SU748199A1 - Устройство дл измерени влажности газовых сред - Google Patents

Description

Изобретение относится к влагометрии и может быть использовано для измерения и регулирования влажности различных газовых сред с повышенной точностью. 5

Широко известны сорбционные гигрометры деформационного типа, использующие свойство некоторых гигроскопических твердых тел изменять свои линейные размеры в функции влажности Ю окружающего воздуха [1] и [2] .

Прибор для определения влажности содержит чувствительный элемент в виде пучка волос, изменяющих свою длину от влажности окружающего воздуха, 15 и соединенных посредством рычажной передачи с указывающей на циферблате влажность поворотной стрелкой.

Прибор отличается простотой конструкции. Однако, трудности, связанные 20 со сравнительно большой погрешностью измерения удлинения волос и низкой чувствительностью в области малых значений влажности не обеспечили их широкого распространения. *5

Известно также устройство, в котором в качестве чувствительного гигроскопичного элемента используется нить, которая с помощью вибратора приводится в колебательное движение, а влаж- 30 ность определяется по величине амплитуды колебаний нити с помощью измерительного устройства — виброизмерителя [3] .

Однако чувствительность такого устройства низкая, так как амплитуда колебаний при малом влагосодержании среды будет малой и соизмеримой с паразитными колебаниями от производственных вибраций и помех. Кроме того, нестабильность характеристик преобразовательных звеньев сильно влияет на точность измерения вследствие того, что измерительная схема разомкнута.

Из известных устройств для измерения влажности газовых сред наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство, содержащее гигроскопичный элемент — датчик удлинения чувствительного элемента, преобразователь изменения в электрическое напряжение, регулируемый усилитель и регистрирующий прибор [4J.

Цель изобретения — значительное повышение чувствительности устройства, а также повглаение точности измерения при воздействии дестабилизирующих факторов на характеристики преобразовательных звеньев.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения влажности газовых сред дополнительно снабжено резисторами, зашунтироваиными ключами, симметричным мультивибратором, фазочувствительным выпрямителем, усилителем переменного напряжения, электромагнитом, подвижный сердечник которого соединен с чувствительным элементом, а обмотка возбуждения подключена к выходу усилителя, причем последова- . тельно с обмоткой электромагнита и регистрирующим прибором включены резисторы, зашунтирова'нные ключами, обмотки управления которых подключены к противоположным плечам мультивибратора, а вход регистрирующего прибора 15 через усилитель и фазочувствительный выпрямителе, управляемый мультивибратором, соединен с управляющим входом регулируемого усилителя.

На чертеже представлена функцио- 20 нальная схема устройства. Устройство содержит чувствительный гигроскопичный элемент 1 с крутизной преобразования S, , датчик 2 удлинения чувствительного элемента с коэффициентом 25 'преобразования К^, преобразователь 3 удлинения в электрическое напряжение с коэффициентом преобразования . регулируемый усилитель 4 с коэффициентом усиления , электромагнит 5 с коэффициентом преобразования ^1,0 и сопротивлением обмотки , мультивибратор 6, усилитель частоты коммутации 7, фазочувствительный выпрямитель 8, регистрирующий прибор 9 (на- _ пример, вольтметр с внутренним сопро- ^5 тивлением Rq).

Чувствительный гигроскопичный элемент 1 реагирует на изменение влажности среды, в которую помещен. В качестве чувствительного элемента может 40 использоваться нить, обладающая гигроскопическими свойствами, закрепленная в двух зажимах, один из которых жестко закреплен, а другой посредством негигроскопичной нити через датчик 2 удлинения, например, блочок, связан с подвижным элементом 5 электромагнита. Изменение влжаности среды приводит к изменению длины гигроскопичной нити, на которое реагирует датчик 2 удлинения, с выхода которого сигнал, например угол поворота блочка, поступает на вход преобразователя 3 удлинения в Электрическое напряжение. Преобразованный сигнал поступает на вход последовательно соединеИного с преобразователем 3 регулируемого усилителя 4, с выхода которого усиленный сигнал через добавочный резистор R₁, шунтируемый ключом 1Ц поступает на регистрирующий прибор,например, вольтметр. Выходное напряжение усилителя 4 поступает также в цепь положительной обратной связи (п.о.с.), состоящей из добавочного резистора, зашунтированного ключом

К£, обмотки электромагнита с сопротивлением Rog- и обратного преобразователя напряжения в линейное перемещение 5, выполненного в виде натяжного электромагнита. Действие п.о.с. проявляется в том, что под влиянием подвижного элемента электромагнита гигроскопичная нить получает дополнительное удлинение, пропорциональное измеряемой влажности. В результате этого датчик удлинения получает информацию о большем изменении длины чувствительного элемента, чем то, которое вызвано действием влажности непосредственно на гигроскопичную нить. Вследствие этого повышается чувствительность всего устройства.

