RU1772706C - Конденсационный гигрометр - Google Patents

Abstract

Использование: техника измерени  влажности. Сущность изобретени : конденсационный гигрометр содержит термоэлектрический охладитель, соединенный с управл емым источником питани , первый и второй датчики температуры, подключенные последовательно к фотоэлектрической схеме обнаружени  конденсата. Чувствительный элемент расположен на конденсационной поверхности и последовательно подключен к источнику питани  и блоку управлени  и измерени , Конденсационна  поверхность с чувствительным элементом выполнена в виде электрохимического индикатора . Кроме того, гигрометр снабжен измерительным преобразователем, элементом температурной коррекции, функциональным преобразователем и пороговым элементом.3 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  влажности, а именно к устройствам дл  измерени  относительной влажности и температуры воздуха, и может быть использовано дл  измерени  этих параметров при проведении технологических процессов в химической промышленности, метеорологии , медицине и т.д., примен тьс  в системах кондиционировани  воздуха, системах автоматического регулировани  влажности и температуры окружающей среды, в гидростатах и камерах влажности, термовлагоста- тах и т.п.

Известен конденсационный гигрометр, в котором датчик росы содержит два плоскопараллельных электрода, на которых установлены штыри, причем зазор между концами штырей и внутренней поверхностью меньше средней высоты выпадающих капелек росы.

Недостатком известного гигрометра  вл етс  низка  чувствительность вследствие

того, что фиксаци  точки росы производитс  только по измерению сопротивлени  датчика . Это приводит к уменьшению точности и надежности определени  точки росы, особенно при измерени х влажности в малых замкнутых объемах, а также в запыленных обьемах.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  конденсационный гигрометр, содержащий термоэлектрический охладитель, соединенный с управл емым источником питани , первый и второй датчики температуры, подключенные к блоку управлени  и измерени , источник и приемник излучени , подклю- ченныепоследовательнок

фотоэлектрической схеме обнаружени  конденсата , чувствительный элемент, расположенный на конденсационной поверхности и последовательно подключенный к источнику питани  и блоку управлени  и измерени .

Недостатки известного устройства следующие . Фотоэлектрическа  схема обнарусл

J о

жени  конденсата обладает низкой чувствительностью , т.к. сигнал (собственна  чувствительность ) системы определ етс  как площадью поверхности чувствительного элемента (зеркальца) так и минимально необходимыми размерами капелек конденсата . Измерение температуры точки росы производитс  при наличии сло  конденсата на поверхности, который непрерывно поддерживают на посто нном уровне. При этом Тр может отличатьс  от истинного значени  температуры конденсации. Надежность обнаружени  конденсата сильно зависит от степени загр зненности поверхности, температурных условий и от времени. Главным недостатком  вл етс  невозможность получени  заданной точности в замкнутых малых объемах (даже при неизменном давлении) из-за необходимости поддержани  определенного сло  конденсата при низких значени х влажности.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности фиксации точки росы путем конвергенции двух независимых между собой сигналов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в конденсационном гигрометре, содержащем конденсационное зеркало, размещенное на термоэлектрическом охладителе, датчик температуры и фотоэлектрическую схему обнаружени  конденсата, выход которой подключен к функциональному преобразователю, конденсационное зеркало выполнено в виде твердотельного электрохимического индикатора конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразовани  сигнала твердотельного электрохимического индикатора конденсата, вход которой подключен к индикатору, а выход- ко второму входу функционального преобразовател .

Дл  фиксации температуры точки росы при циклическом ее измерении путем снижени  температуры и определени  параметров физико-химических измерений, происход щих на конденсационной поверхности и в чувствительном элементе, используетс  комбинированна  схема обнаружени  конденсата: фотоэлектрическа  схема, в которой используетс  принцип изменени  светового потока при прохождении через оптические среды (изменение оптической плотности и цвета сло  конденсата чувствительного элемента) и электрохимическа  схема, основанна  на изменении } изико-химических свойств чувствительного элемента при наличии на нем влаги (изменение электропроводности, потенциала электродов и цвета поверхности чувствительного элемента).

