RU2189033C2 - Анализатор влажности воздуха - Google Patents
Анализатор влажности воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189033C2 RU2189033C2 RU99110964/28A RU99110964A RU2189033C2 RU 2189033 C2 RU2189033 C2 RU 2189033C2 RU 99110964/28 A RU99110964/28 A RU 99110964/28A RU 99110964 A RU99110964 A RU 99110964A RU 2189033 C2 RU2189033 C2 RU 2189033C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- humidity
- cell
- temperature
- analyzer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Использование: для измерения и регулирования влажности воздуха в широком интервале температур, включая температуры ниже 0oС. Анализатор включает в себя датчик влажности - металлическую проволочку, нагреваемую высокостабилизированным электрическим током, помещенную в полость измерительной ячейки, температура которой стабилизируется. Напряжение на датчике сравнивается с опорным напряжением, и разностный сигнал усиливается линейным дифференциальным усилителем, на выходе которого включен регистрирующий прибор, прокалиброванный в единицах абсолютной влажности воздуха. Технический результат: увеличение чувствительности, исключение ошибок, вносимых изменениями температуры окружающего воздуха, упрощение калибровки, расширение функциональных возможностей. 1 ил.
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для измерения и регулирования влажности воздуха и может быть использовано в различных областях - на предприятиях электронной, текстильной, пищевой промышленностей, в складских помещениях для хранения промышленных изделий и продуктов питания, музеях, архивах и др.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является анализатор влажности воздуха, рассмотренный в статье Р.Г. Шерри (Черри), опубликованной в кн. "Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях", т. 1, Л. : Гидрометиздат, 1967, с. 485-489. Действие анализатора основано на зависимости теплопроводности воздуха от влажности. Датчиком влажности является включенная в плечо измерительного моста и нагреваемая электрическим током проволока, температура которой изменяется с изменением влажности воздуха. О величине влажности судят по величине электрического сигнала в диагонали моста, вызванного изменением температуры, а следовательно, и сопротивления датчика.
Недостатки анализатора - низкая чувствительность и высокая температурная нестабильность, ограничения дистанционного измерения влажности воздуха, сложность калибровки анализатора.
Низкая чувствительность прототипа обусловлена тем, что датчик включен в плечо измерительного моста. Известно, что наибольшей чувствительностью обладает равноплечный мост. При малых изменениях сопротивления одного из плеч моста выделяемая в этом плече мощность не изменяется, т.к., например, с увеличением сопротивления датчика напряжение на нем увеличивается, а ток при этом уменьшается. Поэтому относительное изменение температуры датчика будет определяться только относительным изменением теплопроводности воздуха, величина которого исключительно мала. Например, при изменении влажности воздуха от 0 до 100% при температуре 20oС теплопроводность воздуха изменится всего на 0,2%, а при 0oС при изменении влажности на 100% теплопроводность воздуха изменится менее чем на 0,05%. Поэтому и относительные изменения температуры датчика будут такими же малыми.
Высокая температурная нестабильность прототипа обусловлена тем, что определяемые изменениями исследуемой влажности изменения температуры датчика достаточно малы и составляют менее 1oC, например для датчика, выполненного из проволоки с температурным коэффициентом 0,005 К-1 и нагретого до температуры 300oС. Колебания температуры воздуха, например на 10-30oС, без принятия специальных мер могут приводить к абсолютной ошибке в определении влажности, значительно превышающей исследуемую величину. По этой же причине затруднено и дистанционное измерение влажности, т.к. при значительном удалении датчика от измерительного моста возрастают ошибки, вносимые температурными изменениями сопротивления токоподводящих проводов к датчику.
Для калибровки прототипа применялись известные зависимости насыщенных паров воздуха над водными растворами различных солей или щелочей определенных концентраций. Такая калибровка не технологична в процессе длительной эксплуатации анализатора.
В заявляемом анализаторе увеличена чувствительность датчика, исключены ошибки, вносимые изменениями температуры окружающего воздуха, упрощена калибровка датчика. Кроме того, прибор может поддерживать задаваемый уровень влажности и сигнализировать об изменении влажности за пределы задаваемого интервала.
