Устройство для измерения температуры конденсации паров Советский патент 1982 года по МПК G01N21/81 

(5) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ изобретение относится к измерител ной технике и может найти применение в машиностроении для контроля влажности технологических атмосфер по температуре конденсации паров воды (точки росы) в безмуфельных нагревательных агрегатах, а также в химичес кой и газодобывающей промышленности для измерения температуры конденсации углеводородов. Известно устройство для измерения температуры конденсации паров, содер жащее охладитель с зеркалом и датчиком температуры, источник света, фоторезистор, усилители и вторичный прибор l. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для измерения температуры конденсации паров, содержащее полупроводниковый охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источник света, последо вательно соединенные фоторезистор и переменный резистор, общая точка которых соединена с входом предварительного усилителя, источник калиброванного напряжения, дифференциальный усилитель мощности, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, второй вход с источником калиброванного напряжения, а выход - с полупроводниковым холодильником, детектор порогового напряжения, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход - с первым входом схемы управления, один выход которой соединен с первым входом дифференциального усилителя мощности, а второй выход соединен с входом блока запоминания, выход которого соединен с вторичным прибором, вход которого соединен с датчиком температуры 2. Недостатком известного устройства является низкая точность вследствие того, что измерение температуры зеркала производится в переходном режиме, соответствующем моменту начала выпадения конденсата При этом показания устройства вследствие инерции выпадения конденсата смещаются в область низких температур тем больше, чем ниже концентрация вещества, образующего конденсат.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия 4 Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для измерения температуры конденсации паров, содержащее полупроводниковый охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источник света, последовательно соединенные фоторезистор и переменный резистор,; общая точка которых соединена с входом предварительного усилителя, источник калиброванного напряжения, дифференциальный усилитель мощности, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, второй вход - с источником калиброванного напряжения, а выход - с полупроводниковым охладителем, детектор порогового напряжения, вход кото рого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход - с первым входом схемы управления, один выход которой соединен с первым входом диф ференциального усилителя мощности, а второй выход соединен с входом бло ка запоминания, выход которого соеди нен с вторичным прибором, вход которого соединен с датчиком температуры введены дифференцирующее устройство и детектор рассогласования, через который вторичный прибор соединен со вторым входом схемы управления, третий вход кото|эой сое( с выходом предварительного усилителя через дифференцирующее устройство. На чертеже показана блок-схема устрЬиства. Устройство содержит полупроводниковый охладитель 1, на котором установлены зеркало 2 и датчик температу ры 3, находящийся в тепловом контакте с зеркалом 2, Над зеркалом 2 уста нрвлен источник света Ц и фоторезистор 5, соединенный последовательно с переменным резистором 6, выполненным, например, в виде дополнительного фоторезистора 7 i регулируемые источ НИКОМ света 8, Точка соединения рези торов 5 и 6 подсоединена ко входу предварительного усилителя 9, выход

