Фотоэлектрический гигрометр Советский патент 1982 года по МПК G01N21/01 G01N25/66 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотоэлектрическим конденсёщионньм гигрометрам, предназначенным для измерения влажности газа по их температуре точки росы, и может найти применение в машиностроении для измерения влажности технологических газов при химикотермической обработке стгшьных деталей.

Известен конденсационный фотоэлектрический гигрометр, содержащий холодильник с чувствительным элементомзеркалом, фотодетектор в виде осветителя и фоторезистора, усилитель и управляемый выпрямитель, соединенные в замкнутую схему регулирования слоя росы, устройство очистки зеркала в виде щетки с электроприводом и схему управления 1. .

Щётка устройства очистки зеркала выполнена в виде диска с вырезом, являющимся окном для зеркала.

Недостатком этого гигрометра является то, что очистка зеркала производится, когда с него.удален конденсат, т.е. по сухой поверхности. Очистка же без увлажнения приводит к преждевременному износу щетки и зеркал.а, а следовательно к снижению срока службы гигрометра. , i

Наиболее близким техническим решением изобретения является фотоэлектрический гигрометр, содержащий измерительную камеру с установленными в ней зеркалом с холодильником и датчиком температуры, блок очистки зеркала, состоящий из щетки с элект10роприводом, фотодетектор, выполненный в виде осветителя и фоторезистора, усилитель и выпрямитель, соединенные с фоторезистором и холодильником, вторичный.прибор, соединенный

15 с датчиком температур, и схему управления, соединенную с усилителем, вторичным прибором и электроприводом t2 .

Щетка в этом гигрометре выполне20на в виде диска с кольцевым вырезом, являющимся окном для зеркала и имеющим ширину,, равную порядка полутора диаметрам зеркала,и длину 2.... 3 диаметра зеркала. К стороне щетки, ;

25 обращенной к зеркалу, наклеен эластичный протирочный материал. Через определенные промезкутки времени с помощью cxGva управления производится блокировка вторичного прибора 30запоминание результатов предЕздущего

измерения, нагрев и испарение влаги с .зеркала, контроль его состояния и запоминания результата контроля. В случае, если зеркало загрязнено, блок памяти при последующем цикле выдает команду на его очистку. При этом очистка зеркала произойдет непосредственно после цикла измерения, т.е. когда оно еще увлажнено. Этим повышается качество очистки.

К недостаткам этого гигрог етра относится то, что при работе его удовлетворительно очищается лишь первая половина зеркала, на которую надвигается передняя кромка щетки. Вторая.. ж# половина зеркала, поскольку влага с него в значительной мере успевает испариться, из-за перекрытия щеткой светового потока и нагрева зеркала очищается хуже: на ней иногда остаются полосы и пятна. Кроме того, передняя кромка быстр загрязняется и число качественных очсток резко сокращается, что приводит к снижению точности и надежности гигрометра.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем что в гигрометре, содержащем измерительную камеру с установленными в ней зеркалом с холодильником и датчи ком температуры, блок очистки зеркала, состоящий из щетки с электроприводом, фотодетектор, выполненный в виде осветителя и фоторезистора, усилитель и выпрямитель, соединенные с фоторезистором и холодильником, . вторичный прибор, соединенный с датчиком температуры, и схему управления, соединенную с усилителем, вторичным пр ибором и электроприводом, щетка для очистки зеркала выполнена в виде зубчатого диска с длиной зуба и выреза, определяемых из соотношения . w.r.T-вп (де 15Jd где 1з -длина зуба; -длина выреза; -соответственно углова частота вращения щетки h ее радиус по окружно ти, проходящий через центр зеркала; -постоянная времени холодильника; . де,бг,-соответственно перепад температуры холодильни ка и температура, на . величину которой подогревается зеркало при прохода над ним зуба щетки; -коэффициент, учитывающий, какая часть зерка ла перекрыта зубом щет

ки в момент реверса холодильника с охлаждения на нагрев и обратно; d - диаметр зеркала. На фиг.1 показана схема предложенного гигрометра; на фиг.2 - щетка устройства очистки зеркала.

.Фотоэлектрический гигрометр содержрт измерительную камеру 1, в которой установлены холодильник 2 с зеркалом 3 и датчиком/температуры 4, фотодетектор 5 в виде осветителя и фоторезистора, устройство очистки зеркала, состоящее из щетки б с электроприводом 7, механически соединенным с конечным переключателем (на схеме не показан). Гигрометр содер- жит также усилитель 8 и выпрямитель 9, соединенные с фотодетектором 5 иi холодильником 2 в схему замкнутого авторегулирования слоя росы, вторичный прибор 10, подключенный к датчику температуры 4, и схему 11 управления, функционально связанную с усилителем 8, вторичным прибором 10 я электроприводом 7.

