SU819648A1

SU819648A1 - Condensation hygrometer

Info

Publication number: SU819648A1
Application number: SU792775492A
Authority: SU
Inventors: Валентин Эдуардович Романовский; Борис Владимирович Радзиевский; Михаил Иванович Онькин
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6205
Priority date: 1979-06-04
Filing date: 1979-06-04
Publication date: 1981-04-07

Description

(54) КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР(54) CONDENSATION HYGROMETER

1one

Изобретение относитс к области измерительной техники и может найти применение, например, в машиностроении при химикотермической обработке деталей, в метеорологии при определении влажности атмосферы .The invention relates to the field of measurement technology and can find application, for example, in mechanical engineering in the chemical-thermal treatment of parts, in meteorology, in determining the humidity of the atmosphere.

В конденсационных гигрометрах при измерении влажности газов с отрицательным значением температуры «точки росы на поверхности чувствительного элемента (зеркала ) образуетс лед, что приводит к снижению точности измерений.In condensation hygrometers, when measuring the humidity of gases with a negative temperature value of the "dew point", ice forms on the surface of the sensing element (mirror), which leads to a decrease in the measurement accuracy.

Образование льда на поверхности чувствительного элемента можно устранить путем предотвращени преобразовани конденсата из микрокапельного в крупнокапельный.The formation of ice on the surface of the sensing element can be eliminated by preventing the condensate from being converted from a micro-droplet to a droplet.

Это можно осуществить за счет уменьщени толщины сло конденсата и времени его пребывани на поверхности чувствительного элемента.This can be done by reducing the thickness of the condensate layer and the residence time on the surface of the sensing element.

Известен конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде герметизированной каЦеры с размещенными в ней зеркалом, охлаждаемым термоэлектрическим холодильником, лампой и фоторезисторами, регул тор тока холодильника и вторичный прибор 1.A condensation hygrometer is known, containing a primary transducer made in the form of a sealed chamber with a mirror placed in it, cooled by a thermoelectric cooler, a lamp and photoresistors, a current controller of the cooler and a secondary device 1.

При включении гигрометра в сеть, благодар начальному разбалансу фотомоста, на вход регул тора тока поступает напр жение такой пол рности, при которой термоэлектрический холодильник получает питание и охлаждает зерка о. При достижении температуры зеркала, равной температуре точки росы, на нем выпадает конденсат , вызыва в конечном итоге уменьшение тока холодильника до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие между испар ющейс и выпадающей влагой.When the hygrometer is turned on, due to the initial unbalance of the photobridge, the input of the current regulator receives a voltage of such polarity, at which the thermoelectric cooler receives power and cools the mirror. When the temperature of the mirror is equal to the dew point temperature, condensate falls on it, eventually causing a decrease in the current of the refrigerator until a dynamic equilibrium between evaporating and falling out moisture occurs.

Дл нормального функционировани гигрометра необходимо поддерживать достаточно толстый слой конденсата на зеркале .For the hygrometer to function normally, it is necessary to maintain a sufficiently thick layer of condensate on the mirror.

Недостатком известного гигрометра вл етс невозможность обеспечени измерений влажности с ниакой температурой точки росы газа вследствие того, что при таких измерени х необходимо уменьщить толщину сло конденсата на зеркале, например , путем уменьшени начального разбаланса фотомоста.A disadvantage of the known hygrometer is the impossibility of providing moisture measurements with a low gas dew point temperature due to the fact that during such measurements it is necessary to reduce the thickness of the condensate layer on the mirror, for example, by reducing the initial unbalance of the photobridge.

Однако вследствие нестабильности фоторезисторов уменьщение начального разбаланса фотомоста может привести к самопроизвольному снижению напр жени небаланса до нул или изменению его знака, что в свою очередь приведет к потере работоспособности гигрометра.However, due to the instability of photoresistors, reducing the initial unbalance of the photobridge can lead to a spontaneous decrease in the unbalance voltage to zero or a change in its sign, which in turn will lead to a loss of hygrometer performance.

