Гигрометр (варианты)

 

Гигрометр относится к технике измерений. Гигрометр включает камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, плоский кольцевой отражатель с механизмом осевого перемещения, источник и приемник светового излучения. Конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры. Технический результат - гигрометр позволяет существенно повысить точность и чувствительность измерений. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - прецизионное измерение точки росы газов.

Известны гигрометры, содержащие камеру, плоское круглое конденсационное зеркало, источник и приемник светового излучения (см., например, /1/, /2/).

Основной недостаток этих гигрометров заключается в том, что при сравнительно низких температурах образования росы, например ниже минус 60°С, изменение интенсивности светового потока, отражаемого от поверхности конденсационного зеркала, мало. Поэтому начало этого изменения, соответствующее точке росы газа, на фоне большого сигнала очень трудно определить. В результате этого погрешность измерения точки росы газа существенно увеличивается.

Известен гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, конический отражатель, плоский кольцевой отражатель с механизмом осевого перемещения, зеркальная поверхность которого обращена к конденсационному зеркалу, а его диаметр меньше диаметра конденсационного зеркала, источник светового излучения, приемник светового излучения, расположенный между источником светового излучения и плоским кольцевым отражателем /3/, принятый за прототип.

В прототипе реализуется возможность увеличения изменения интенсивности светового потока, отражаемого от поверхности конденсационного зеркала в момент образования на нем росы. Однако одновременно с этим пропорционально увеличивается и интенсивность светового потока при отсутствии росы на конденсационном зеркале. То есть, как и в /1/, /2/, фактически необходимо определять малое изменение большой величины, что является существенным недостатком прототипа.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности и чувствительности измерений точки росы газов.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре, содержащем камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала, и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, расположенный между источником излучения и плоским кольцевым отражателем, конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры, а по варианту 2 в гигрометре, содержащем камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре по варианту 1 конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры, а по варианту 2 источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

Варианты практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируются чертежом, на котором показаны гигрометр в разрезе, по варианту 1 (Фиг.1) и гигрометр в разрезе, по варианту 2 (Фиг.2).

Гигрометр включает камеру 1, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало 2, плоский кольцевой отражатель 3 с механизмом осевого перемещения 4, источник светового излучения 5, приемник светового излучения 6, обойму 7 и теплоизоляционную прокладку 8.

Камера 1 может быть выполнена, например, сферической с цилиндрической частью (см. Фиг.1), конической с цилиндрической и сферической частями (см. Фиг.2), эллиптической, гиперболической и т.д. (на чертеже не показано). Внутренняя поверхность камеры 1 выполнена полированной в виде отражателя. Конденсационное зеркало 2 выполнено с рабочей поверхностью, способной поглощать световые лучи, например, с поглощательной способностью не менее 0,95. Плоский кольцевой отражатель 3, снабженный механизмом осевого перемещения 4, выполнен с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала 2, и с рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу 2. В центре плоского кольцевого отражателя 3 выполнен канал (отверстие), например, в виде усеченного конуса с большим диаметром, обращенным к конденсационному зеркалу 2, для увеличения интенсивности светового потока, поступающего к приемнику светового излучения 6 (в варианте 1) или излучаемого источником светового излучения 5 (в варианте 2).

В варианте 1 источник светового излучения 5, например светодиод, расположен в верхней части камеры 1 (см. Фиг.1), а приемник светового излучения 6, например фотодиод, установлен в обойму 7 и расположен между источником светового излучения 5 и плоским отражательным экраном 3.

В варианте 2 источник светового излучения 5 установлен в обойму 7 и расположен между плоским отражательным экраном 3 и приемником светового излучения 6 (см. Фиг.2), а приемник светового излучения расположен в верхней части камеры 1.

Гигрометр работает следующим образом. В варианте 1 (см. Фиг.1) световые лучи, исходящие от источника световых лучей 5, отражаясь от внутренней поверхности камеры 1, попадают на рабочую поверхность конденсационного зеркала 2 и, последовательно отражаясь от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2 и от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, практически полностью поглощаются. В результате этого при отсутствии росы на поверхности конденсационного зеркала 2 исключается возможность попадания световых лучей в приемник световых лучей. При образовании на поверхности конденсационного зеркала 2 росы в результате диффузного отражения световых лучей, которые, концентрируясь к центру конденсационного зеркала 2, попадают в приемник световых лучей 6 и вызывают скачкообразное появление сигнала в цепи детектора точки росы (на Фиг.1 не показано), который принимается за точку росы анализируемого газа.

В варианте 2 (см. Фиг.2) световые лучи, исходящие от источника световых лучей 5, последовательно отражаясь от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2 и от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, практически полностью поглощаются. Следовательно, в приемник световых лучей 6 световые лучи не попадают. При образовании на поверхности конденсационного зеркала 2 росы в результате диффузного отражения световых лучей от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2, от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, обращенной к конденсационному зеркалу 2, от внутренней поверхности камеры 1, а также от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, обращенной к приемнику световых лучей 6, попадают в приемник световых лучей 6 и вызывают скачкообразное появление сигнала в цепи детектора точки росы (на Фиг.2 не показано), который принимается за точку росы анализируемого газа.

По сравнению с прототипом предлагаемый гигрометр позволяет существенно повысить точность и чувствительность измерений точки росы газов. Так, например, в вариантах 1, 2 при отсутствии росы на конденсационном зеркале световые лучи, исходящие от источника светового излучения, практически полностью поглощаются (при двухкратном отражении от поверхности конденсационного зеркала с поглощательной способностью световых лучей не менее 0,95 интенсивность светового потока уменьшается до долей процента). В то же время при образовании на конденсационном зеркале росы возникает диффузное отражение световых лучей от всей его поверхности, которые, попадая в приемник световых лучей, вызывают существенное изменение его выходного сигнала. Таким образом, в отличие от прототипа отсутствие фона большого сигнала позволяет повысить точность и чувствительность измерений точки росы газов предлагаемым гигрометром.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого гигрометра, определить на данной стадии разработки не представляется возможным.

Источники информации:

1. М.А.Берлинер. Измерение влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, с. 234.

2. А.М.Натан. Автоматический гигрометр точки инея. В кн. Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике. Том I. Материалы международного симпозиума по влагометрии. Вашингтон, 1963 г. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967, с. 168.

3. Конденсационный гигрометр А.С. СССР №1695207, G 01 N 25/66, 1991.

Формула изобретения

1. Гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала, и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, расположенный между источником излучения и плоским кольцевым отражателем, отличающийся тем, что конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

2. Гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, отличающийся тем, что источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2