Напряжение, измеряемое регистрирующим прибором, определяется выраже нием

Кд) ' β 74 й--АХ ^К41 (1) где К₄₁ = = S₁· ^K ₂₁ ^32 ^Κ4ί~ ^коэФФ^иЦ^йент преобразования удлинения нити в электрическое напряже-¹ ние ,* %

β₇₄ = _R“ _{+ R} - коэффициент передачи ° ¹ входной цепи регистрирующего прибора', &t>4~ r~~Vr ' ^К65 коэффициент передачи об 2 цепи п.о.с.;

х — изменение длины чувствительного элемента.

В свою очередь для нити с гигроскопическими свойствами Д х = КДЧ⁵, где ΔΨ — изменение влагосодержания контролируемой среды,

К — коэффициент пропорциональности.

Резисторы R₁ и R^ поочередно шунтируются автоматическими ключами КЦ и К$>, обмотки которых подключены к мультивибратору 6. При этом напряжение на регистрирующий прибор 9 поступает соответственно то через резистор R,, то непосредственно с выхода регулируемого усилителя'4. Когда шунтируется резистор Rj>, увеличивается напряжение, приложенное к электромагниту. Соответственно возрастает коэффициент преобразования, но одновременно уменьшается напряжение, измеряемое прибором за счет значения резистора R₅ .

Им-Ав. Лд-к/т, <”

При размыкании ключа коэффициент преобразования понижается за счет уменьшения напряжения, приложенного к электромагниту, но при этом возрастает выходное напряжение за счет шунтирования резистора R, .

(Μ

Таким образом, изменения коэффициента преобразования замкнутой схемы автоматически компенсируются изменениями коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора. При непрерывной работе ключей напряжение изменяется от значения (5) (6)

U

I

К.4-1 JS74 ¹ '^· ^Δχ до значения

Из схемы периодического шунтирования добавочных резисторов-ключами и К₂ следует, что изменения глуби- '5 ны п.о.с. автоматически компенсируются изменениями коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора. Очевидно при заданном соотношении резисторов R₄ и R₂ сопротивления обмот- 20 ки электромагнита R^ и внутреннего, сопротивления регистрирующего прибора R_o, номинальном значении коэффициентов преобразования 2, 3 и коэффициента усиления 4 и постоянном коэф- 25 фициенте преобразования электромагнита 5, который может быть достаточно стабильным, возможен режим полной компенсации изменений в выходном напряжении, т.е. 30 и₇ = и₇ .

Приравнивая (5) и (6), получаем:

£>74 ~ Р'?4 у ₇ \

Результирующий коэффициент преоб разования, в соответствии с шениями (1 ), и (7)> равен β/4 * ^{71 =} ’ или с учетом значений (з) и соотно(8) (4) _к _ R1 ( Rq6 * Rg ) У q \

RjR_o+ r₁ )· K_og

При любом отклонении, в реэультате действия дестабилизирующих факторов, коэффициентов преобразования 2, 3 или 4 от номинального значения и постоянстве резисторов R, и. Rg, на входе регистрирующего прибора наряду 50 с постоянной составляющей появляется переменная составляющая напряжения частоты коммутации, которая после усиления в усилителе переменного напряжения 7 поступает на вход фазо- 55 чувствительного выпрямителя 8, с выхода которого сигнал воздействует на управляющий вход регулируемого усилителя 4, восстанавливая номинальное значение результирующего коэффициен— 60 та преобразования. Результаты измерения влажности фиксируются регистрирующим прибором 9.

Введение в схему новых элементов и автоматически работающих ключей выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения влажности газовых сред от известного. Положительная обратная связь способствует значительному повышению·чувствительности устройства, что позволяет использовать его для измерения малых влажностей. Возрастание при этом роли дестабилизирующих факторов на результат изме-. рения устраняется регулировкой коэффициента усиления регулируемого усилителя с помощью цепи: усилитель частоты коммутации — фазочувствительный выпрямитель — управляющий вход регулируемого усилителя, что повышает точность измерений и обеспечивает повышенную стабильность при воздействии возмущающих факторов.