Из известных технических решений наиболее близким вл етс конденсационный гигрометр, содержащий первичный преобразователь с вход щими в него фоторезисторами , лампой и зеркалом, охлаждаемым термоэлектрическим холодильником с датчиком температуры, предусилитель, регул тор тока, соединенные в замкнутую систему автоматического регулировани , вторичный прибор, соединенный с датчиком температуры , и источник питани 2.Of the known technical solutions, the closest is a condensation hygrometer containing a primary transducer with incoming photoresistors, a lamp and a mirror cooled by a thermoelectric cooler with a temperature sensor, a preamplifier, a current controller connected to a closed automatic control system, a secondary device connected to temperature sensor and power supply 2.

При работе прибора толщина сло росы на зеркале возрастает, на нем образуетс наледь, привод ща к резкому возрастанию погрешности измерений (т.е. происходит отказ в работе гигрометра). Все это накладывает ограничени на температурный режим окружающей среды, сужа область применени гигрометра.When the device is in operation, the thickness of the dust on the mirror increases, frost forms on it, leading to a sharp increase in measurement error (i.e., the hygrometer fails). All this imposes restrictions on the temperature of the environment, narrowing the scope of application of the hygrometer.

Целью изобретени вл етс повышение надежности гигрометра в диапазоне измерени низких температур точек росы.The aim of the invention is to improve the reliability of the hygrometer in the range of measuring low dew point temperatures.

Поставленна цель достигаетс тем, что в гигрометр, содержащий первичный преобразователь с вход щими в него фоторезисторами , лампой и зеркалом, термоэлектрический холодильник с датчиком температуры , предусилитель и регул тор тока, соединенные в замкнутую систему автоматического регулировани , вторичный прибор, св занный с датчиком температуры, и источник питани , введены опорный конденсатор, однопол рный дифференциатор, «идеальный диод и сумматор, причем выходы однопол рного дифференциатора и «идеального диода посредством сумматора подключены к одному из входов предусилител , входы их - к точке между фторорезисторами и другому входу предусилител , а выход «идеального диода дополнительно подключен через опорный конденсатор к источнику питани .The goal is achieved by the fact that in a hygrometer containing a primary transducer with incoming photoresistors, a lamp and a mirror, a thermoelectric cooler with a temperature sensor, a preamplifier and a current regulator connected to a closed automatic control system, the secondary device connected to the temperature sensor , and a power source, a reference capacitor, a unipolar differentiator, an "ideal diode and an adder, the outputs of a unipolar differentiator and an" ideal diode by means of Ator connected to one of the inputs of the preamplifier, the inputs of - ftororezistorami between the point and another input of the preamplifier, and the output of the "ideal diode is further connected via a reference capacitor to the power supply.

На фиг. 1 изображена принципиальна схема конденсационного гигрометра; на фиг. 2 диаграммы изменени напр жений:FIG. 1 is a schematic diagram of a condensing hygrometer; in fig. 2 voltage charts:

а)в точке между фоторезисторами - Ц, на конденсаторе U, на выходе дифференциа тора - UcJ,;a) at the point between the photoresistors — C, on the capacitor U, at the output of the differentiator — UcJ ,;

б)на входе предусилител Уф-b) at the entrance to the preamp UF-

ит т .IT T.

с - Up,c - Up,

в) на выходе предусилител - г) U(|), Uc, а также напр жение в точке между фоторезисторами при отсутствии на зеркале росы - Ucpn (в дальнейшем - начальное напр жение) при длительной работе гигрометра.c) at the output of the preamplifier - d) U (|), Uc, as well as the voltage at the point between the photoresistors in the absence of a dew on the mirror - Ucpn (hereinafter - the initial voltage) during prolonged operation of the hygrometer.

Гигрометр содержит первичный преобразователь 1, электронную схему автоматического регулировани росы на зеркале 2 и вторичный прибор 3.The hygrometer contains a primary transducer 1, an electronic circuit for automatically controlling dew on mirror 2, and a secondary device 3.

Первичный преобразователь 1 содержит зеркало 4, размещенное внутри герметизированной камеры и охлаждаемое термоэлектрическим холодильником 5, ламцу 6, рабочий 7 и балластный 8 фоторезисторы. Под зеркалом установлен датчик температуры 9, соединенный со вторичным прибором 3.The primary converter 1 contains a mirror 4 placed inside a sealed chamber and cooled by a thermoelectric cooler 5, a lamella 6, a worker 7 and a ballast 8 photoresistors. Under the mirror there is a temperature sensor 9 connected to the secondary device 3.