Определение температуры точки росы с повышенной точностью производитс  путем конвергенции и умножени  двух взаимосв занных между собой эффектов

(оптического и электрохимического) как по времени, так и по реакции на наличие конденсата . Св зь сигналов комбинированной схемы обнаружени  конденсата между собой посредством функционального преоб0 разовател  и порогового устройства позвол ет получить результирующий сигнал , величина которого  вл етс  функцией их произведени , причем чувствительность комбинированной схемы обнаружени  кон5 денсата при этом значительно превышает как чувствительность отдельно вз тых схем, так и их суммарное значение, Отказ одной из схем обнаружени  конденсата не приводит к выводу из стро  комбинированной

0 схемы в целом. Например, если цвет конденсационной поверхности не изменилс  в то врем  как оптическа  плотность помен лась и;, -за наличи  конденсата, то информа- ционный сигнал на выход устройства

5 поступает по фотоэлектрической схеме. Фотоэлектрическа  и электрохимическа  схемы взаимодополн ют одна другую и обеспечивают услови  гор чего резервировани , что повышает показатели надеж0 ности системы в целом. Из вышеизложенного следует, что техническое решение соответствует критерию положительный эффект.

На фиг, 1 приведена функциональна 

5 схема гигрометра.

На фиг. 2 приведен график зависимости оптической плбтности (а) и напр жени  (б) на чувствительном элементе от изменени  его температуры в услови х выпадени  кон0 денсата дл  одного значени  температуры (Тр 14,5°С); (в) - зависимость оптической плотности от температуры при отключенном твердотельном электрохимическом индикаторе .

5 На фиг, 3 приведены характеристики зависимости напр жени  сигнала фотоэлектрической (а),электрохимической (б) и комбинированной (в) схем обнаружени  конденсата в окрестност х температуры

0 точки росы (Тв 22,3°С, Тр 14,5°С); (г) - результирующий сигнал, выход щий из порогового устройства.

Конденсационный гигрометр включает следующие элементы. Термоэлектрический

5 охладитель 1 соединен с управл емым кс точником питани  2. Первый и второй датчики температуры 3 подключены к блоку управлени  и измерени  4. Источник и приемник излучени  5 подключены к фотоэлектрической схеме 6 обнаружени 

конденсата, выход которого подключен к функциональному преобразователю 7. Чувствительный элемент 8 последовательно соединенсизмерительным преобразователем 9 и источником питани  10, выход которого подключен к блоку управлени  и измерени  4. Выход измерительного преобразовател  9 подключен к элементу температурной коррекции 11, вход которого соединен со вторым датчиком температуры 3, а выход подключен ко второму входу функционального преобразовател  7, выход которого через пороговый элемент 12 подключаетс  к блоку управлени  и измерени  4.

Конденсационный гигрометр работает следующим образом. При отсутствии росы на поверхности чувствительного элемента 8 выходной сигнал фотоэлектрической схемы обнаружени  конденсата б практически равен нулю. Сигнал, поступающий от измерительного преобразовател  9, включенного в цепь питани  твердотельного электрохимического индикатора 8. поступает через элемент температурной коррекции 11 на вход функционального преобразовател  7 (фиг. 1), т.е. по электрохимической схеме обнаружени  конденсата, также практически равен нулю.

Термоэлектрический охладитель (ТЭО) 1 включен в цепь управл емого источника питани  2, подключенного к блоку управлени  и измерени  4. В зависимости от направлени  тока, протекающего через ТЭО 1, чувствительный элемент 8 будет нагреватьс  или охлаждатьс , что приведет соответственно к испарению влаги или ее выпадению на чувствительном элементе 8 при достижении температуры точки росы. При выпадении влаги на чувствительном элементе 8 измен ютс  его физико-химические свойства: электропроводность, потенциал между электродами, цвет поверхности чувствительного элемента. Измен етс  также оптическа  плотность и цвет вследствие выпадени  сло  конденсата и прохождени  электрохимических реакций, что вызывает изменение светового потока, проход щего через оптические среды. При этом сигналы поступают как с фотоэлектрической схемы обнаружени  конденсата 6, так и с электрохимической схемы, включающей твердотельный электрохимический индикатор 8, измерительный преобразователь 9, элемент температурной коррекции 11 и источник питани  10. Эти сигналы поступают на функциональный преобразователь 7, где происходит их умножение. Пороговый элемент 12 реагирует на изменение этого выходного сигнала и выдает сигнал о наличии

конденсата на поверхности чувствительного элемента 8. Блок управлени  и измерени  4 по сигналу от измерительного преобразовател  9, первого и второго датчиков температуры 3 производит определение температуры точки росы Тр и относительной влажности р,

В предлагаемом гигрометре твердотельный электрохимический индикатор про вл ет одновременно оптические и электрические свойства, т.е. служит, с одной стороны, конденсационной поверхностью с измен ющейс  окраской дл  фотоэлектрической схемы обнаружени  конденсата и

чувствительным элементом в электрохимической схеме, с другой стороны.

