Автоматический конденсационный гигрометр

 

(72) Авторы изобретения

M.È.0Hüêèí и В.Э.Романовский

{7!) Заявитель (54) АВТОИАТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАЦИОННЫИ

ГИГРОИЕТР

Изобретение относится к измери- . тельной технике и может быть исполь зовано в машиностроении, например, в системах контроля влажности технологических атмосфер, применяемых при химико-термической обработке.

Известен автоматический конденсационный гигрометр, содержащий термо электрический охладитель с установленными на нем зеркалом с датчиком температуры, измерительный прибор vi соединенные последовательно фотодетектор, предусилитель и усилитель мощности, выход которого соединен с охладитейем (1 ).

Однако в известном гигрометре при загрязнении зеркала выпадающими иэ контролируемого газа веществами, например, конденсатом тяжелых углеводородов, налетом сажи и:.т.п., толщина слоя конденсата воды, поддерживаемая системой регулирования, уменьшается, вследствие чего точность измерений снижается, так как температуры точки росы и льда инея1отличаются.

Наиболее близким к изобретению является гигрометр, содержащий термоэлектрический охладитель с установленным на нем зеркалом с датчиком тем. пературы, фотодетектор, дифференциальный предусилитель-, один вход которого подключен к фотодетектору, суммирующий усилитель мощности, один вход которого подключен к предусилителю, второй - к источнику смещения, а выход - к охладителю, измерительный прибор с запоминающим устройством, генератор вспомогательного сигнала, выход которого подключен к третьему входу усилителя мощности, и пороговый элемент, вход которого подключен к выходу предусилителя, а выход - к

20 входу генератора и входу запоминающего устройства (2).

-Недостатком известного устройства является ограниченная точность, так как при загрязнении зеркала толщина

3 935754 Ф слоя росы уменьшается. При этом появ- тодетектора 0<р от температуры зеркаляется погрешность до 1-2 С и более ла в статическом режиме, от влияния водорастворимых.загрязне" Устройство содержит размещенные в ний, так как водорастворимые вещестти измерительной камере термоэлектричесва уменьшают давление паров конден- s кий охладитель 1 с установленным на сата (эффект. Рауля) и вызывают кон- нем зеркалом 2 и датчиком температу денсацию при более высокой температу- ры 3, фотодетектор 4, дифференциальре по сравнению с температурой точ- ный предусилитель 5, один из входов ки росы. Кроме того, точность гигро- которого соединен с фотодетектором метра снижается вследствие определе- 1е 4, суммирующий усилитель б мощности, ния точки росы в неустановившемся ре- один из входов которого соединен с жиме, при котором температуры зерка- источником смещения +Е, второй входле и тонки росы отлинертсл, е ошибке с предусилителеи 5, е выход " с охне может быть достаточно просто ском" : ладителем 1. Датчик температуры 3 подпенсирована из-за сложной ее зависи- 15 ключен к измерительному прибору 7, (мости от ряда факторов " загрязнения .соединенному с запоминающим устройстзеркала, скорости его вентиляции тем :.вом 8. К выходу предусилителя 5 подпературы газа, окружаЮщей среды и T é ключен также через пОроговый элемент целью изобретения является повыше" 9 вход генератора 10. Один выход гение точности ° ре,нератора 10 соединен с третьим входом усилителя мощности 6, а другой — с

Поставленная цель достигается тему входом запоминающего устройства 8. что автоматический конденсационныи ) Гигрометр снабжен устройством стагигрометр, содержащий термоэлектричес билизации толщины слоя росы, выполненкий охладитель с Установленным Ha HeM д ным в виде соединенных последовательно зеркалом с датчиком температурыт Фо дополнительного порогового элемента тодетектор, дифференциальный предуси . 11,ключа 12 и конденсатора 13, подлитель, один вход которого подключен ключенных к выходу предусилителя 5. к фотодетектору, суммирующий усилите"ь Второй вход предусилителя 5 подклюмощности, один вход которого под"лю Зв чен через повторитель 14 к выводу чен к предусилителю, другои к источ конденсатора 13, соединенному с клюникУ смещениЯ, а выход - к охладителю ч и 12 измерительный прибор с запоминающим При этом запоминающее устройство устройством, генеРатор, выход котор 8 может быть выполнено, например, в го подключен к третьему входу усили- виде управляемого ключа, контакты ко35 теля мощности, и пороговыи элементе торого включены в цепь двигателя вход которого подключен к выходу пре стрелки и пера измерительного прибодусилителя, а выход - к входу гене ра 7. ратора, снабжен устройством стабили- - Генератор может быть выполнен, зации толщины слоя росы, выполненным например, в виде соединенных после40 в виде повторителя и соединенных пос- довательно трех одновибраторов, приледовательно дополнительного поРо« чем выходы двух последних одновибравого элемента, ключа и конденсаторар торов образуют выходы генератоРа. подключенных к выходу npeAycNJlHTeJ ÿ В качестве порогового элемента 11 второй вход котоРого чеРез повтоРи- может быть использован, например, тель подключен к выходУ конденс т р стабилитрон, а в качестве ключа соединенному r. ключом, при этом генератор снабжен дополнительным выходом, к которому подключен вход запоминаю- Устройство работает следующим общего устройства. разом.