Электронна схема автоматического регулировани сло росы на зеркале содержит однопол рный дифференциатор 10, идеальный диод 11, опорный конденсатор 12, сумматор 13 и предусилитель 14, соединенный с регул тором тока 15.The electronic circuit for automatic regulation of the slose on the mirror contains a unipolar differentiator 10, an ideal diode 11, a reference capacitor 12, an adder 13 and a preamplifier 14 connected to the current regulator 15.

Дифференциатор 10 состоит, например, из усилител 16 с конденсатором 17 на входе и диодом 18 на выходе.The differentiator 10 consists, for example, of an amplifier 16 with a capacitor 17 at the input and a diode 18 at the output.

«Идеальный диод 11 выполнен, например , в виде усилител 19 с диодом 20 в цепи обратной св зи.The ideal diode 11 is, for example, in the form of an amplifier 19 with a diode 20 in the feedback circuit.

Выходы дифференциатора 10 и «идеального диода 11 посредством сумматора 13 подключены к одному из входов предусилител 14, а входы их - к точке между фоторезисторами 7 и 8 и другому входу предусилител 14.The outputs of the differentiator 10 and the "ideal diode 11 through the adder 13 is connected to one of the inputs of the preamplifier 14, and their inputs to the point between the photoresistors 7 and 8 and the other input of the preamplifier 14.

Выход диода 11, кроме того, подключен через опорный конденсатор 12 к источнику питани (на чертеже не показан).The output of the diode 11 is also connected via a reference capacitor 12 to a power source (not shown).

Гигрометр работает следующим образом.The hygrometer works as follows.

При включении гигрометра в сеть в точке между фоторезисторами 7 и 8 и на минусовой обкладке опорного конденсатора 12 пока не выпала роса устанавливаютс начальные значени напр жений ифцИ УС UcH, а на входе предусилител их разность иф,- , близка к нулю. Одновременно под действием выходного сигнала предусилител 14 регул тор тока включит питание холодильника 5 и зеркало 4 начнет охлаждатьс .When the hygrometer is turned on at the point between the photoresistors 7 and 8 and on the minus lining of the reference capacitor 12 until the dew drops, the initial values of the voltage UcH are determined, and at the input the preamplifier their difference, if, is close to zero. At the same time, under the action of the output signal of the preamplifier 14, the current regulator will turn on the power to the refrigerator 5 and the mirror 4 will begin to cool.

Через некоторый промежуток времени O...ti (фиг. 2, а) температура зеркала снизитс до температуры точки росы газа и на нем начнет выпадать роса (1|...1з), вызыва уменьшение напр жени Ц. При этом «идеальный диод 11 запираетс и напр жение DC на конденсаторе 12 хот и начнет уменьшатьс , но со значительно меньшей скоростью, чем напр жение Уф. В св зи с этим в момент времени tj разность Уф- Ut достигнет величины напр жени отключени UBX.O (фиг. 2, б) и предусилитель 14 посредством регул тора тока 15 отключит холодильник 5 (фиг. 2, в). Некоторое врем (t2...t3) роса, вследствие инерционности холодильника , еще будет выпадать на зеркале . Но после момента ts роса начнет интенсивно испар тьс , а напр жение Uip увеличиватьс . При этом срабатывает дифференциатор 10 и запрещает своим выходным напр жением Уф (фиг. 2а, б) посредством сумматора 13 включение холодильника 5 до полного удалени с зеркала росы (промежуток (t3...t9).After some time O ... ti (Fig. 2, a) the temperature of the mirror will drop to the dew point temperature of the gas and dew will start to fall on it (1 | ... 1h), causing a decrease in voltage C. In this case, the "ideal diode 11 is locked and the DC voltage on the capacitor 12, although it begins to decrease, but at a much lower speed than the UV voltage. In this connection, at time tj, the difference Uv-Ut will reach the value of the disconnect voltage UBX.O (Fig. 2, b) and the preamplifier 14 by means of the current regulator 15 will turn off the refrigerator 5 (Fig. 2, c). Some time (t2 ... t3) dew, due to the inertia of the refrigerator, will still fall on the mirror. But after ts, the dew will begin to evaporate intensively and the voltage Uip will increase. In this case, the differentiator 10 operates and prohibits its output voltage UV (Fig. 2a, b) by means of adder 13 to turn on the refrigerator 5 until it is completely removed from the dew mirror (interval (t3 ... t9)).

