RU2257599C2

RU2257599C2 - Method of autonomous measurement of humidity of air space

Info

Publication number: RU2257599C2
Application number: RU2003124953/28A
Authority: RU
Inventors: В.Я. Ерофеев (RU); В.Я. Ерофеев; М.В. Кабанов (RU); М.В. Кабанов
Original assignee: Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (ИМКЭС СО РАН)
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-07-27
Also published as: RU2003124953A

Abstract

FIELD: measurement engineering.

SUBSTANCE: device can be used for monitoring of humidity of environment in meteorology, climatology and ecology. Two sensitive members, both made of shape memory effect alloy, are placed in air space. Difference in deformation between first and second elements is converted at difference in humidity to movement of writing element along diagram tape fixed to drum of clockwork. Sensitive elements are functionally connected to each other according to differential circuit. Clockwork is supplemented with sensitive element made of shape memory effect alloy and second drum which is combined together with the first one by first diagram tape.

EFFECT: improved precision.

1 dwg

Description

Изобретение относится к измерению влажности воздуха и может быть использовано для мониторинга окружающей среды: в метеорологии, климатологии и экологии.The invention relates to measuring air humidity and can be used to monitor the environment: in meteorology, climatology and ecology.

В метеорологии известны способы измерения влажности воздушной среды, предусматривающие использование гигрочувствительных свойств различных материалов, например, органической пленки, обезжиренного человеческого волоса и т.п. Известен способ измерения влажности воздуха, при котором размещают в исследуемой среде датчик влажности, содержащий гигрочувствительный материал, регистрируют упругие деформации гигрочувствительного элемента при изменении влажности воздуха и передают их на приемную часть датчика, которая преобразует эти изменения в электрические сигналы, удобные для дальнейшей передачи (СССР, а.с. №1315920, G 01 W 1/14).In meteorology, methods are known for measuring the humidity of an air environment, using the hygro-sensitive properties of various materials, for example, an organic film, fat-free human hair, and the like. A known method of measuring air humidity, in which a humidity sensor containing a hygro-sensitive material is placed in the test medium, the elastic deformations of the hygro-sensitive element are recorded when the air humidity changes and they are transmitted to the receiving part of the sensor, which converts these changes into electrical signals convenient for further transmission (USSR , A.S. No. 1315920, G 01 W 1/14).

Основным недостатком способа является отсутствие автономности.The main disadvantage of this method is the lack of autonomy.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения влажности воздуха, который заключается в размещении в исследуемой среде чувствительного элемента, способного изменять свою длину при изменении влажности. Изменение длины чувствительного элемента преобразуют, с помощью передаточного механизма, в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма (см. работу гигрографов М-21 и М-32. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Л.: Гидрометеоиздат, 1971, с.65).The closest technical solution is a method of measuring air humidity, which consists in placing a sensing element in the medium under study that can change its length when humidity changes. Changing the length of the sensing element is transformed, using the transmission mechanism, into moving the writing element along a diagram tape fixed to the drum of the clockwork (see the work of M-21 and M-32 hygrographs. Handbook of hydrometeorological instruments and installations. L .: Gidrometeoizdat, 1971 p.65).

Основным недостатком способа является ограниченная автономность, связанная с необходимостью периодического пополнения энергетического потенциала, расходуемого на работу записывающего и других механизмов.The main disadvantage of this method is the limited autonomy associated with the need for periodic replenishment of the energy potential spent on the recording and other mechanisms.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание прибора, работающего в автономном непрерывном режиме с регистрацией показаний.The problem to which this invention is directed, is the creation of a device that operates in a stand-alone continuous mode with the registration of readings.

Техническим результатом, который может быть получен в результате использования предлагаемого изобретения, является получение графика функции влажности воздуха от времени в течение длительного периода в автономном автоматическом режиме, его регистрация и сохранение для последующего анализа метеорологических и климатоэкологических процессов данного региона.The technical result that can be obtained as a result of using the proposed invention is to obtain a graph of the function of air humidity over time for a long period in an autonomous automatic mode, register and save it for subsequent analysis of meteorological and climatic ecological processes in this region.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что, как и в известном способе измерения влажности, размещают чувствительный элемент в воздушной среде и преобразуют его деформации при изменении влажности в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, закрепленной на барабане часового механизма.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that, as in the known method for measuring humidity, a sensitive element is placed in the air and its deformations are converted when humidity changes to move the writing element along a diagram tape fixed to the drum of the clock mechanism.

