UA70166A - Moisture meter with thermocoulpes - Google Patents

Moisture meter with thermocoulpes Download PDF

Info

Publication number
UA70166A
UA70166A UA20031212734A UA20031212734A UA70166A UA 70166 A UA70166 A UA 70166A UA 20031212734 A UA20031212734 A UA 20031212734A UA 20031212734 A UA20031212734 A UA 20031212734A UA 70166 A UA70166 A UA 70166A
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
thermocouple
voltage
input
humidity
inputs
Prior art date
Application number
UA20031212734A
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Yurii Oleksiiovych Skrypnyk
Volodymyr Romanovych Kurko
Margaryta Oleksandrivn Sugloba
Original Assignee
Kyiv Nat Univ Tech & Design
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyiv Nat Univ Tech & Design filed Critical Kyiv Nat Univ Tech & Design
Priority to UA20031212734A priority Critical patent/UA70166A/en
Publication of UA70166A publication Critical patent/UA70166A/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

The proposed moisture meter with thermocouples contains two thermocouples with a common junction, two automatic switches, two differential amplifiers, a phase-sensitive rectifier, a low-pass filter, and a digital voltmeter, which are connected in series, and additionally, a high-frequency direct voltage source, a milliammeter, a variable resistor, a switch, and controlled direct-voltage source.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід належить до галузі аналізу складу газоподібних речовин і може бути використаний для контролю 2 вологості повітря та інших газових середовищ за допомогою електротеплових засобів (підігрівної термопари).The invention belongs to the field of analysis of the composition of gaseous substances and can be used to control the humidity of air and other gaseous media using electrothermal means (heating thermocouple).

В ряді випадків виникає необхідність контролю нерівномірності поля вологості в неоднорідних матеріалах та продуктах. Для цього вимірювання вологості проводять у різних точках об'єму, що контролюється, з подальшим обчисленням градієнту поля вологості. Такі задачі виникають при дослідженні розподілу вологи в спеціальному одязі, виготовленому із багатошарових тканин, в багатошаровій електричній ізоляції, в композиційних 70 матеріалах, а також при аналізі структури харчових продуктів. Великі габарити існуючих датчиків вологості не дозволяють проводити вимірювання вологості в малих об'ємах, а тим більше, в окремих точках простору.In some cases, there is a need to control the unevenness of the humidity field in heterogeneous materials and products. For this purpose, humidity measurement is carried out at different points of the controlled volume, followed by calculation of the gradient of the humidity field. Such problems arise when studying the distribution of moisture in special clothes made of multilayer fabrics, in multilayer electrical insulation, in composite materials, as well as when analyzing the structure of food products. The large dimensions of the existing humidity sensors do not allow measuring humidity in small volumes, and even more so, in individual points of space.

Найбільш зручно у таких випадках застосовувати в якості чутливого елементу датчика робочий кінець підігрівної термопари, яка складається з двох дротяних електродів з різних термоелектричних матеріалів.It is most convenient in such cases to use the working end of a heated thermocouple, which consists of two wire electrodes made of different thermoelectric materials, as a sensitive element of the sensor.

Малі габарити чутливого елементу термопари і суміщення в одному елементі не тільки теплоприймача, але й 19 електронагрівника, дозволяє контролювати вологість в малих об'ємах та важкодоступних місцях. Нагрів робочого кінця здійснюють електричним струмом, який пропускають по електродах термопари з використанням електротеплового ефекту Пельтьє в робочому спаї та електротеплового ефекту Джоуля в термоелектродах (див. Коротков П.А., Лондон Г.Е. Динамические контактнье измерения тепловьїх величин -Л. Машиностроение. 1974. -С.163-164).The small dimensions of the sensitive element of the thermocouple and the combination of not only the heat receiver, but also the electric heater in one element, allows you to control humidity in small volumes and hard-to-reach places. The working end is heated by electric current, which is passed through the thermocouple electrodes using the Peltier electrothermal effect in the working junction and the Joule electrothermal effect in the thermoelectrodes (see Korotkov P.A., London G.E. Dynamic contact measurements of thermal quantities - L. Mashinostroenie. 1974. - P.163-164).

При тій самій потужності нагріву або охолодження робочого кінця термопари її термоелектрорушійна сила (термоЕРС) функціонально залежить від тепловіддачі в середовище, що контролюється, а тому і від вологості цього середовища. Температуру середовища, що контролюється, визначають по термоЕгЕРС термопари при відсутності додаткового нагріву або охолодження, а вологість визначають при додатковому нагріві або охолодженні по калібрувальній кривій, яка знята для виміреної температури (див. Термоелектричні прилади 29 контролю / В.П. Гондюл, Д.Б.Головко, Ю.О.Скрипник, Г.І.Хімічева, Л.О.Глазков. -К.: Либідь, 1994. -С.66-68). «At the same power of heating or cooling of the working end of the thermocouple, its thermoelectromotive force (thermoEMF) functionally depends on the heat transfer to the controlled environment, and therefore on the humidity of this environment. The temperature of the monitored environment is determined by the thermoEgERS thermocouple in the absence of additional heating or cooling, and the humidity is determined with additional heating or cooling according to the calibration curve that was taken for the measured temperature (see Thermoelectric devices 29 control / V.P. Hondyul, D. B. Golovko, Yu. O. Skrypnyk, G. I. Khimicheva, L. O. Glazkov. - Kyiv: Lybid, 1994. - P. 66-68). "

