Конденсационный фотоэлектрический гигрометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)972345 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 20. 11.80 (2! ) 3006883/18-25 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет

Опубликовано 07.11,82. Бюллетень hb 41

Дата опубликования описания 07.11.82 (51 } М. Кл.

GO1 и 21/81 (ооударотесииый комитет

СССР ао делен изобретений и открытий (53} УДК535.275 (088.8) (72) Авторы изобретения

-1

° !

Б. В. Радзиевский, В. И. Непогодин и И. А. Лобачев т .: ;, < .. т

1 (71) Заявитель (54) КОНДЕНСАЦИОННЬТЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКР Й

ГИ ГРЭМ ЕТР

Изобретение относится к влагометрии и может найти применение в машинострое нии, преимущественно в установках контроля состава технологических атмосфер по их влажности.

Известен конденсационный фотоэлектрический гигрометр, содержащий первичный преобразователь с установленными в нем холодильником, зеркалом, датчиком температуры, фотодетектором слоя росы и устройством очистки зеркала, схему регулирования слоя росы, вторичный прибор с программным элементом и блоком памяти. В гигрометре через определенные интервалы времени производят контроль состояния зеркала и при необходимости его очистку 1) .

Недостаток известного гигрометра состоит в пониженной надежности, обусловленной использованием электромеханических элементов с ограниченным числом срабатываний (программный переключатель, управляющий режимом работы гигрометра, блок памяти, выполненный в виде реле с самоблокировкой, конечный переключатель, ставящий на самопитание двигатель очистки на время одного оборота щетки).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является конденса- ционный фотоэлектрический гигрометр, содержащий полупроводниковый охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источник света, последовательно соедттненные фотореэистор и переменный резистор, предварительный усилитель, соединенный с фоторезистором, источник калиброванного напряжения, дифференциальный усилитель мощности, пер.вый вход которого подключен к предварительному усилителю, второй вход - к источнику калиброванного напряжения, а выход — к полупроводниковому охладителю, .вторичный прибор, соединенный с блоком запоминания и датчиком температуры, детектор порогового напряжения и динамический детектор, входы которых подклю3 972 чечы к выходу предварительного усилителя, детектор рассогласования,, вход которого подключен к выходу вторичного прибора, я генератор управляюшего напряжения, первый вход которого подключен к вы- ходу детектора рассогласования, второй и третий входы подключены к выходам динамического детектора и детектора порогового напряжения соответственно, а первый и второй выходы - к блоку запоминания и 1о первому входу дифференциального усилителя мощности соответственно.

При включении гигрометра в сеть питания зеркало охлаждается полупроводниковым охладителем. Измерительный прибор 5 при этом отключен. После выпадения росы на зеркале и стабилизации режима поддержания заданного слоя росы подключает-. ся вторичный прибор и происходит коррекция его показаний. В момент совпадения показаний вторичного прибора со значением температуры, измеренной датчиком температуры, вторичный прибор и охладитель отключаются. При этом происходит нагрев зеркала и испарейие росы с него. После 2 полного испарения росы цикл повторяется (2$ .

Однако гигрометр недостаточно надежен вследствие того, что от цикла к циклу на поверхности зеркала накаплива= Зо, ются механические частицы, вызывающие уменьшение отражательной способности зеркала и увеличение потенциала на выходе предварительного усилителя в момент отсутствия росы, При достижении потенциалом порога срабатывания детектора по рогового напряжения нагрев зеркала со» храняется и при полном испарении росы.

При этом автоколебательный режим работы прекращается и гигрометр теряет ра о ботоспособность. Кроме того, прекращение автоколебательного режима не находит отражения на шкале вторичного прибора, .так как он сохраняет результаты последнего измерения, которые могут отличаться от истинного значения точки росы в данный

45 момент.

Бель изобретения - повышение надежности и достоверности показаний.

Поставленная дель достигается тем, . что конденсационный фотоэлектрический гигрометр, содержащий полупроводниковый охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источник света, последовательно соединенные фото- SS резистор и переменный резистор, предварительный усилитель, соединенный с фоторезистором, источник калиброванного на345 ф пряжения, дифференциальный усилитель мошности, первый вход которого подключен к предварительному усилителю, второй вход - к источнику калиброванного напряярния, а выход - полупроводниковому охГладителю, вторичный прибор, соединенный с блоком запоминания и датчиком температуры, детектор порогового напряжения и динамический детектор, входы которых подключены к выходу предварительного усилителя, детектор рассогласования, вход которого подключен к выходу вторичного прибора,, и генератор управляющего напряжения, первый вход которого подключен к выходу детектора рассогласования, второй и третий входы - к выходам динамического детектора и детектора порогового напряжения соответственно, а первый и второй выходы - к блоку запоминания и первому входу дифференциального усилителя мощности соответственно, снабжен устройством очистки зеркала и селектором импульсов, вход которого подключен к точке соединения второго выхода генератора управляюшего напряжения и первого входа дифференциального усилителя мошности, а выход - к устройству очистки зеркала.