которого подсоединен одновременно к входу детектора порогового напряжения 10 и к первому входу дифференциального усилителя мощности 11. Выход дифференциального усилителя мощности 11 подсоединен к полупроводниковому охладителю 1,. а второй вход - к источнику калиброванного напряжения 12. Датчик температуры 3 соединен с вторИчным прибором 13, связанным с блоком запоминания 1. В качестве блока запоминания может быть применен, например, элемент, размыкающий цепь балансирного двигателя вторичного прибора. Вход блока запоминания И подключен к выходу схемы управления 15, другой выход .которой подключен ко входу дифференциального усилителя |иощности 11, Устройство снабжено дифт ференцирующим устройством 16, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя 9, и детектором рассогласования 17, вход которого подключен к вторичному прибору 13. Выходы детектора рассогласования 17, дифференцирующего устройства 16 и детектора порогового напряжения 10 подключены соответственно на второй, третий и первый входы схемы управле.ния 15. Схема управления 15 может быть выполнена в виде электронных ключей: двухвходового 18 и одновходовых - переключающего 19 и размыкающего 20, Устройство работает следующим образом. После включения устройства в сеть питания на зеркале 2 конденсат отсутствует и в точке соединения фоторёзисторов 5 и 7 и на входе предварительного усилителя 9 потенциал равен нулю. В случае, если этот потенциал по каким-либо причинам окажется отличным от нуля, в устройстве предусмотрена корректировка его путем изменения силы света от источника света 8. При нулевом потенциаЬе на входе предварительного усилителя 9, на его выходе и, следовательно, на первом входе дифференциального усилителя мощности 11, на входах детектора 10 и дифференцирующего устройства 16 потенциал равен нулю. Под действием потенциала от источника калиброванного напряжения 12 дифференциальный усилитель мощности 11 включает полный ток охлаждения зеркала 2, за счет чего достигается большая скорость выхода устройства на р.ежим измерения. До тех пор, пока на зеркале 2 не выпадет конденсат, на выходе детектора порогового напряжения 10 и дифференцирующего устройства 16 устанавливается логический нуль. Детектор рассогласования 17 формирует на своем выходе логическую единицу в том случае, когда температура, измеренная датчиком температуры 3, отличается от показаний вторичного прибора 13, и логический нуль, когда их показания совпадают. Таким образом, в переходном режиме после включения устройства на выходе детектора рассогласования 17 в общем случае присутствует логическая единица. Эта логи |еская единица поступает на второй вход схемы управления 15 и, пройдя через ключ 18, переключает ключ 19. Однако в связи с отсутствием на других-входах схемы управления 15 сигнала на его выходах также сигналы отсутствует. Отсутствие сигнала на выходах схемы управления 15 обеспечивает режим охлаждения зеркала 2 и неизменность показаний вторичного прибора 13 (например, путем отключения питания балансирного двигателя). В момент, когда температура зеркала достигает температуры конденсации, на зеркало 2 выпаДает конденсат, что приводит к изменению светового потока на фоторезистор 5 и, следовательно, к изменению потенциала на выходе предваритель ного усилителя 9 и на входах диффе- . ренциального усилителя мощности 11, детектора порогового напряжения 10 и дифференцирующего устройства 16, Причем в начале осаждения переключение произойдет только в дифференцирующем устройстве 16, которое сформирует логическую единицу на выходе при наличии изменения сигнала на его входе. Такая функция обеспечивается диф.ференцированием входного сигнала и выпрямлением полученной производной. Таким образом, в начале осаждения конденсата на третьем входе схемы управления 15 также появляется логическая единица, однако состояние сигнала на выходах не изменяется, так как сигнал не проходит через разомкнутые замыкающие элементы ключа 18, при этом одновременно размыкаются контакты клю ча 20.

По мере осаждения конденсата сигна на выходе предварительного усилителя

9 возрастает до величины порога срабатывания детектора порогового напряжения 10.

Достижение напряжением на входе детектора порогового напряжения 10 величинь порога срабатывания вызывает появление на его выходе логической единицы, однако состояние сигналов на выходах схемы управления 15 не изменится, так как и.этот третий сигнал не пройдет на выход из-за того, что сигналом с третьего входа разомкнут ключ 20.

В момент, когда напряжение на выходе предварительного усилителя 9 достигнет определенной величины, система регулирования после нескольких колебаний стабилизирует, слой конденсата и, следовательно, напряжение на выходе предварительного усилителя 9. В тот же момент на выходе дифференцирующего устройства 16 логическая единица сменится на нуль, ключ 20 возвратится в исходное состояние и сигнал пройдет на ключ 19.