Claims (4)

1. изобретение относитс  к влагометрии и может быть использовано дл  измерени  и регулировани  влажности различных газовьлх сред с повышенной точностью. Широко известны сорбционные гигрометры деформационного типа, использующие свойство некоторых гигроскопических твердых тел измен ть свои линейные размеры в функции влажности окружак дего воздуха 1 и И Прибор дл  определени  влажности содержит чувствительный элемент в виде пучка волос, измен ющих свою длину от влажности окружающего воздуха, и соединенных посредством рычажной передачи с указывающей на циферблате влажность поворотной стрелкой. Прибор отличаетс  .простотой конструкции . Однако, трудности, св занные со сравнительно большой погрешностью измерени  удлинени  волос и низкой чувствительностью в области малых значений влажности не обеспечили их широкого распространени . Известно также устройство, в котором в качестве чувствительного гигроскопичного элемента используетс  нить котора  с помощью вибратора приводитс  в колебательное движение, а влажность определ етс  по величине амплитуды кoJГIeбaний нити с помощью измерительного устройства - виброизмерител  3. Однако чувствительность такого устройства низка , так как гииплитуда колебаний при маипом влагосодержании среды будет малой и соизмеримой с паразитными колебани ми от производственных вибраций и noMQX. Кроме того, нестабильность характеристик преобразовательных звеньев сильно вли ет на точность измерени  вследствие того, что измерительна  схема разомкнута. Из известных устройств дл  измерени  влс1жности газовых сред наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению  вл етс  устройство , содержащее гигроскопичный элеьюнт - датчик удлинени  чувствительного элемента, преобразователь изменени  в электрическое напр жение, регулируемый усилитель и регистрирующий прибор 4. Цель изобретени  - значительное повышение чувствительности устройства , а также повшиение точности измерени  при воздействии дестабилизирующих факторов на характеристики преобразовательных звеньев. Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство дл  измерени  влажности газовых сред дополнительно снабжено резисторами, зашунтированными ключами , симметричным мультивибратором, фазочувствительным выпр мителем, усилителем переменного напр жени , элект ромагнитом, подвижный сердечник которого соединен с чувствительным элемен том, а обмотка возбуждени  подключена к выходу усилител , причем последовательно с обмоткой электромагнита и ре гистрирующим прибором включены резисторы , зашунтированные ключами, обмотки управлени  которых подключены к противоположным плечам мультивибратора , а вход регистрирующего прибора через усиЛ1 тель и фазочувствительный выпр мител, управл емый мультивибратором , соединен с управл ющим входом регулируемого усилител . На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Устройство содержит чувствительный гигроскопичный элемент 1 с крутизной преобразовани  S, , датчик 2 удлинени  чувствительного элемента с коэффициентом преобразовани  К, преобразователь 3 удлинени  в электрическое напр жение с коэффициентом преобразовани  . регулируемый усилитель 4 с коэффициентом усилени  К)з . электромагнит 5 с коэффициентом преобразовани  К и сопротивлением обмотки , мультивибратор 6, усилитель частоты коммутации 7, фазочувствительный выпр митель 8, регистрирующий прибор 9 (например , вольтметр с внутренним сопротивлением RO) . Чувствительный гигроскопичный элемент 1 реагирует на изменение влажности среды, в которую помещен. В качестве чувствительного элемента может использоватьс  нить, обладающа  гигро скопическими свойствами, закрепленна  в двух зажимах, один из которых жестко закреплен, а другой посредством негигроскопичной нити через датчик 2 удлинени , например, блочок, св зан с подвижным элементом 5 электромагнита . Изменение влжаности среды приводит к изменению длины гигроскопичной нити, на которое реагирует датчик 2 удлинени , с выхода которого сигнсШ, например угол поворота блочка , поступает на вход преобразовател  3 Удлинени  в Электрическое напр  к;ение . Преобразованный сигнал поступает на вход последовательно соединеиного с преобразователем 3 регулируемо1 о усилител  4, с выхода которо го усиленный сигнал через добавочный резистор R , шунтируемый ключом 1C, ,п ступает на регистрирующий прибор,например , вольтметр. Выходное напр жение усилител  4 поступает также в цепь положительной обратной св зи (п.о.с.), состо щей из добавочного резистора, зашунтированного ключом К, обмотки электромагнита с сопротивлением и обратного преобразовател  напр жени  в линейное перемеение 5, выполненного в виде нат жного электромагнита. Действие п.о.с. про вл етс  в том, что под вли нием подвижного элемента электромагнита гигроскопична  нить получает дополнительное удлинение, пропорциональное измер емой влажности. В результате этого датчик удлинени  получает информацию о большем изменении длины чувствительного элемента, чем то, которое вызвано действием влажности непосредственно на гигроскопичную нить. Вследствие этого повышаетс  чувствительность всего устройства. Напр жение, измер емое регистрирующим прибором, определ етс  выражением коэффициент преобразовани  удлинени  нити в электрическое напр жение , коэффициент передачи входной цепи регистрирующего прибора . - коэффициент передачи цепи п.o.