Вышеуказанная задача решается тем, что выполненный из нагреваемой электрическим током металлической проволоки датчик влажности помещен в полость термостатируемой измерительной ячейки и подключен к высокостабилизированному источнику тока, датчик и высокостабилизированный источник напряжения через делитель напряжения соединены с входами дифференциального усилителя, в цепь обратной связи которого включен регулируемый резистор, а к выходу усилителя подключен регистрирующий прибор, прокалиброванный в единицах влажности.
Кроме того, к высокостабилизированному источнику напряжения подключены второй и третий делители напряжения, которые соединены соответственно с первыми входами двух компараторов, вторые входы компараторов соединены с выходом усилителя, а на входах компараторов включены индикаторы, например светодиоды, причем регистрирующий прибор соединен с переключателем, отключающим его от усилителя и соединяющим со вторым или третьим делителем.
Кроме того, анализатор дополнительно содержит две калибровочные ячейки, соединяемые поочередно с измерительной ячейкой так, что их полости образуют с полостью измерительной ячейки единое замкнутое пространство, причем первая ячейка снабжена нагревателем и заполнена осушителем воздуха, например силикагелем, а вторая ячейка выполнена термостатируемой и заполнена водой.
На чертеже изображена схема анализатора. Датчик 1 влажности, выполненный из металлической проволочки и являющийся одновременно нагревателем, подключен к высокостабилизированному источнику 2 тока. Датчик 1 помещен в сообщающуюся с окружающим воздухом полость измерительной ячейки 3. Температура ячейки 3 поддерживается постоянной электронным терморегулятором (не показан). К высокостабилизированному источнику 4 напряжения подключен делитель 5 напряжения, например потенциометр. Разностное напряжение датчика 1 и делителя 5 подается на входы линейного дифференциального усилителя 6, в цепь обратной связи которого для регулирования коэффициента усиления включен регулируемый резистор 7. На выходе усилителя 6 включен регистрирующий прибор 8, например вольтметр, прокалиброванный в единицах абсолютной влажности воздуха, например в г/м3. К источнику 4 подключены второй 9 и третий 10 делители напряжения. Для переключения прибора 8 с выхода усилителя 6 на делители 9 или 10 прибор соединен с переключателем 11. Разностные напряжения между выходом усилителя 6 и делителями 9 и 10 подаются на входы компараторов 12 и 13. К выходам компараторов подключены индикаторы 14 и 15 уровней влажности, например светодиоды, а сами выходы компараторов соединены с внешними выходами 16 и 17 анализатора, предназначенными для подключения внешних осушителей и увлажнителей воздуха. Выход усилителя 6 соединен с внешним выходом 18, предназначенным для подключения внешнего регистрирующего устройства, например самописца. Анализатор содержит две калибровочные ячейки 19 и 20, соединяемые поочередно с измерительной ячейкой 3 так, что их полости образуют с полостью ячейки 3 единое замкнутое пространство. Первая калибровочная ячейка 19 содержит нагреватель (не показан), а ее полость заполнена осушителем воздуха, например силикагелем. Полость второй калибровочной ячейки 20 заполнена водой, температура которой поддерживается постоянной вторым терморегулятором (не показан).
Работает анализатор следующим образом. Датчик 1 нагревается током высокостабилизированного источника тока 2. По мере нагревания увеличивается тепловой поток от датчика к стенкам измерительной ячейки 3. При некоторой температуре датчика, которая зависит от теплопроводности воздуха, устанавливается тепловое равновесие. При увеличении влажности воздуха увеличивается его теплопроводность. При этом уменьшается температура, а следовательно, и сопротивление датчика. Так как датчик работает в режиме постоянного тока, уменьшается энергия, потребляемая датчиком, что приводит к еще большему понижению температуры датчика, уменьшению его сопротивления и электрического напряжения на датчике. (Этим объясняется значительное повышение чувствительности анализатора в режиме постоянного тока по сравнению с режимами постоянной мощности или постоянного напряжения). Устанавливается новое тепловое равновесие, характеризуемое определенным значением температуры датчика и величиной напряжения на датчике. Так как температура ячейки 3 поддерживается постоянной, колебания температуры окружающего воздуха не влияют на температуру и сопротивление датчика, а следовательно, и на показания анализатора. Разностное напряжение датчика 1 и делителя 5, пропорциональное измеряемой влажности, усиливается линейным усилителем 6 и измеряется регистрирующим прибором 8, например вольтметром.