Предварительно при чистом и сухом

На фиг. 1 изображена структурная зеркале устанавливают начальное напсхема устройства; на фиг. 2 а,б— ряжение Уфо на выходе фотодетектора графики изменения во времени толщины 4 положительным и равным по величине слоя росы Ь на зеркале и напряжений приблизительно изменению сигнала

О х и Ц, на входе и выходе предуси- >>,U = U@<,имеющему место при налилителя; йа фиг. 3 а,б — соответствен- чии на зеркале слоя росы толщиной но характеристика вход - выход пре- Н,,,,д.При. этом за Н принята такая дусилителя и зависимость сигнала фо- толщина слоя, дальнейшее увеличение

935 которой уже не приводит к существенному увеличению сигнала U ..

Затем всякий раз при включении гигрометра в сеть предусилитель 5 входит в насыщение под действием нап- % ряжения Бфо . При этом срабатывает пороговый элемент 11, ключ 12 перехо. дит в проводящее состояние и конденсатор 13 практически мгновенно заряжается до напряжения +БСо, при ко- 14 тором за счет действия обратной связи напряжение на выходе предусилителя 5 уменьшается до величины 0@ < обеспечивающей работу порогового элемента в зоне петли гистереэиса. 1$

При использовании в качестве порогового элемента стабилитрона, а в качестве ключа — диода напряжение U> устанавливается равным. и, „,= и„+ и„+ и, (1) где U u U - соответственно нап" ряжение на стабилитроне и диоде.

При использовании активного порогового элемента, например триггера 2S

Шмитта, напряжение БВ „ независимо от типа ключа поддержйвается равным

1.19ыхо= "отп (2)

1 где U - напряжение отпускания порос/Гл гового элемента (срабатываю ния на запирание ключа 12).

При этом между входами предусилителя 5 устанавливается и поддерживается неизменным до выпадения конденсата начальное напряжение положительной полярности и, - Uy -, = U,jk, (3) где k - коэффициент усйления предусилителя.

Напряжение положительной полярнос- щ ти на входе предусилителя 5 не оказывает влияния на ток охладителя 1, так как и при равенстве их нулю усилитель

6 за счет смещения, поступающего на его вход от источника +Е,1, находится 4р в режиме, близком к насыщению, и в охладитель поступает ток максимального охлаждения.

В результате зеркало 2 интенсивно охлаждается и, начиная с момента t<, ЗФ на нем выпадает роса, а напряжения

U „ и U>b+ на входе и выходе предусилителя 5 уменьшаются (см. фиг. 2 а,б)

ВК

Как только U начинает уменьшаться, В а пороговый элемент Tl срабатывает на

"отпускание" и ключ 12 переходит в непроводящее состояние. Однако напряжение на конденсаторе 13 остается

754 6 практически неизменным и равным О, вследствие большой постоянной времени его разряда. Поэтому уменьшение

U и U> „происходит эа счет уменьшения сигнала фотодетектора U .

К моменту 1;2, когда U8 è О@„ уменьшаются до нуля, на зеркале образуется слой расы h < (см. фиг. 2а), называемый в дальнейшем балластной составляющей (из-за отсутствия его влияййя на ток охладителя 1).

Дальнейшее увеличение слоя росы

h происходит эа счет роста его раба" чей составляющей h, под действием ко. торой 11 х и 0В,„, йзменив полярность, устанавливаются вместе с напряжением на выходе усилителя мощности 6 на величину, при которой температура зеркала становится равной темпера" туре точки росы.