В отличие от известного, в воздушной среде дополнительно размещают второй чувствительный элемент, идентичный первому, обеспечивают его постоянное смачивание, функционально связывают его с первым элементом по дифференциальной схеме, прикладывают к каждому из элементов постоянную нагрузку, фиксируют разность деформаций между ними и преобразуют ее в перемещение пишущего элемента. Кроме того, часовой механизм дополнительно снабжен термочувствительным элементом для периодического взвода пружины механизма и вторым барабаном, который объединяют с первым диаграммной лентой, при этом все чувствительные элементы выполнены из сплава с эффектом памяти формы.Unlike the known one, a second sensitive element identical to the first is additionally placed in the air, it is constantly wetted, it is functionally connected to the first element in a differential circuit, a constant load is applied to each of the elements, the difference in the deformations between them is fixed and it is converted into movement writing element. In addition, the clock mechanism is additionally equipped with a temperature-sensitive element for periodically charging the mechanism spring and a second drum, which is combined with the first chart ribbon, while all the sensitive elements are made of an alloy with a shape memory effect.

Достижение технического результата основано на свойствах сплава с эффектом памяти формы, из которого изготовлены чувствительные элементы и движитель привода, взводящий пружину часового механизма, а также на эффекте перепада температур между смоченным и сухим металлическим телом на воздухе. Как при изменении влажности, так и при суточном колебании температуры окружающей среды, в чувствительных элементах происходит обратимое полиморфное превращение. При этом кристаллы новой фазы, под действием постоянной нагрузки (пружины), в ходе знакопеременных изменений температуры и влажности, растут и сокращаются ориентированно, что приводит к макроскопической обратимой деформации чувствительных элементов. В результате чего возникает возможность фиксации этой деформации, перевода ее в перемещение пишущего элемента по диаграммной ленте, использование ее энергии на взведение часовой пружины и, в итоге, - получения графика зависимости влажности от времени.The achievement of the technical result is based on the properties of the alloy with the shape memory effect, from which the sensitive elements and the drive mover cocking the clockwork spring are made, as well as on the effect of the temperature difference between the wetted and dry metal body in air. Both with a change in humidity and with a daily fluctuation of the ambient temperature, a reversible polymorphic transformation occurs in the sensitive elements. In this case, crystals of a new phase, under the action of a constant load (spring), during alternating changes in temperature and humidity, grow and contract in an oriented manner, which leads to macroscopic reversible deformation of sensitive elements. As a result, it becomes possible to fix this deformation, translate it into moving the writing element along the diagram tape, use its energy to cock the clock spring and, as a result, obtain a graph of the dependence of humidity on time.

На чертеже изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит чувствительные элементы 1 и встречные к ним пружины 2, попарно присоединенные к концам рычага 3, свободно вращающегося относительно оси 4, на которой закреплен пишущий элемент 5, находящийся в контакте с диаграммной лентой 6, сматываемой с барабана 7 и наматываемой на барабан 8. Барабан 8 снабжен часовым механизмом 9, который соединен с взводящим часовую пружину механизмом, состоящим из чувствительного элемента 10 и пружины 11. Один из чувствительных элементов 1 находится в контакте с влажным гигроскопичным материалом 12, к которому из резервуара по капилляру поступает жидкость так, чтобы чувствительный элемент находился в смоченном состоянии.The drawing shows a device for implementing the proposed method. The device contains sensitive elements 1 and the springs 2 opposed to them, coupled to the ends of the lever 3, freely rotating relative to the axis 4, on which the writing element 5 is mounted, which is in contact with the chart tape 6, wound from the drum 7 and wound on the drum 8. The drum 8 is equipped with a clock mechanism 9, which is connected to a cocking clock spring mechanism, consisting of a sensing element 10 and a spring 11. One of the sensing elements 1 is in contact with moist absorbent material 12, to the cat Liquid is supplied through a capillary from the reservoir so that the sensing element is wetted.