Чтобы показания прибора 8 соответствовали измеряемой влажности, необходимо предварительно его прокалибровать, т.е. установить нуль прибора и его чувствительность. Для установки нуля первую калибровочную ячейку 19 с предварительно нагретым осушителем присоединяют к ячейке 3. Прибор 8 при положении переключателя 11 в позиции I подключается к выходу усилителя 6. По остывании осушитель поглощает остаточную влагу ячейки 3, и показания прибора 8 стабилизируются. Регулируя потенциометр 5, добиваются нулевого показания регистрирующего прибора.
Для установки чувствительности анализатора (калибровки прибора) к ячейке 3 присоединяют вторую калибровочную ячейку 20, постоянная температура которой известна и на несколько градусов ниже температуры ячейки 3, например 29,8oС. При этом в ячейке 3 установится влажность воздуха, соответствующая плотности насыщенных паров воды при температуре, равной температуре калибровочной ячейки 20. По психрометрическим таблицам определяют, что при 29,8oС плотность насыщенных паров воды равна 30 г/м3. Регулируя резистором 7 коэффициент обратной связи усилителя 6, добиваются соответствующего показания прибора 8, например 30 делений шкалы прибора, т.е. установленная чувствительность 1 деление/(г/м3). При отсоединенных калибровочных ячейках показания прибора 8 будут соответствовать абсолютной влажности окружающего воздуха.
Нижний порог влажности устанавливают делителем 9 по показаниям прибора 8 при положении переключателя 11 в позиции II. Пусть, например установлен нижний порог абсолютной влажности 12,1 г/м3 (что соответствует относительной влажности 70% при 20oС). Тогда при понижении влажности воздуха ниже заданного порога разностное напряжение между выходом усилителя 6 и потенциометром 9 изменит полярность, и на выходе компаратора 12, а также на выходе 16 анализатора появится сигнал запуска внешнего увлажнителя воздуха, например кипятильника. Сработает также индикатор 14, сигнализирующий о снижении влажности воздуха ниже эаданного нижнего порога 12,1 г/м3.
Аналогично нижнему порогу влажности устанавливается верхний порог. Для этого по показаниям прибора 8 при положении переключателя 11 в позиции III потенциометром 10 устанавливается требуемое значение, например 13,8 г/см3 (что соответствует относительной влажности 80% при 20oС). При превышении влажности воздуха заданного порога на выходе 17 анализатора появится сигнал запуска внешнего осушителя воздуха, например вентилятора, подающего осушенный воздух в замкнутое помещение, и сработает индикатор 15, сигнализирующий о превышении влажности воздуха заданного верхнего порога. При одновременно подключенных внешних увлажнителях и осушителях анализатор будет поддерживать влажность воздуха в заданных пределах, например, для рассмотренного случая в интервале от 12,1 г/м3 до 13,8 г/м3 абсолютной влажности (или от 70 до 80% относительной влажности воздуха при 20oC).
Особенностями анализатора являются: независимость показаний анализатора от атмосферных колебаний температуры и давления, широкий интервал температур, включая температуры ниже 0oС, простота калибровки анализатора, низкая потребляемая мощность и возможность питания от автономных источников, возможность подключения внешних записывающих устройств и дистанционного измерения влажности, возможность поддержания влажности в задаваемых пределах.