На чертеже показана блок-с:хема предлагаемого гигрометра.

Устройство содержит полупроводниковый охладитель 1, на котором установлено зеркало 2 и датчик 3 температуры, которые находятся в тепловом контакте с зеркалом 2. Над зеркалом 2 установлен источник 4 света и фоторезистор 5, соединенный последовательно с переменным резистором 6, выполненным, например, в виде дополнительного фоторезистора 7 с регулируемым источником 8 света.

Точка соединения резисторов 5 и 6 подсоединена к входу предварительного усилителя 9, выход которого подсоединен к первому входу дифференциального усилителя 10 мошности, к второму входу ксторого подключен источник 11 калиброванного напряжения (). Выход дифференциального усилителя 10 мошности подсоединен к полупроводниковому охладителю 1,, Датчик 3 температуры соединен со вторичным прибором 12, соединенным с блоком 13 запоминания, вход которого подключен к первому выходу генератора

14 управляющего напряжения, второй выход последнего подключен к входу дифференциального усилителя 10 мощности.

5 9723

Устройство содержит динамический детектор 15 и детектор 16 порогового напряжения, входы которых подключены к выходу предварительного усилителя 9, и . детектор 17 рассогласования, вход которо-5 го подключен к вторичному прибору 12.

Выходы детекторов 17, 15 и 16 подключены соответственно на первый, второй и третий входы генератора 14 управляющего напряжения.

Устройство дополнительно снабжено селектором 18 импульсов, вход которого подсоединен к второму выходу генератора 14 управляющего напряжения, а выходк устройству очистки зеркала, выполнен- И ному в виде двигателя 19 с, закрепленной на его валу щеткой 20.

Генератор 14 управляющего напряжения" выполнен в виде электрически связанных электронных ключей .,двухвходового 2 1 и 20 одновходовых — переключающего 22 и размыкающего 23.

Ключ 21 снабжен элементом задержки на размыкание. замыкающих контактов для устранения сбоев в работе схемы при дви-И жении щетки 20. Задержка определяется временем переключения ключа 23.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания на зеркале 2 роса отсутствует. При этом в точке соединения резисторов 5 и 7 и на входе предварительного усилителя 9 потенциал равен нулю. В случае, если этот потенциал окажется отличным от нуля, в гигро метре предусмотрена корректировка его путем изменения силы света источника 8 света. При нулевом потенциале на входе и, следовательно, на выходе предварительного усилителя 9 потенциал на первом входе и дифференциального усилителя 10 мощности и входах детекторов 15 и 16 также равен нулю. Под действием потенциала Р< от источника 11 калиброванного напряжения дифференциальный усилитель

10 мощности включает полный ток охлаждения зеркала 2. До тех пор, пока на зеркале 2 не выпадает роса, íà выходах детекторов 15 и 16 устанавливается логический нуль. Детектор 17 рассогласования формирует на своем выходе логическую единицу до тех пор, пока температура, измеренная датчиком 3 температуры, отличается от показаний вторичного прибо55 ра 12, т. е. в переходном режиме после включения гигрометра на выходе детектора 17 рассогласования в общем случае присутствует логическая единица. Эта ло45 4 гическая единица поступает на первый вход генератора 14 управляющего напряжения, и пройдя через ключ 21, переключает ключ 22. Однако при отсутствии сигнала на входах генератора 14 на его выходах сигнал также отсутствует, что обеспечивает режим охлаждения зеркала и неизменность показаний вторичного прибора

12 (так как наличие логического нуля на входе блока 13 запоминания приводит, например, к отключению балансирного двигателя вторичного прибора 12). В момент, когда температура зеркала 2 достигает температуры конденсации, на нем начинает выпадать роса, что приводит к изменению светового потока на фотореэивтор 5 и, следовательно, к изменению потепциала на выходе предварительного усилителя 9, на входах дифференциального усилителя 10 мощности и детекторов 15 и

16. Причем в начале осаждения росы срабатывает только динамический детектор 15, который формирует логическую единицу на выходе. Такая функция динамического детектора обеспечивается дифференцированием иэменяк шегося входного сигнала и выпрямлением полученной производной.

Однако логическая единица, поступившая с динамического детектора 15, не проходит на выход генератора 14 управляющего напряжения, так как замыкающие контакты ключа 21 остаются разомкнутыми. Под воздействием логической единицы, поступающей с динамического детектора 15, ключ 23 размыкается.

По мере осаждения росы сигнал на выходе предварительного усилителя 9 возрастает до величины порога срабатывания Е2 детектора 16 порогового напряжения. При этом должно быть выполнено условие E 7 р, т. е. детектор 16 отмечает наличие росы раньше, чем ее слой достигает величины, определяемой напряжением Е1 и поддерживаемой системой регулирования. По достижении напряжения на входе детектора 16 величины порога срабатывания на его выходе появляется логическая единица. Однако и этот сигнал не проходит на выход генератора 14 изза того, что ключ 23 разомкнут.