Відомий термопарний вологомір (див. Високоточні вимірювання багатофункціональними термосенсорами: навчальний посібник / Д.Б.Головко, В.О.Дубровний, Ю.О.Скрипник, Г.І.Хімічева . - Либідь, 2000, -С.235-237), в якому для електричної розв'язки ланцюгів нагрівника та термоприймача використовують дві термопари, при цьому спай-нагрівник і спай-вимірювач або розташовуються поряд, або зварюються один з одним. о 30 Проте, термопарний вологомір, у якого робочі кінці (спаї) розташовуються поряд, має низьку чутливість Ге) через великий термічний опір повітря або електричної ізоляції. При зварюванні робочих кінців (спаїв) один з одним чутливість вологоміра робиться великою, але через скінчене значення опору спільного робочого кінця -- (спаю) електричний струм із термопари-нагрівника проникає у ланцюг вимірювальної термопари-приймача, що («з викликає похибку через зміщення характеристики вимірювальної термопари додатковою напругою. 325 Відомий також термопарний вологомір (див. Патент РФ М 2014590 МПК 501 М25/56, 1991, Бюл. Мо 11, 1994), - що містить два електроди із різних термоелектричних матеріалів, з'єднаних своїми серединами, які утворюють спільний робочий кінець першої і другої термопар, два автоматичних перемикача, два диференційних підсилювача, послідовно з'єднані фазочутливий випрямляч і фільтр нижніх частот, цифровий вольтметр. «The well-known thermocouple hygrometer (see High-precision measurements with multifunctional thermosensors: a study guide / D.B. Golovko, V.O. Dubrovnyi, Yu.O. Skrypnyk, G.I. Khimicheva. - Lybid, 2000, - P.235-237) , in which two thermocouples are used for electrical separation of the heater and thermocouple circuits, while the splice heater and splice meter are either located next to each other or welded to each other. o 30 However, a thermocouple hygrometer, in which the working ends (junctions) are located next to each other, has a low sensitivity Ge) due to the large thermal resistance of air or electrical insulation. When welding the working ends (joints) to each other, the sensitivity of the hygrometer becomes high, but due to the finite value of the resistance of the common working end -- (joint) the electric current from the thermocouple-heater penetrates into the circuit of the measuring thermocouple-receiver, which causes an error due to displacement characteristics of a measuring thermocouple with an additional voltage. 325 A thermocouple hygrometer is also known (see RF Patent M 2014590 MPK 501 M25/56, 1991, Byul. Mo 11, 1994), which contains two electrodes made of different thermoelectric materials, connected by their middles, which form the common working end of the first and second thermocouples, two automatic switches, two differential amplifiers, a phase-sensitive rectifier and a low-pass filter connected in series, a digital voltmeter.

Крім того, схема відомого вологоміру включає два подільника напруги, третій диференційний підсилювач, З 50 другий фільтр нижніх частот і широкосмуговий підсилювач, що регулюється, вхід якого з'єднано з виходом с першого диференційного підсилювача, вихід з'єднаний з одним з входів другого диференційного підсилювача, з» вихід якого через другий фільтр нижніх частот з'єднаний з керуючим входом широкосмугового підсилювача, а другі входи другого і третього диференційних підсилювачів через подільники напруги з'єднані з джерелом постійної напруги. 45 Через необхідність почергового нагріву і охолодження спільного робочого кінця двох термопар період 7 переключення напряму струму через спільний робочий кінець вибрано більшим, ніж теплова стала термопари, ав | що обумовлює низьку швидкодію вологоміру (частота перемикань одиниці Гц). Наявність гальванічного зв'язку двох термопар через спільний робочий кінець викликає паразитне проходження знакозмінного струму - нагріву-охолодження на вхід першого диференційного підсилювача, що викривляє амплітуду змінної складової б 20 напруги, яка пропорційна вологості середовища, що контролюється. Таким чином, відомий термопарний вологомір має низьку швидкодію та невисоку точність при точковому контролі вологості та аналізі щи нерівномірності полів вологості.In addition, the circuit of the known hygrometer includes two voltage dividers, a third differential amplifier, C 50 a second low-pass filter and an adjustable broadband amplifier, the input of which is connected to the output of the first differential amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the second differential amplifier, the output of which is connected through the second low-pass filter to the control input of the broadband amplifier, and the second inputs of the second and third differential amplifiers are connected to the constant voltage source through voltage dividers. 45 Due to the need for alternating heating and cooling of the common working end of two thermocouples, period 7 of switching the current direction through the common working end is chosen to be greater than the thermal constant of the thermocouple, av | which causes the low speed of the hygrometer (switching frequency of the Hz unit). The presence of a galvanic connection of two thermocouples through the common working end causes a parasitic passage of an alternating current - heating-cooling at the input of the first differential amplifier, which distorts the amplitude of the variable component b 20 of the voltage, which is proportional to the humidity of the monitored medium. Thus, the well-known thermocouple hygrometer has low speed and low accuracy in point control of humidity and analysis of unevenness of humidity fields.