Claims (1)
- Анализатор влажности воздуха, содержащий выполненный из нагреваемой электрическим током металлической проволоки датчик влажности, отличающийся тем, что датчик помещен в полость термостатируемой измерительной ячейки и подключен к высокостабилизированному источнику тока, датчик и высокостабилизированный источник напряжения через делитель напряжения - соединены с входами дифференциального усилителя, в цепь обратной связи которого включен регулируемый резистор, а к выходу усилителя подключен регистрирующий прибор, прокалиброванный в единицах влажности; кроме того, к высокостабилизированному источнику напряжения подключены второй и третий делители напряжения, которые соединены соответственно с первыми входами двух компараторов, вторые входы компараторов соединены с выходом усилителя, а на выходах компараторов включены индикаторы, например светодиоды, причем регистрирующий прибор соединен с переключателем, отключающим его от усилителя и соединяющим со вторым или с третьим делителем; и кроме того, анализатор дополнительно содержит две калибровочные ячейки, соединяемые поочередно с измерительной термостатируемой ячейкой так, что их полости образуют с полостью измерительной ячейки единое замкнутое пространство, причем первая ячейка снабжена нагревателем и заполнена осушителем воздуха, например силикагелем, а вторая ячейка выполнена термостатируемой и заполнена водой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110964/28A RU2189033C2 (ru) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | Анализатор влажности воздуха |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99110964/28A RU2189033C2 (ru) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | Анализатор влажности воздуха |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99110964A RU99110964A (ru) | 2001-02-27 |
RU2189033C2 true RU2189033C2 (ru) | 2002-09-10 |
Family
ID=20220318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99110964/28A RU2189033C2 (ru) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | Анализатор влажности воздуха |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2189033C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013181436A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Medisens Wireless, Inc. | System and method for fluid sensing |
RU2660287C1 (ru) * | 2017-10-02 | 2018-07-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ контроля параметров состояния многокомпонентной газовой среды в герметичном контейнере |
US20210372978A1 (en) * | 2019-03-08 | 2021-12-02 | Ball Wave Inc. | System, method and program for calibrating moisture sensor |
-
1999
- 1999-05-24 RU RU99110964/28A patent/RU2189033C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013181436A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Medisens Wireless, Inc. | System and method for fluid sensing |
RU2660287C1 (ru) * | 2017-10-02 | 2018-07-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ контроля параметров состояния многокомпонентной газовой среды в герметичном контейнере |
US20210372978A1 (en) * | 2019-03-08 | 2021-12-02 | Ball Wave Inc. | System, method and program for calibrating moisture sensor |
US11982659B2 (en) * | 2019-03-08 | 2024-05-14 | Ball Wave Inc. | System, method and program for calibrating moisture sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5792938A (en) | Humidity sensor with differential thermal detection and method of sensing | |
US5922939A (en) | Humidity sensor | |
US5418131A (en) | Humidity compensated carbon dioxide gas measurement and control | |
US4911357A (en) | Humidity controller utilizing absolute humidity | |
US8216519B2 (en) | Electronic chemical trace detector | |
US9746438B2 (en) | Humidity sensor with temperature compensation | |
CA1316710C (en) | Combustible gas detector having temperature stabilization capability | |
US20030131653A1 (en) | Thermal conductivity measurement of carbon dioxide gas with relative humidity and temperature compensation | |
RU2189033C2 (ru) | Анализатор влажности воздуха | |
US3820398A (en) | System for providing a linear output from a non linear condition responsive device | |
Cutkosky et al. | Standard cell enclosure with 20-μK stability | |
Unni et al. | 30K temperature controller from 25 to 103° C: Study and analysis | |
JPH0210445Y2 (ru) | ||
Postolache et al. | Dew point and relative-humidity smart measuring system | |
US6220076B1 (en) | Differential gas analyzer | |
JPH0561653B2 (ru) | ||
GB2172999A (en) | A humidity measurement or control instrument | |
JPS62502987A (ja) | 相対大気湿度測定装置 | |
Milošević et al. | A Relative Humidity Calibration from 5 Degrees C to 45 Degrees C in a Mixed-Flow Humidity Generator | |
CN115856019A (zh) | 低功耗的热敏电阻测量电路及传感器 | |
JP2001281182A (ja) | 湿度検出装置 | |
Forstner | Electronic circuits for polarographic oxygen sensors | |
US4959804A (en) | Parameter measuring apparatus | |
US3894434A (en) | Relative humidity measurement | |
SU1173204A1 (ru) | Термочувствительна мостова схема |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040525 |