Щетка 6 выполнена в виде зубчатого диска, вырезы которой имеют форму полуколец, а к зубьям со стороны зеркала прикреплен эластичный протирочный материал, например поролон. Длина зуба и выреза щетки по окружности, проходящей через центр зеркала, определяются следующим образом

При вращении щетки, по мере того,как зуб накрывает или открывает зеркало, происходит реверс холодильника, т.е. нагрев или охлаждение зеркала. Длина пути, которую пройдет при этом зуб щетки, равна: при нагреве

Kd;

I

(1)

1з

при охлаждении

(2) 1о IB- Kd, -Х.и Ig - длина зуба и выреза соответственно; d - диаметр зеркала; К - коэффициент, учитываюL щий, какая часть зеркала накрыта зубом щетки в момент реверса холодильника с охлаждения на нагрев и обратно. з опыта установлен К 0,1...0,3 висит от величины начального баланса фотодетектор.а. одставляя значение в (1) и (2 wrt (3) и решая совместно (1) 3), (2) и (3), получим длину зуба 1. wrt., - Kd 3 П ину выреза IB wrtp + Kd, где w , г - угловая частота вращения щетки и ее ргщи ус по окружности, про ходящей через центр зеркала, соответствен но; Н о время нагрева и охлаж дения зеркала соответ ственно. Поскольку тем11ература, до которо подогревается и затем охлаждается зеркало.в процессе вращения щетки, незначительна (порядка 2-4°С) по сравнению с устано:вившейся, то пренебрегая ошибкой расчет времени нагрева и бзслажде ни я зеркала можно производить по формуле в-®н . соответственно начгшь -- , наяг установившаяся и текущая температур.а зеркала; Т , t - постоянная времени хо лодильника и текущее время нагрева и охлаж дения зеркала соответ . , ственно. Поскольку очистка должна происходить по влажному зеркгшу при са мых неблагоприятных условиях (измерение влажности на нижнем пределе шкалы гигрометра при наибольшей допустимой температуре окружающей сре ды) , то размеры щетки должны быть такими, чтобы после очередной очистки зеркала оно в течение времени прохода окна около него успело снов охладиться до температуры точки роса нижнего предела шкалы гигрометра. В связи с изложенным начальная температура зеркала равна при нагре ве , / , ®«(И)-®нп ) где внп - температура соответствующа нижнему пределу шкалы гигрометра ; при охлаждении ®Ht.of®Hn ® где в - температура, на величину которой подогревается зеркало при проходе над ним зуба щетки (2-4°С). Учитывая, что установившаяся тем пература при охлаждении зеркгша является расчетной величиной и принит мается при проектировании холодиль ника равной порядка на 15°С ниже нижнего предела измерения, то ®а1о)- нп-5Установившаяся температура зерка ла при нагреве в этом случае равна в,,„,л9 в„„М5, (10) где лб - перепад температуры, на который рассчитан холодильник. Учитывая, что зеркало приобретает температуру, равную при нагреве ®(п)7, i при охлаждении ®( И решая совместно уравнения (4) ,(6), (I), (10), (11) и (5), (6), (8), (9) (12) найдем соотношение: 1з,в Ц-г-Т-бп d (Ae.15)d При практическом выполнении щетки длина ее выреза округляется до ближайшей большей. Работает гигрометр циклически следующим образом. При включении гигрометра в сеть Холодильник 2 получает питание и охлаждает зеркало 3. Как только на зеркале выпадет конденсат , фотодетектор росы посредством усилителя 8 и выпрямителя 9 выдает команду холодильнику 2 на уменьшение тока охлаждения. На зеркале 3 устанавливается равновесие между конденсирующейся и испарякяцейся влагой,, температура его стабилизируестя и становится равной точке росы газа. Температура зеркала измеряется с помощью дат.чика 4 и вторичного прибора 10. В некоторый момент времени от схекы управления поступает команда на контроль состояния зеркала. При этом вторичный прибор 10 блокируется и запоминает результат предыдущего измерения, а усилитель 8 переводит схему авторегулирования слоя росы на режим нагрева зеркала и испарения с него конденсата. После испарения конденсата с помощью усилителя В и cxercj 11 управления происходит контроль состояния зеркала. Если зерксшо чистое, то по команде от схемы 11 управления вторичный прибор 10 и схема авторегулирования возвращаются в исходное состояние и гигрометр работает в режиме измерения влажности газа. Если зеркало загрязнено, вторичный прибор 10 остается заблокированным, а схема регулирования возвращается в исходное состояние. Как только на зеркале выпадает конденсат, включается электродвигатель 7 и щетка 6 начнет вращаться. Произойдет очистка зеркала первым ее зубом при наличии на зеркале конденсата. Затем, как только зуб щетки сойдет с зеркала, снова происходит выпадение на нем конденсата и новая очистка по влажному зеркалу. 1 И так будет продолжаться до тех лор, пока щетка не сделает один обоJPOT, а процесс очистки повторится