с.; X - изменение длины чувствительного элемента. В свою очередь дл  нити с гигроскопическими свойствами Дх К/1Р, где ДФ- изменение влагосодержани  контролируемой среды, К - коэффициент пропорциональности . Резисторы (Ц и R2 поочередно шунтируютс  автоматическими ключами K-j и К, обмотки которых подключены к мультивибратору 6. При этом напр жение на регистрирующий прибор 9 поступает соответственно то через резистор R,, то непосредственно с выхода регулируемого усилител -4. Когда шунтируетс  резистор R, увеличиваетс  напр жение, приложенное к электромагниту . Соответственно возрастает коэффициент преобразовани , но одновременно уменьшаетс  напр жение, измер емое прибором за счет значени  резистора R . 74 Ro- Ri При размыкании ключа К2 коэффициент преобразовани  понижаетс  за счет уменьшени  напр жени , приложенного к электромагниту, но при этом возрастает выходное напр жение за счет шунтировани  резистора R . RoS „и 65 74 Таким образом, изменени  коэффициента преобразовани  замкнутой схем автоматически компенсируютс  изменени ми коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора. При не прерывной работе ключей напр жение измен етс  от значени  К41--&amp;74 S ДО значени  1 к,. Из схемы периодического шунтировани  добавочных резисторов.ключами К и К следует, что изменени  глуби ны п.о.с. автоматически компенсируют с  изменени ми коэффициента передачи входной цепи регистрирующего прибора Очевидно при заданном соотношении ре зисторов R и Rg сопротивлени  обмот ки электромагнита Rog и внутреннего, сопротивлени  регистрирующего прибора RQ, номинальном значении коэффициентов преобразовани  2, 3 и коэффи циента усилени  4 и посто нном коэффициенте преобразовани  электромагнита 5, который может быть достаточно стабильным, возможен режим полной компенсации изменений в выходном напр жении , т.е. UV и . Приравнива  (5) и (6), получаем: ., &amp;74 74 ,- м- м-йг- Результирующий коэффициент преобразовани , в соответствии с соотношени ми (1 ), и (7), равен 74 7Л б. - . или с учетом значений (З) и (4) К Ri (RoS Rg) 7-1 RTTRo RI ) Ko5 При любом отклонении, в результате действи  дестабилизирующих факторов , коэффициентов преобразовани  2, 3 или 4 от номинального значени  и посто нстве резисторов R и. R на входе регистрируквдего прибора нар ду с посто нной составл ющей по вл етс  переменна  составл юща  напр жени  частоты коммутации, котора  после усилени  в усилителе переменного напр жени  7 поступает на вход фазочувствительного выпр мител  8, с выхода которого сигнал воздействует на управл юций вход регулируемого усили тел  4, восстанавлива  номинальное значение результирующего коэффидиен- та преобразовани . Результаты измере ни  влажности фиксируютс  регистрирующим прибором 9. Введение в схему новых элементов и автоматически работающих ключей выгодно отличает предлагаемое устройство дл  измерени  влажности газовых сред от известного. Положительна  обратна  св зь способствует значительному повышению.чувствительности устройства , что позвол ет использовать его дл  измерени  малых влажностей. Возрастание при этом роли дестабилизирующих факторов на результат изме-. рени  устран етс  регулировкой коэффициента усилени  регулируемого усилител  с помощью цепи: усилитель частоты коммутации - фазочувствительныЯ выпр митель - управл ющий вход регулируемого усилител , что повышает точность измерений и обеспечивает повышенную стабильность при воздействии возмущающих факторов. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  влажности газовых сред, содержащее чувствительный гигроскопичный элемент, датчик удлинени  чувствительного элемента, преобразователь изменени  в электрическое напр жение, регулируемый усилитель и регистрирующий прибор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерений, оно снабжено резисторами , зашунтированными ключами, симметричным мультивибратором, фазочувствительным выпр мителем, усилителем переменного напр жени  и электромагнитом , подвижный сердечник которого соединен с чувствительным элемен- . том, а обмотка возбуждени  подключена к выходу регулируемого усилител , причем последовательно с обмоткой возбуждени  электромагнита и регистрирук дим прибором включены резисторы, зашунтированные ключг ми, обмотки управлени  которых подключены к противоположным плечам симметричного мультивибратора , а вход регистрирующего прибора через усилитель переменного напр жени  и фазочувствительный выпр митель , управл емый мультивибратором , соединен с управл ющим входом регулируемого усилител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 18192, кл. G 01 N 19/10,1929.
2. 2.Берлинер М.А. Измерение влажности , М. , 1973, с. 208.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 170183, кл. G 01 W 01/11, 19.28.
4. 4.Авторское свидетельство СССР 15645, кл. G 01 N 19/10, 1927.