Устройство работает следующим образом. Поскольку два одинаковых чувствительных элемента 1, один смоченный, другой сухой, включены посредством рычага 3 навстречу друг другу по отношению к направлению вращения оси 4, то эта ось в отсутствии изменения влажности окружающего воздуха будет оставаться неподвижной, а при колебании значения влажности (и, соответственно, при изменении разности температур между смоченным и сухим чувствительным элементом) будет вращаться, поворачиваясь на угол, пропорциональный амплитуде колебания влажности воздуха относительно условного нулевого уровня, нанося посредством соединенного с ней пишущего элемента 5, соответственно, прямую и квазипериодическую линию на ленте 6. При этом чувствительный элемент 10, в ходе суточного колебания температуры и под действием геликоидальной пружины 11, будет совершать знакопеременные вращательные движения, взводя, тем самым, пружину часового механизма 9, который приводит в движение барабан 8, перемещая ленту 6 с барабана 7. При необходимости, устройство может быть снабжено термокомпенсатором (не показан), производящим смещение регистрирующей части прибора в соответствии с поправкой на зависимость относительной влажности среды от температуры.The device operates as follows. Since two identical sensing elements 1, one wetted and the other dry, are turned on by means of the lever 3 towards each other with respect to the direction of rotation of the axis 4, this axis will remain motionless in the absence of changes in humidity of the ambient air, and when the humidity value fluctuates (and, accordingly , when the temperature difference between the wetted and dry sensing element) changes, it will rotate, turning by an angle proportional to the amplitude of the fluctuation in air humidity relative to the conditional zero level nya, applying through the connected writing element 5, respectively, a straight and quasiperiodic line on the tape 6. In this case, the sensing element 10, during the diurnal temperature fluctuation and under the action of the helicoidal spring 11, will perform alternating rotational movements, cocking, thereby the spring of the clock mechanism 9, which drives the drum 8, moving the tape 6 from the drum 7. If necessary, the device can be equipped with a temperature compensator (not shown) that biases the recording part by ora in accordance with the correction for the dependence of the relative humidity of the medium on temperature.

В результате работы устройства в целом на ленте будет зафиксирована диаграмма изменения уровня влажности окружающей среды в течение всего наблюдаемого периода.As a result of the operation of the device as a whole, a diagram of the change in the level of environmental humidity over the entire observed period will be recorded on the tape.

Чувствительные элементы могут быть изготовлены из сплава на основе никелида титана, имеющего интервал фазовых превращений в диапазоне -50°С до +70°С при величине гистерезиса 1,5°С. Этим требованиям соответствует сплав, легированный палладием, цирконием и медью, способный совершать циклы свыше 10⁷ раз.Sensitive elements can be made of an alloy based on titanium nickelide having a phase transition interval in the range of -50 ° C to + 70 ° C with a hysteresis of 1.5 ° C. These requirements are met by an alloy alloyed with palladium, zirconium and copper, capable of cycles over 10 ⁷ times.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что при его реализации появляется возможность вести в автономном автоматическом режиме длительные наблюдения за изменениями уровня влажности в трудно доступных районах.The advantage of the proposed method is that when it is implemented, it becomes possible to conduct autonomous automatic mode for long-term monitoring of changes in humidity in difficult to reach areas.

Предлагаемый способ обеспечивает непрерывное измерение влажности окружающей среды, следовательно, он соответствует условию “промышленная применимость”.The proposed method provides continuous measurement of environmental humidity, therefore, it meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A method for autonomously measuring the humidity of the air, which consists in placing the sensing element in the air, converting the deformations of the sensing element when humidity changes to moving the writing element on a chart tape mounted on the drum of a clockwork, characterized in that the second sensitive element is additionally placed in the air, identical to the first, provide its constant wetting, functionally connect it with the first element according to the differential circuit, when a constant load is applied to each of the elements, the difference in the strains between them is fixed, after converting this difference to the movement of the writing element, a graph of moisture versus time is obtained on the diagramme, and the clock mechanism is equipped with a temperature-sensitive element for periodic spring charging of the mechanism and a second drum, which is combined with the first chart strip, while all the sensitive elements are made of alloy with a shape memory effect.