В основу винаходу поставлено задачу створити такий термопарний вологомір, в якому введення нових елементів та зв'язків забезпечили б підвищення швидкодії і точності контрою вологості.The basis of the invention is the task of creating such a thermocouple hygrometer, in which the introduction of new elements and connections would ensure an increase in speed and accuracy against humidity.

Поставлена задача вирішується тим, що в термопарний вологомір, який містить два електроди з різних в. термоелектричних матеріалів, з'єднаних своїми серединами, які утворюють спільний робочий кінець першої і другої термопар, два автоматичних перемикача, два диференційних підсилювача, послідовно з'єднані фазочутливий випрямляч і фільтр нижніх частот, цифровий вольтметр, згідно винаходу, введені генератор змінної напруги підвищеної частоти, міліамперметр, реостат і ключ, дві мідні колодки і джерело регульованої 60 напруги постійного струму, при цьому вільні кінці першої термопари з'єднані через міліамперметр, реостат, і ключ з парафазними виходами генератора змінної напруги підвищеної частоти, вільні кінці другої термопари розміщено на мідних колодках, які з'єднані з різноіменними входами автоматичних перемикачів, одноіїменні входи яких з'єднані між собою, виходи автоматичних перемикачів з'єднані із входами першого диференційного підсилювача, вихід якого з'єднано із входом фазочутливого випрямляча, керуючі входи якого з'єднані з бо парафазними виходами генератора змінної напруги підвищеної частоти, кожний з яких з'єднаний з керуючим входом першого і другого автоматичних перемикачів, вихід фільтра нижніх частот з'єднано з одним входом другого диференційного підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з джерелом регульованої напруги постійного струму, а вихід з'єднаний із входом цифрового вольтметру.The problem is solved by the fact that in a thermocouple hygrometer, which contains two electrodes from different of thermoelectric materials connected by their middles, which form the common working end of the first and second thermocouples, two automatic switches, two differential amplifiers, a phase-sensitive rectifier and a low-pass filter connected in series, a digital voltmeter, according to the invention, an alternating voltage generator of increased frequency are introduced , a milliammeter, a rheostat and a key, two copper blocks and a source of regulated 60 direct current voltage, while the free ends of the first thermocouple are connected through a milliammeter, a rheostat, and a key to the paraphase outputs of the high-frequency alternating voltage generator, the free ends of the second thermocouple are placed on copper blocks that are connected to the inputs of automatic switches of different names, the inputs of the same name are connected to each other, the outputs of the automatic switches are connected to the inputs of the first differential amplifier, the output of which is connected to the input of the phase-sensitive rectifier, the control inputs of which are connected to because the paraphase outputs of the alternating voltage generator are increased th frequency, each of which is connected to the control input of the first and second automatic switches, the output of the low-pass filter is connected to one input of the second differential amplifier, the second input of which is connected to a source of regulated DC voltage, and the output is connected with a digital voltmeter input.

Введення в схему термопарного вологоміру генератора змінної напруги підвищеної частоти, міліамперметра, реостата, ключа, двох мідних колодок і джерела регульованої напруги постійного струму, включених з іншими елементами вказаним чином, забезпечує додатковий нагрів спільного робочого кінця двох термопар змінним струмом першої термопари та формування напруги постійного струму, пропорційній вологості, в другій термопарі на фоні паразитної напруги змінного струму. Періодичне перемикання напруг на виході другої термопари з /о частотою генератора підвищеної частоти автоматичними перемикачами перетворює постійну інформаційну напругу у змінну, а паразитну змінну напругу - в постійну. Наступне підсилення і фазочутливе випрямлення забезпечує виділення інформаційної складової напруги у вигляді постійної напруги, яка вимірюється вольтметром, а паразитна напруга у вигляді змінної напруги заглушується фільтром нижніх частот. В результаті можна значно підвищити частоту зміни напрямку струму через спільний робочий кінець та виключити вплив /5 гальванічного зв'язку двох термопар на інформаційну складову змінної напруги, що забезпечує високу швидкодію термопарного вологоміру і точність контролю вологості.The introduction of a high-frequency alternating voltage generator, a milliammeter, a rheostat, a key, two copper pads and a source of regulated direct current voltage into the circuit of a thermocouple hygrometer, included with other elements in the specified manner, provides additional heating of the common working end of two thermocouples by the alternating current of the first thermocouple and the formation of a constant voltage current, proportional to humidity, in the second thermocouple on the background of parasitic AC voltage. Periodic switching of voltages at the output of the second thermocouple with /o frequency of the high-frequency generator by automatic switches turns the constant information voltage into an alternating one, and the parasitic alternating voltage into a constant one. The following amplification and phase-sensitive rectification ensure the selection of the information component of the voltage in the form of a constant voltage, which is measured by a voltmeter, and the parasitic voltage in the form of an alternating voltage is suppressed by a low-pass filter. As a result, it is possible to significantly increase the frequency of changing the direction of the current through the common working end and exclude the influence of /5 galvanic connection of two thermocouples on the informational component of the alternating voltage, which ensures high speed of the thermocouple hygrometer and the accuracy of humidity control.

На кресленні подана електрична схема термопарного вологоміру.The drawing shows the electrical circuit of a thermocouple hygrometer.