В момент времени 14 разность напр жений Уф- Uc станет равной значению Црн - UcH, «идеальный диод открываетс и напр жение на опорном конденсаторе Ut начнет уменьшатьс синхронно х; напр жением Уф в точке между фоторезисторами 7 и 8.At time 14, the voltage difference UV-Uc will become equal to the value of CRc - UcH, the ideal diode opens and the voltage on the reference capacitor Ut will begin to decrease synchronously; voltage UV at the point between the photoresistors 7 and 8.

В момент времени ts напр жени и Uc станут равными начальным значени м Ц,,н и UCH и на этом завершаетс первый цикл работы гигрометра.At time ts, the voltage and Uc will become equal to the initial values of C ,, n and UCH, and this is the end of the first cycle of the hygrometer.

В этот же момент снова включаетс холодильник и через небольшой промежуток времени tj-te повторитс следующий цикл аналогично описанному. При этом температура зеркала установитс близкой к температуре точки росы.At the same moment, the refrigerator is turned on again and after a short period of time tj-te, the next cycle will be repeated as described. In this case, the temperature of the mirror will be close to the dew point temperature.

При длительной работе гигрометра в результате нестабильности его элементов (лампы , фоторезисторов), а также вследствие загр знени зеркала уровень напр жени ифн может измен тьс в широких пределах (фиг. 2, г).During prolonged operation of the hygrometer as a result of the instability of its elements (lamps, photoresistors), and also due to contamination of the mirror, the level of the voltage ifn can vary over a wide range (Fig. 2, d).

Однако введение в гигрометр «идеального диода, осуш,ествл ющего быструю подзар дку опорного конденсатора, и дифференциатора , запрещающего включение холодильника до полного испарени росы с зеркала , разность напр жений в конце каждого цикла принимает одно и то же значение, равное начальному U -Ut, т.е. заданному. Вследствие этого средн олщина сло росы, наход ща с в пр мой зависимости от заданного значени этой разности также сохран етс практически неизменной и равной заданной. Причем возможности гигрометра таковы, что он безотказно с заданным очень тонким слоем росы может работать при отклонени х , достигающих ±90% от напр жени питани .However, the introduction of an ideal diode into the hygrometer, drying, enabling fast charging of the reference capacitor, and a differentiator prohibiting turning on the refrigerator until the dew is completely evaporated from the mirror, the voltage difference at the end of each cycle takes the same value, equal to the initial U-Ut i.e. given As a result, the average layer size of the dew, which is in direct dependence on the given value of this difference, also remains almost unchanged and equal to the given value. Moreover, the capabilities of the hygrometer are such that it can work reliably with a given very thin layer of dew with deviations reaching ± 90% of the supply voltage.

Работа гигрометра с очень тонким слоем росы дозвол ет практически полностью исключиtь образование льда на зеркале, следовательно , без увеличени погрешности.The operation of a hygrometer with a very thin layer of dew makes it possible to almost completely eliminate the formation of ice on the mirror, therefore, without increasing the error.

значительно расширить диапазон измерени влажности в область с очень низкой (до -70°С) температурой точки росы.significantly expand the range of humidity measurement to an area with very low (down to -70 ° C) dew point temperature.

Предлагаемый гигрометр вследствие слабого вли ни на его точность загр знени зеркала позвол ет измер ть не только влажность паровоздушной смеси, но и эндогаза, экзогаза, зашитной атмосферы на основе диссоциированного аммиака в цеховых услови х , где тщательно очистить газ не всегда удаетс .The proposed hygrometer, due to the weak effect on its accuracy of mirror contamination, allows measuring not only the moisture content of the vapor-air mixture, but also endogas, exogas, protective atmosphere based on dissociated ammonia in the shop, where it is not always possible to thoroughly clean the gas.

Claims

1. Suvorkin V.S. A device for measuring the humidity of a gas. - “Measuring equipment, 1975, No. 8, p. 93.

2. Patent СД1А № 3623356, cl. 73-27A, 1971 (prototype).

(Ig ts t6