Дальнейший путь сигнала завцрит от того, совпадет ли произведенное датчиком температуры 3 измерение с показаниями вторичного прибора 13 или нет. В случае несовпадения результатов измерения с показаниями сигнал с выхода детектора рассогласования 17 пройдя через ключ 18, воздействует на ключ 19 и логическая единица, поступившая на вход ключа 19, направляется на второй выход управления 15f а затем на вход блока запоминания 14, который, например, замыкдет цепь балансирного двигателя вторичного прибора 13. Балансирный двигатель получает питание. Стрелка вторичного прибора 13 начинает перемещаться в направлении измеряемого значения температуры конденсации. В момент, когда показания вторичного прибора 13 совпадают с измеряемым значением температуры конденсации, на выходе детектора рассогласования 17 и на входе блока запоминания I сигналы станут равными нулю и цепь балан-сирного двигателя вторичного прибора 13 размыкается, чем обеспечивается запоминание результата измерения. Одновременно сигнал поступает на первый выход схемы управления 15, переключает ключ 18 и, поступая на первый вход дифференциального усилителя 11, полностью отключает ток. охлаждения. 79 включает ток обратного направления, обеспечивая интенсивныр 1 подогрев зеркала 2. Б том случае, когда измеренная температура совпадет с показаниями вторичного прибора 13, операция установления его показаний автоматически исключается. Ток нагрева включается сразу после стабилизации слоя конденсата. Нагрев зеркала и начало испарения конденсата вызывает появление логической единицы на выходах детектора рассогласования 1.7 и дифференцирующего устройства 16, Однако сигнал на выходах схемы управления 15 остается неизменным, так как логическая единица с выхода де- ; тектора рассогласования 17 не проходит на ключ 19 из-за того, что разм каюЩие контакты ключа 18 поддерживаются в разомкнутом состоянии сигналом с выхода размыкающих контактов ключа 19. Сигнал с выхода дифференци рующего устройства 16, воздействуя на ключ 20, отключает сигнал с детек тора порогового напряжения. При это источником сигнала, поступающего на первый выход схемы управления 15, становится дифференцирующее устройство 16. Сигнал на его выходе, на первом выходе схемы управления 15 (и, соответственно, нагрев зеркала) сохраняется до полного испарения конденсате. Изменение сигнала ни выходе детектора порогового напряжения 10 не передается на выход, так как сигналом с его третьего входа отключен ключ 20 .В момент, когда заканчивается испарение, сигналы на выходе дифференцирующего устройства ,16 и на выходах схемы управления 15 становятся равными нулю . Устройство приходит в исходное состояние. Появление нулевого сигнала на первом выходе схемы управления 15 приводит к включению максимального тока охлаждения зеркала. Цикл повторяется. Изобретение позволяет выделить момент стабилизации слоя конденсата на поверхности зеркала и измерять температуру конденсации в установившемся 6 режиме, что повышает точность измерения. Одновременно использование схемы позволяет без снижения точности измерения проводить охлаждение и нагрев зеркала с максимальной скоростью, т.е. повысить быстродействие устройства. Формула изобретения Устройство для измерения температуры конденсации паров, содержащее полупроводниковый охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источник света, последовательно соединенные фоторезистор и переменный резистор, общая точка которых соединена с входом предварительного усилителя, источник калиброванного напряжения, дифференциальныи усилитель мощности, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, второй вход с источником калиброванного напряжения, а выход - с полупроводниковым охладителем, детектор порогового напряжения, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, а выход - с первым входом схемы .управления, один выход которой соединен с первым входом дифференциального усилителя мощности, а второй выход соединен с входом блока запоминания, выход которого соединен с вторичным прибором, вход которого соединен с датчиком температуры, отличающееся, тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены дифференцирующее устройство и детектор рассогласования, через который вторичный прибор соединен со вторым входом схемы управления, третий вход которой соединен с выходом предварительного усилителя через дифференцирующее устройство. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К Патент США № 32691В5, кл. G 01 N 21/50, опублик. 1966. 2. Патент Франции К 2324002, кл, G 01 N 21/81, опублик. 1977 (прототип).