Схема вологоміру вміщує генератор 1 змінної напруги підвищеної частоти, до парафазних виходів якого через міліамперметр 2, реостат З і ключ 4 підключені дротяні електроди 5 і б термопар із різних 2о термоелектричних матеріалів. Електроди 5 і 6 з'єднані своїми серединами, утворюючи спільний робочий кінець 7 двох термопар (5, 6, 7 і 8, 9, 7). Вільні кінці першої термопари підключені до генератора 1, а вільні кінці другої термопари з'єднані з мідними колодками 8 і 9. Одна пара одноіїменних входів автоматичних перемикачів ї 11 з'єднана з мідною колодкою 8, друга пара одноїменних входів з'єднана з мідною колодкою 9. Виходи автоматичних перемикачів 10 і 11 з'єднані із входами диференційного підсилювача 12, до виходу якого підключено послідовно з'єднані фазочутливий випрямляч 13 і фільтр 14 нижніх частот. Один вхід диференційного підсилювача 15 з'єднаний з виходом фільтру 14 нижніх частот, другий вхід з'єднано з джерелом « 16 регульованої напруги постійного струму. До виходу диференційного підсилювача 15 підключено цифровий вольтметр 17. Керуючі входи автоматичних перемикачів 10 і 11 з'єднані з парафазними виходами генератора 1 підвищеної частоти, а керуючі входи фазочутливого випрямляча 13 з'єднані з обома виходами цього генератора. ГеThe hygrometer circuit contains a generator 1 of variable voltage of increased frequency, to the paraphase outputs of which, through a milliammeter 2, a rheostat З and a key 4, wire electrodes 5 and b thermocouples of various 2o thermoelectric materials are connected. Electrodes 5 and 6 are connected by their middles, forming a common working end 7 of two thermocouples (5, 6, 7 and 8, 9, 7). The free ends of the first thermocouple are connected to generator 1, and the free ends of the second thermocouple are connected to copper blocks 8 and 9. One pair of the same-named inputs of the automatic switches 11 is connected to the copper block 8, the second pair of the same-named inputs is connected to the copper block 9. The outputs of the automatic switches 10 and 11 are connected to the inputs of the differential amplifier 12, to the output of which the phase-sensitive rectifier 13 and the low-pass filter 14 are connected in series. One input of the differential amplifier 15 is connected to the output of the low-pass filter 14, the second input is connected to the source 16 of regulated DC voltage. A digital voltmeter 17 is connected to the output of the differential amplifier 15. The control inputs of the automatic switches 10 and 11 are connected to the paraphase outputs of the high-frequency generator 1, and the control inputs of the phase-sensitive rectifier 13 are connected to both outputs of this generator. Ge

Зо Дослідне середовище позначено позицією 18.З The experimental environment is marked with item 18.

Термопарний вологомір працює таким чином. ікс,A thermocouple hygrometer works like this. X,

Спільний робочий кінець 7 двох термопар розміщено в одній з точок досліджувального середовища 18. Крізь -/- по електроди 5 і б першої термопари та спільний робочий кінець 7 проходить змінний струм від генератора 1 змінної напруги підвищеної частоти Її. В один полуперіод (ДЦ-1/27) змінного струму через робочий кінець 7 оThe common working end 7 of two thermocouples is placed in one of the points of the test medium 18. Through -/- electrodes 5 and b of the first thermocouple and the common working end 7, an alternating current passes from the generator 1 of alternating voltage of increased frequency. In one half-cycle (DC-1/27) of alternating current through the working end of 7 o

Зз5 протікає струм у напрямку, при якому відбувається його охолодження за рахунок поглинання теплоти Пельтьє. чеЗз5 current flows in the direction in which it is cooled due to the absorption of Peltier heat. what

Одночасно з цим в електродах першої термопари та її робочому кінці відбувається і виділення теплоти Джоуля, яка зменшує температуру охолодження. З урахуванням цього температура робочого кінця термопари, яка визначається температурою Т досліджувального середовища, знижується тільки до значення: « вою ос) г Пл акта З с с де: І - сила струму, який протікає через термопару; "» р - коефіцієнт Пельтьє термоелектричних матеріалів електродів 5 і 6; " К - сумарний опір електродів 5 і 6 термопари та її робочого кінця 7;At the same time, Joule heat is released in the electrodes of the first thermocouple and its working end, which reduces the cooling temperature. Taking this into account, the temperature of the working end of the thermocouple, which is determined by the temperature T of the test medium, decreases only to the value: "voi os) g Plakta Z s s where: I is the strength of the current flowing through the thermocouple; "» p - Peltier coefficient of thermoelectric materials of electrodes 5 and 6; " K - total resistance of electrodes 5 and 6 of the thermocouple and its working end 7;

Кі - коефіцієнт, який ураховує долю теплоти Джоуля, яка поступає із електродів 5 і 6 в робочий кінець 7; 9 - коефіцієнт тепловіддачі робочого кінця 7, визначаємий вологістю середовища, яке досліджується; - Е- площина поверхні тепловіддачі. о У наступний полуперіод (ді-1/23) змінного струму, коли напрям проходження струму змінюється на протилежний, внаслідок підсумовування теплоти Пельтьє і Джоуля температура робочого кінця 7 підвищується - до значення:Ki is a coefficient that takes into account the fraction of Joule's heat that flows from electrodes 5 and 6 to the working end 7; 9 - the heat transfer coefficient of the working end 7, determined by the humidity of the environment under investigation; - E is the plane of the heat transfer surface. o In the next half-period (di-1/23) of alternating current, when the direction of current flow changes to the opposite, as a result of the summation of Peltier and Joule heat, the temperature of the working end 7 rises - to the value:

Ф "7 т, ста ЦВЕ йоF "7 t, one hundred CVE yo

Якщо вибрати період змінного струму набагато менше теплової сталої часу їх термопари (ї1/), то температура нагріву робочого кінця усереднюється: 2 ту 8 А (трете т В 9 в го о тобто буде визначатися тільки теплотою Джоуля.If you choose a period of alternating current that is much less than the thermal time constant of their thermocouple (i1/), then the heating temperature of the working end is averaged: 2 tu 8 A (third t B 9 v ho o i.e. will be determined only by Joule's heat.