В момент t<, когда полярность напряжения USb > на выходе предусилителя 5 изменяется, срабатывает пороговый элемент 9, который запускает генератор 10. Через .время и ...t, достаточное для окончания переходного процесса по установлению темпера" туры зеркала на точке, росы, генератор

10 выдает на первом выходе сигнал и включает на время t .,..t< запоминающее устройство 8, в результате чего температура зеркала 2 запоминается до следующего цикла измерения.

В момент tg генератор 10 вырабатывает на втором его выходе сигнал отрицательной полярности, который переводит усилитель мощности 6 в режим интенсивного нагрева зеркала 2, в результате чего конденсат испаряется.

Через время t< ° ..t<, достаточное для полного испарения конденсата, генератор 10 приходит в исходное состояние и цикл повторяется. Причем за счет достижения равновесного состояния сис. темы в каждом цикле измерение и запоминание температуры зеркала происходит при равенстве ее температуре точки росы.

При загрязнении зеркала в процессе Работы гигрометра начальное напряжение разбаланса фотодетектора 4 постепенно уменьшается с величины 0фо до Уф„(см. фиг. 3б). При этом напряжейие на конденсаторе 13 также постепенно уменьшается за счет его

Р зрЯда с величины Upp до Ugp, "отслеживая" напряжение кафф .Причем

Ф 1 g

Разность Vfo- 1!со = 11В о остается

935754 практически неизменной и равной

Ифо 11 о = 11 о так как при соответствующем выборе параметров устройства стабилизации слоя росы, она определяется согласно равенствам (1} и (3) величиной напряжения срабатывания порогового -элемента 11.

Однако,.поскольку величина U oonределяет величину балластной составляющей слоя росы hp, то вследствие 10 постоянства И о, остается неизменной и величина h, что является отличительной особенностью предложенного гигрометра.

Для уменьшения влияния водораст- !3 воримых. загрязнений зеркала на точность гигрометра величина U> а следовательно, и h6-, задается достаточно большой, чтобы при предельно допустимом загрязнении зеркала рабо- 2у чая точка В на статической характеристике U+ = Х(ф (см. Фиг. 36) находилась на ее крутопадающем участке, где толщина слоя росы практически Ие влияет на показания гигрометра. 25

Вместе с тем величина Up одолжна быть достаточно малой, чтобы при отрицательных значениях точки росы

"расширить область измерения без замерзания конденсата. Для выполнения Зр этого требования необходимо задавать

Ug> такой величины, чтобы указанная рабочая точка В . располагалась на участке характеристики Оф =Г (ф возможно ближе к ее перегибу.

Практически величина Up задается равной 3-104 от U > ÷åìó соот,ветствует толщина слоя росы 11 3, 103 от НМакс

При заданной величине И параметры элементов устройства стабилизации толщины слоя росы определяют, пользуясь равенствами (1).(2) и (3) .

Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить при загрязнении зерка- 4> ла в широких пределах поддержание толщины слоя практически постоянной, причем достаточно малой, чтобы предотвратить переход расы в лед,и в то же время достаточной, чтобы свести до минимума погрешность от влияния водорастворимых загрязнений зеркала, а следовательно, повысить точность гигрометра.

Формула изобретения

Автоматический конденсационный гигрометр, содержащий термоэлектрический охладитель с установленным на нем зеркалом с датчиком температуры, Фотодетектор, дифференциальный предусилитель, один вход которого подключен к фотодетектору, суммирующий усилитель мощности, один вход которого подключен к предусилителю, другой — к источнику смещения, а выход - к охладителю, измерительный прибор с запоминающим устройством, генератор, выход которого подключен к третьему входу усилителя мощности, и пороговый элемент, вход которого подключен к выходу предусилителя, а выход — к входу генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен устройством стабилизации толщины слоя росы, выполненным в виде повторителя и соединенных последовательно дополнительного порогового элемента, ключа и конденсатора, подключенных к выходу предусилителя., второй вход которого через повторитель подключен к выводу конденсатора, соединенному с ключом, при .этом генератор снабжен дополнительным выходом, к которому подключен вход запоминающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 428261, кл. G 01 N 25/68, 1971.

2. Заявка Франции Н 2324002, кл. G 01 N 25/14, опублик. 1977 (прототип).

935754

xg

49 и1 зикр

&.0

g+»

ФигЗ

ВНИИПИ Заказ 4196/42 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4