регулятора 15, изменяет периодически температуру рабочего зеркала 6 на величину ДТ с частотой переменного тока. Величину .этого тока устанавливают такой, чтобы колебание температуры ЛТ зеркала было равно примерно, 0,1-0,2°С и не приводило к существенным колебаниям стрелки вторичного прибора. -Поэтому толщина слоя росы на зеркале также периодически изменяется с частотой тока, так как в одном из полупернодов колебаний его температура превыщает температуру точки росы и роса частично испаряется, а в другом полупериоде происходит ее осаждение.

Колебания толщины слоя росы вызывают периодические изменения отраженного от рабочего зеркала 6 светового потока, что вызывает переменную составляющую низкой частоты в выходном сигнале фотомоста и предусилителя 14. Эта составляющая сигнала усиливается избирательным усилителем 18 и преобразуется выпрямителем 19 в постоянное напряжение, которое через резистор 20 медленно подзаряжает конденсатор 21.

Однако, вследствие того, что зависимость выходного напряжения фотодетектора росы от температуры зеркала имеет крутой излом при малой толщине слоя росы, то при неизменной величине колебаний температуры ЛТ зеркала, напряжение на выходе выпрямителя 19 при малой толщине слоя росы резко уменьшается до величины, при которой приращение напряжения на накопительном конденсаторе 21 и выходе повторителя 22 прекращается, а толщина слоя росы устанавливается постоянной, мяло зависящей пт загрязнения зеркала.

Устройство 4. контроля и очистки .зеркала работает следующим образом.

По мере загрязнения зеркала 6 напряжение в точке соединения фоторезисторов 8 и 9 уменьшается, так как из-за малой толJ щины слоя росы на зеркале отраженный от зеркала световой поток пропорционально зависит от загрязнений при наличии рабочего слоя росы.

При уменьшении этого напряжения до величины, соответствующей загрязнению 0 зеркале, близкому к предельно допустимому, срабатывает пороговое устройство. При этом контакт 30 порогового устройства в цепи привода 26 замыкается, включая двигатель привода 26, который становится на самопитание через контакт 29 конечного переключателя, щетка 25 поворачивается и происходит очистка зеркала при наличии на ием того слоя росы, который был при измерении. При завершении полного оборота щетки контакт 29 конечного переключателя в цепи 0 привода размыкается. При этом, если зеркало очистилось достаточно хорошо, то напряжение в точке соединения фоторезисторов возрастает, пороговое устройство переходит в исходное состояние, т.е. «выключено, контакт 30 в цепи привода размыкается, щетка 25 останавли19ается и гигрометр продолжает измерение. Если же зеркало очистилось некачественно, то пороговое устройство остается в положении «включено и происходит повторная очистка. Q На время очистки контакт 31 исполнительного реле порогового устройства размыкается, переводя вторичный прибор 3 в режим «память (например, путем разрыва цепи питания двигателя стрелки автоматического измерительного моста). Этим обеспечивается запоминание результатов измерения на время очистки зеркала.

Данное изобретение позволяет непрерывно контролировать степень загрязнения зеркала, производить его очистку до момента критического загрязнения и повысить за счет

этого надежность гигрометра.

Формула изобретения

Автоматический конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь с размещенными в нем зеркалом, установленным на термоэлектрическом холодильнике, датчиком температуры зеркала

и фотодетектором росы, блок управлеиия, вход которого связан с выходом фотодетектора росы, а выход - с.термоэлектрическим холодильником, вторичный прибор с запоминающим устройством и контактами, связанный с датчиком температуры, и блок

контроля и очистки зеркала, включающий в себя щетки с приводом, подключеиным к цепи питания через контакты коиечиого переключателя, отличающийся тем, чхо, с целью повышения надежности гигрометра, работающего с тонким слоем росы, в него дополнительно введено пороговое устройство с исполнительным реле, контакты которого включены параллельно контактам конечного переключателя, а вход порогового устройства, связан с выходом фотодетертора росы. ffJO лО-tt -rиИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 428261, кл. G 01 N 25/68,1971. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2512313/18-25, кл. G 01 N 21/50, 1979 (прототип). 27