Як бачимо із виразу (3), сталий перегрів робочого кінця 7 відносно температури дослідного середовища буде визначатися коефіцієнтом тепловіддачі 52, тобто контролюємою вологістю. бо Вимірювання вологості здійснюють у два етапи.As we can see from expression (3), the constant overheating of the working end 7 relative to the temperature of the experimental environment will be determined by the heat transfer coefficient 52, i.e. controlled humidity. Because the measurement of humidity is carried out in two stages.

Спочатку ключ 4 розімкнутий і спільний робочий кінець 7 не підігрівається. Так як мідні колодки 8 і 9 розташовані при температурі То оточуючого середовища, то термоЕРС на колодках вільних кінців другої термопари:Initially, the key 4 is open and the common working end 7 is not heated. Since the copper blocks 8 and 9 are located at the temperature of the surrounding medium, then the thermoEMF on the blocks of the free ends of the second thermocouple:

ЕТ ст -То3, (8 б5 де є - коефіцієнт термоЕРС 5 і 6 із різних термоелектричних матеріалів (коефіцієнт Зеєбека).ET st -To3, (8 b5 where there is - the thermoEMF coefficient 5 and 6 from different thermoelectric materials (Seebeck coefficient).

Автоматичні перемикачі 10 ії 11 перемикаються з частотою ї генератора 1 і періодично змінюють полярність термогЕРС (4) відносно входів диференційного підсилювача 12. Внаслідок цього диференційним підсилювачем 12 підсилюється змінна напруга прямокутної форми: 500 ШИ СТ - Тоовідпвіпояй 5) де відпвіп 2дії - огинаюча знакозмінної напруги.Automatic switches 10 and 11 are switched with the frequency of generator 1 and periodically change the polarity of the thermoelectric power source (4) relative to the inputs of the differential amplifier 12. As a result, the differential amplifier 12 amplifies the alternating voltage of a rectangular shape: 500 ШЙ СТ - Toovidpvipoyai 5) where vdpvip 2diyi - envelope of alternating sign voltage .

Підсилена напруга поступає на фазочутливий випрямляч 13, який керується змінною напругою генератора 1 підвищеної частоти. Випрямлена напруга згладжується фільтром 14 нижніх частот і через диференційний підсилювач 15 поступає на цифровий вольтметр 17. При відсутності компенсуючої напруги (0-0) на другому 70 вході диференційного підсилювача 15 напруга, яка вимірюється вольтметром,The amplified voltage is supplied to the phase-sensitive rectifier 13, which is controlled by the variable voltage of the high-frequency generator 1. The rectified voltage is smoothed by the low-pass filter 14 and through the differential amplifier 15 is fed to the digital voltmeter 17. In the absence of a compensating voltage (0-0) at the second 70 input of the differential amplifier 15, the voltage measured by the voltmeter

Це - кока То, (6) де Ко - спільний коефіцієнт підсилення диференційних підсилювачів 12 і 15;This is Koka To, (6) where Ko is the common amplification factor of differential amplifiers 12 and 15;

Кз - коефіцієнт випрямлення фазочутливого випрямляча 13 з урахуванням коефіцієнту передачі фільтру 14 нижніх частот.Kz - the rectification coefficient of the phase-sensitive rectifier 13, taking into account the transmission coefficient of the filter 14 of lower frequencies.

Із виразу (6) бачимо, що вимірювальна напруга 0» пропорційна температурі Т досліджуваного середовища.From expression (6), we see that the measuring voltage 0" is proportional to the temperature T of the medium under study.

На другому етапі замикають ключ 4 і змінним струмом генератора 1 частоти Її здійснюється перегрів спільного робочого кінця 7 першої і другої термопар теплотою Джоуля відносно температури Т досліджуваного середовища. ТермоЕєЕРС вільних кінців другої термопари з урахуванням температури То вільних кінців, яка стабілізується мідними колодками 8 і 9, приймає значення: ківі? (7)At the second stage, the key 4 is closed and the alternating current of the generator 1 of its frequency is used to overheat the common working end 7 of the first and second thermocouples with Joule's heat relative to the temperature T of the medium under study. ThermoEeeERS of the free ends of the second thermocouple, taking into account the temperature To of the free ends, which is stabilized by copper pads 8 and 9, takes the value: Kivi? (7)

Ез ее -- --.)- То ІНК! 2 СЕ й де К' - опір спільного робочого кінця 7.Ez ee -- --.)- That's INK! 2 SE and where K' is the resistance of the common working end 7.