Из фиг. 2 видно, что напр жение сигнала дл  кривой (а) выше, чем дл  кривой (в), а крутизна характеристик (а), (б) и (в) в окрестност х точки росы Тр существенно различна и определ етс  типом индикатора, способом его питани  и услови ми его конкретного применени .

При одних и тех же изменени х температуры Д Т в окрестност х точки росы Тр изменени  напр жени  сигнала Л U дл  кривых (а), (б), (в) различны (фиг. 3). Дл  кривой (в) приращение Ли/А Т значительно выше, чем дл  кривых (а) и (б) в отдельности

или дл  их суммы. Следовательно, дл  комбинированной схемы обнаружени  конденсата точность фиксации точки росы выше по сравнению с фотоэлектрической и электрохимической .

Изобретение осуществл етс  следующим образом.

Конструктивно конденсационный гигрометр выполнили в виде двух блоков. Первый блок - анализаторный - предназначен дл  размещени  электронных узлов: блока управлени  и измерени , управл емого источника питани , фотоэлектрической схемы обнаружени  конденсата, измерительного

преобразовател , источника питани , элемента температурной коррекции, функционального преобразовател  и порогового элемента. Второй блок - блок регистрации, предназначен дл  непосредственной стыковки с измер емым объектом или средой. Выполнили его в виде цилиндрического тела , с одной стороны которого имеетс  штуцер дл  подключени  к объекту, а с противоположной стороны - ребристый радиатор дл  охлаждени  термоэлектрического охладител . Внутри блока размещены ТЭО, первый и второй датчики температуры, чувствительный элемент, источник и приемник излучени .

Соедин ютс  блоки между собой при помощи разьемов.

Термоэлектрический охладитель представл ет собой трехкаскадную термобатарею с характеристическим током 3 А и напр жением 9 В. Развиваемый перепад температур ДТ 80°С. В качестве датчиков температуры примен ютс  термисторы остеклованные типа ТР-2-15 кОм. В качестве приемника и источника излучени  ис- пользовались фотодиод типа ФД-256 и светодиод типа АЛ 109 Б Дл  остальных узлов схемы примен ютс  серийно выпускаемые электронные элементы, такие как: микросхемы серии К142ЕН1; К140УД8; К544УД1А, транзисторы КТ809А, КТ825, диоды Д242.Д906; резисторы СП5-2 и др.

Испытани  предлагаемого устройства показали следующие результаты. В камере влаги с насыщенными сол ными раствора- ми типа Nad, LiCI и щелочными NaOH показывают , что определение относительной влажности, %, и точки росы Тр, °С, производитс  на 5-7% точнее по сравнению с конденсационным гигрометром по прототи- пу.

Кроме того, проведенные испытани  фиксации точки росы в объеме V 1 л и при

влагосодержани х ниже 50% показали, что предлагаемый конденсационный гигрометр в диапазоне относительной влажности ср 2-50% фиксирует точку росы в 90% случаев, тогда как конденсационный гигрометр по прототипу - не более чем в 20% случаев при проведении одного цикла измерени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Конденсационный гигрометр, содержащий конденсационное зеркало, размещенное на термоэлектрическом охладителе, датчик температуры и фотоэлектрическую схему обнаружени  конденсата, выход которой подключен к функциональному преобразователю , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности фиксации точки росы путем конвергенции двух независимых между собой сигналов, конденсационное зеркало выполнено в виде твердотельного электрохимического индикатора конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразовани  сигнала твердотельного электрохимического индикатора конденсата, вход которой подключен к индикатору, а выход - к второму входу функционального преобразовател .

   Фиг. 1

   UuB D:

   0.4 02

   Q2

   W L

   Ю ТР 2° ФМ2 3°W 1°С