У виразі (7) другий член являє собою перешкоду у вигляді падіння напруги на спільному робочому кінці від змінного струму нагріву: «In expression (7), the second term represents an obstacle in the form of a voltage drop at the common working end from the alternating heating current:

Ів'я тт зіпізяй - рі, (8) де Ід - амплітуда змінного струму нагріву;Ivya tt zipizyai - ri, (8) where Id is the amplitude of the heating alternating current;

Ф - фазовий зсув, який викликається тепловою інерційністю термопари. (Се)Ф is the phase shift caused by the thermal inertia of the thermocouple. (Se)

Автоматичні перемикачі 10 і 11, що працюють з частотою Її, перетворюють сталу складову напруги (7) у с змінну напругу цієї частоти: ні (8) -Automatic switches 10 and 11, working with the frequency Her, convert the constant component of the voltage (7) into the variable voltage of this frequency: no (8) -

Цар -ее Т--- - - - То | Ізідизіпоялї з се п ЦЯ оTsar -ee T--- - - - That | Izidizipoyaly z se p Tsya o

Зо Друга складова напруги (7) приймає вигляд: в. й г. (10 т зіп(слй - фівідп віп ллй Псово- сов 2(2лй- фі) по)З The second component of voltage (7) takes the form: c. and g. (10 t zip (slj - fividp vp llj Psovosov-sov 2(2lj- fi) po)

Із виразів 9 і 10 бачимо, що перша та друга складові напруги (7) після комутаційного перетворення з « частотою Її виявляються рознесеними по частотах. Інформаційна складова напруги (9) має частоту Її, а З перешкода (10) - подвоєну частоту 2Її. Після фазочутливого випрямлення інформаційна складова (9) с перетворюється у напругу постійного струму, який проходить фільтр нижніх частот 14 та вимірюється з» вольтметром 17. Напруга перешкоди (10) перетворюється у змінну напругу частоти комутації ї і приглушується фільтром 14 нижніх частот. Таким чином, постійна напруга, яка вимірюється, приймає вигляд: 2 (11)From expressions 9 and 10, we see that the first and second components of the voltage (7) after the commutation transformation with the frequency It are spread over frequencies. The information component of the voltage (9) has a frequency of Her, and the interference (10) has a doubled frequency of 2Her. After phase-sensitive rectification, the information component (9) s is converted into a direct current voltage, which passes the low-pass filter 14 and is measured with a voltmeter 17. The interference voltage (10) is converted into an alternating voltage of the switching frequency and is attenuated by the low-pass filter 14. Thus, the constant voltage that is measured takes the form: 2 (11)

ЕІ дяка тя то -і о (ав) В кінці першого етапу після вимірювання температури Т цифровим вольтметром 17 вихідну напругу -з диференційного підсилювача 15 компенсують напругою джерела 16. Тому в кінці другого етапу напруга, що вимірюється, з урахуванням компенсації складової напруги (б) в напрузі (11) стає рівною:At the end of the first stage, after measuring the temperature T with a digital voltmeter 17, the output voltage of the differential amplifier 15 is compensated by the voltage of the source 16. Therefore, at the end of the second stage, the measured voltage, taking into account the compensation of the component voltage (b ) in voltage (11) becomes equal to:

Ге) в (12)Ge) in (12)

Ше ж ЕК. Ка --What is EC? Ka --

Ф оF o

Для визначення вологості середовища, що досліджується, термопарний вологомір підлягає калібровці.To determine the humidity of the environment under investigation, the thermocouple hygrometer is subject to calibration.

Робочий кінець термопар 7 містять у повітряне середовище із 10095 вологістю при заданій температурі. ТакаThe working end of the thermocouple 7 is placed in an air environment with 10095 humidity at a given temperature. Such

Вологість відповідає точці роси, яку легко проконтролювати. Калібровку та вимірювання вологості проводять при однаковій потужності перегріву спільного робочого кінця, яка установляється по міліамперметру 2 за допомогою » реохорда 3. При калібровці фіксується мінімальне показання вольтметру 17: 2,(13)Humidity corresponds to the dew point, which is easy to control. Calibration and measurement of humidity are carried out at the same overheating power of the common working end, which is set by milliammeter 2 using » reohord 3. During calibration, the minimum reading of voltmeter 17 is fixed: 2, (13)

КІCI

Шк че еК Кока - - - б 1К2к3 се бо де «ад о - коефіцієнт тепловіддачі робочого кінця 7 при 10095 відносній вологості газового середовища ( по? а).Shk che eK Koka - - - b 1K2k3 se bo de "ad o - heat transfer coefficient of the working end 7 at 10095 relative humidity of the gas medium ( po? a).

Для визначення відносної вологості в середовищі, що досліджується, при тій самій температурі знаходять відношення напруг (12) і (13): б5To determine the relative humidity in the environment under investigation, at the same temperature, the ratio of voltages (12) and (13) is found: b5

Мовою оо (14)By language (14)

Ов звідки коефіцієнт тепловіддачі середовища, що досліджується, а Ше о . (15)Ov, where is the heat transfer coefficient of the medium under study, and She o . (15)

ШеShe

При контролі вологості, коли діапазон зміни вологості невеликий, можна вважати, що відносна вологість, яка вимірюється, складає частину 10095 вологості: 70 Ук 10096 сИ6)When controlling humidity, when the range of humidity changes is small, it can be assumed that the measured relative humidity is a fraction of 10095 humidity: 70 Uk 10096 si6)

М де МУ - відносна вологість в 95, що вимірюється;M where MU is the relative humidity in 95, which is measured;

ЦК показання вольтметра при калібровці;CC reading of the voltmeter during calibration;

У - показання вольтметра при контролі вологості.Y - reading of the voltmeter during humidity control.

Калібровку проводять при різних температурах газового, зокрема, повітряного середовища. В процесі контролю вологості спочатку визначають температуру середовища у відповідності з (6), а потім в формулу (16) підставляють відповідне значення калібровочної напруги ОО у для цієї температури. При контролі середніх і малих вологостей калібровку вологоміра проводять при усереднених значеннях вологості відповідних діапазонів.Calibration is carried out at different temperatures of the gas, in particular, air medium. In the process of humidity control, the temperature of the environment is first determined in accordance with (6), and then the corresponding value of the calibration voltage ОО у for this temperature is substituted into formula (16). When controlling medium and low humidity, calibration of the hygrometer is carried out at the averaged humidity values of the corresponding ranges.

Як бачимо з формули (16), на результат вимірювання вологості не впливають параметри підігрівної термопари і параметри вимірювальної схеми, що забезпечує високу точність контролю градієнта поля вологості.As we can see from formula (16), the results of the humidity measurement are not affected by the parameters of the heated thermocouple and the parameters of the measuring circuit, which ensures high accuracy of monitoring the gradient of the humidity field.

Цьому також сприяє заглушення перешкоди від проходження струму нагріву з першої термопари в другу за рахунок комутаційного перетворення термоЕРС робочого кінця в напругу змінного струму. Підвищення частоти перетворення до сотен Гц значно підвищує швидкодію термопарного вологоміру.This is also facilitated by the suppression of the obstacle from the passage of the heating current from the first thermocouple to the second due to the switching conversion of the thermoEMF of the working end into an alternating current voltage. Increasing the conversion frequency to hundreds of Hz significantly increases the speed of the thermocouple hygrometer.

Приклад. Для виготовлення двох термопар із спільним робочим кінцем використовується мідний іExample. For the manufacture of two thermocouples with a common working end, copper and

Константановий дроти діаметром 0,5мм і довжиною 100мм, зварені своїми серединами. Коефіцієнт термоЕРС пари мідь-константан є-3,2мМкВ/К. В якості автоматичних перемикачів використані магнітокерувальні контакти « (геркони), обмотки керування яких підключені до генератора змінної напруги частоти 250Гц. При струмі нагрівуConstantan wires with a diameter of 0.5 mm and a length of 100 mm, welded in their middles. The thermal EMF coefficient of the copper-constantan pair is -3.2 mMkV/K. Magnetic control contacts (reed switches) are used as automatic switches, the control windings of which are connected to an alternating voltage generator with a frequency of 250Hz. With the heating current

І-600мМА спільний робочий кінець перегрівається на 3-12 9К в залежності від вологості досліджуваного середовища (1006095). Спільний коефіцієнт підсилення двох диференційних підсилювачів К-400, що (се) забезпечило чутливість до температури 0,03-0,052К, а до відносної вологості 0,1-0,2905. «соI-600mMA common working end is overheated by 3-12 9K depending on the humidity of the environment being tested (1006095). The common gain factor of two K-400 differential amplifiers, which (se) provided sensitivity to temperature 0.03-0.052K, and to relative humidity 0.1-0.2905. "co

Досліджувався розподіл вологості і температури в пакеті трьохшарової тканини, яка нагріта до температури 372 (імітатор вологої шкіри людини). При 10095 вологості в зазорі між водою і першим шаром пакету тканини (587 чітко просліджується дифузія водяної пари, через яку вологість в зазорі між першим і другим шарами о зменшується до значення 9296, а між другим та третім - до значення 8395 при вологості оточуючого середовищаThe distribution of humidity and temperature in a package of three-layer fabric heated to a temperature of 372 (simulator of wet human skin) was investigated. At 10095 humidity in the gap between the water and the first layer of the fabric package (587, the diffusion of water vapor is clearly observed, due to which the humidity in the gap between the first and second layers o decreases to the value of 9296, and between the second and third - to the value of 8395 at the humidity of the surrounding environment

Зо 70-75965. Термопарний вологомір дозволив виявити профіль поля вологості у залежності від складу та щільності ї- тканин, а також порівняти гігієнічні якості тканин з природних та синтетичних волокон. « с 40 ех я - ж ше Ї й раї в. -ї у ра -і ри ре ЇЇ свй 4 "ши г с («в») ? г ї -From 70-75965. The thermocouple hygrometer made it possible to detect the profile of the humidity field depending on the composition and density of the fabrics, as well as to compare the hygienic qualities of fabrics made of natural and synthetic fibers. « with 40 eh I - well she Y i rai v. -і u ra -i ry re ІІ svy 4 "shi g s ("in") ? g і -

ФО 50 вFO 50 c

Ф МF M

5Б Фіг.5B Fig.

РR

Claims (1)

Формула винаходуThe formula of the invention 60 Термопарний вологомір, що містить два електроди з різних термоелектричних матеріалів, з'єднаних своїми серединами, які утворюють спільний робочий кінець першої та другої термопар, два автоматичних перемикачі, два диференційних підсилювачі, послідовно з'єднані фазочутливий випрямляч і фільтр нижніх частот, цифровий вольтметр, який відрізняється тим, що в нього введені генератор змінної напруги підвищеної частоти, міліамперметр, реостат і ключ, дві мідні колодки і джерело регульованої напруги постійного струму, при цьому60 Thermocouple hygrometer, containing two electrodes of different thermoelectric materials, connected by their middles, which form the common working end of the first and second thermocouples, two automatic switches, two differential amplifiers, a phase-sensitive rectifier and a low-pass filter connected in series, a digital voltmeter , which is distinguished by the fact that a high-frequency alternating voltage generator, a milliammeter, a rheostat and a key, two copper pads and a source of regulated direct current voltage are introduced into it, while 65 Вільні кінці першої термопари з'єднані через міліаамперметр, реостат і ключ з парафазними виходами генератора змінної напруги підвищеної частоти, вільні кінці другої термопари розміщено на мідних колодках, які з'єднані з різнойменними входами автоматичних перемикачів, однойменні входи яких з'єднані між собою, виходи автоматичних перемикачів з'єднані з входами першого диференційного підсилювача, вихід якого з'єднано з входом фазочутливого випрямляча, керуючі входи якого з'єднані з парафазними виходами генератора змінної напруги підвищеної частоти, кожен з яких з'єднаний з керуючим входом першого і другого автоматичних перемикачів, вихід фільтра нижніх частот з'єднано з одним входом другого диференційного підсилювача, другий вхід якого з'єднано з джерелом регульованої напруги постійного струму, а вихід з'єднано з входом цифрового вольтметра. 70 Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 9, 15.09.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. « (Се) Зо Те) «- «в) і -65 The free ends of the first thermocouple are connected through a milliammeter, a rheostat and a key to the paraphase outputs of the high-frequency alternating voltage generator, the free ends of the second thermocouple are placed on copper blocks that are connected to the different-name inputs of automatic switches, the inputs of the same name are connected to each other , the outputs of the automatic switches are connected to the inputs of the first differential amplifier, the output of which is connected to the input of the phase-sensitive rectifier, the control inputs of which are connected to the paraphase outputs of the high-frequency alternating voltage generator, each of which is connected to the control input of the first and second automatic switches, the output of the low-pass filter is connected to one input of the second differential amplifier, the second input of which is connected to a source of regulated DC voltage, and the output is connected to the input of a digital voltmeter. 70 Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2004, M 9, 15.09.2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. " (Se) Zo Te) "- "c) and - - . и? -і («в) - (о) 4) 60 б5- and? -i ("c) - (o) 4) 60 b5
UA20031212734A 2003-12-29 2003-12-29 Moisture meter with thermocoulpes UA70166A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA20031212734A UA70166A (en) 2003-12-29 2003-12-29 Moisture meter with thermocoulpes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA20031212734A UA70166A (en) 2003-12-29 2003-12-29 Moisture meter with thermocoulpes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA70166A true UA70166A (en) 2004-09-15

Family

ID=34513552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UA20031212734A UA70166A (en) 2003-12-29 2003-12-29 Moisture meter with thermocoulpes

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA70166A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kaltsas et al. Novel C-MOS compatible monolithic silicon gas flow sensor with porous silicon thermal isolation
US5463899A (en) Simultaneous measurement of gas thermal conductivity and mass flow
Min et al. A novel principle allowing rapid and accurate measurement of a dimensionless thermoelectric figure of merit
Randjelović et al. Multipurpose MEMS thermal sensor based on thermopiles
Kuntner et al. Simultaneous thermal conductivity and diffusivity sensing in liquids using a micromachined device
JP2016024174A (en) Substance thermal diffusivity measurement method and substance thermoelectric characteristic evaluation device using the method
US2878669A (en) Apparatus for determining thermal conductance and resistance
US10935507B2 (en) Thermal conductivity detector for gas mixtures having at least three components
RU2577389C1 (en) Method of calibrating thermoelectric heat flux sensors
Azerou et al. Thin film heat flux sensors for accurate transient and unidirectional heat transfer analysis
Corcoran et al. Improved thermoelectric power measurements using a four-point technique
US20100086005A1 (en) Method and apparatus for determining a phase transition of a substance
Kettler et al. Differential ac method of thermopower measurement
Atherton et al. Thermal characterisation of μL volumes using a thin film thermocouple based sensor
UA70166A (en) Moisture meter with thermocoulpes
JP2009105132A (en) Thermoelectric characteristic measuring sensor
Sarnes et al. Determination of the time behaviour of thermocouples for sensor speedup and medium supervision
Freisa et al. Microcalorimeter fabrication and new measurement methodology for thermal sensing in microfluidics
KR20000054960A (en) Measurement Apparatus for Multiful Thermal Properties of Meterial Using the Needle Probe and Method Thereof
RU2011979C1 (en) Method of determination of heat-transfer coefficient of thermocouple sensor
US3514998A (en) D.c. circuit for operating asymmetric thermopile
SU1741036A1 (en) Device for determination of thermal conductivity of materials
Moreira et al. Sensors characterization and control of measurement systems based on thermoresistive sensors via feedback linearization
SU771522A1 (en) Device for measuring thermal conduction of liquids and gases
SU1030664A1 (en) Device for measuring temperature