В момент, когда напряжение на выходе предварительного усилителя 9 достигает величины E система регулирования после нескольких колебаний стабилизирует слой росы и, следовательно, напряжение на выходе предварительного усилителя 9.

Одновременно на выходе динамического детектора 15 логическая единица с .еняется на нуль, ключ 23 возвращается в

972 исходное состояние и логическая единица детектора порогового напряжения 16 проходит на ключ 22. Дальнейший путь сигнала зависит от того, совпадает ли произведенное датчиком 3 температуры изме- ф ренйе с показаниями вторичного прибора

12 или нет. В случае несовпадения этих показаний логическая единица, поступающая на вход ключа 22, проходит на первый выход генератора 14 управляющего 36 напряжения, а затем на вход блока 13 зап ом инания. Балаисирный двигатель (не показан) вторичного прибора 12 получает питание и производит коррекцию показаний вторичного прибора 12. Вмомент,,когда М показания вторичного прибора 12 совпадают с измеренным значением точки росы, на выходе детектора 17 рассогласоваиия и на входе блока 13 запоминания сигналы становятся равными нулю и цепь баланм сирного двигателя вторичного прибора 12 размыкается, чем обеспечивается запоминание результата измерения. Одновременно логическая единица, присутствующая на входе ключа 22, поступает на второй вы-2$ ход генератора 14 управляющего напряжения и переключает ключ 21. Сигнал со второго выхода генератора 14 поступает на первый вход дифференциального усилителя 10 и отключает ток охлаждения. В Зп том случае, когда измеренная температура совпадает с показаниями вторичного прибора 12, на выходе. детектора 17 рассогласования сигнал рассогласования равен нулю, следовательно, ключ 22 остается в исходном положении. При этом логическая единица, присутствующая на входе ключа

22, поступает на второй выход генератора 14 управляющего напряжения, переключает ключ 21 и, поступая на первый вход дифференциального усилителя 10 мощности, отключает ток охлаждения. Сиг ныл сс второго выхода генератора 14 управляющего напряжения поступает также на вход селектора 18 импульсов. Причем на его выходе логическая единица появляется только по истечении времени большего, чем время, необходимое для полного

) испарения росы с зеркала при его нагреве, Нагрев зеркала и начало испарения росы вызывает появление логической единицы

36, ны выходах детекторов 17 и 15. Однако сигнал на выходах генератора 14 управ» .ляюшего напряжения остается неизменным, и как логическая единица с выхода детектора 17 рассогласования не проходит ны ключ 22 из-эа того, что раэмыкающие контакты ключа 21 поддерживаются в разомкнутом состоянии сигналом с выхо345 8 да раэмыкающих контактов ключа 22. Сигнал с выхода динамического детектора 15, воздействуя на ключ 23, отключает сигнал с детектора 16 порогового напряжения., При этом источником сигнала, поступающего на второй выход генератора 14, становится динамический детектор 15.

Сигнал на его выходе и, следовательно, сигнал на втором выходе генератора 14 управляющего напряжения (и соответст венно нагрев зеркала) сохраняется до олного испарения конденсата.

Изменение сигнала на выходе детектора 16 порогового напряжения не передается на выход генератора 14, так как сигналом с его второго входе отключен ключ 23. В момент, когда заканчивается испарение росы, на выходе динамического детектора 15 и на выходах генератора

14 управляющего напряжения сигналы становятся равными нулю, и гигрометр приходит в исходное состояние.

Появление нулевого сигнала на втором выходе генератора 14 приводит к включению полного тока охлаждения и отключению селектора 18 импульсов, который после отключения сигнала на входе переходит в первоначальное состояние, и цикл работы гигрометра повторяется.

В процессе работы гигрометра на поверхнос ти зеркала 2 осаждается слой загрязнения, который уменьшает его отражающую способность. Это вызывает увеличение потенциала на выходе предварительного усилителя 9 в момент отсутствия росы.

Величина потенциала тем больше, чем больше слой загрязнения, и при достижении за счет загрязнения на выходе предусилителя 9 потенциала большего E@ на выходе детектора 16 порогового напряжения логическая единица сохраняется и после полного испарения росы. Это приводит к прекращению автоколебательного режима работы гигрометра и поддержанию сигнала на втором выходе генератора 14 управляющего напряжения на время, достаточное для срабатывания селектора 18 импульсов, который не получает очередного отключающего сигнала (как при автоколебательном режиме) и по истечении заданного времени подключает двигатель

19 к второму выходу генератбра 14 управляющего напряжения. Двигатель 19 получает питание и приводит в движение щетку 20 очистки. Схема гигрометра позволяет осуществить контроль за движением шетки и остановку ее после очист

1. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2995359, кл. 501 и 21/81, 22.10.80.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2943918, кл. 501 N 21/81, 24.06.82 (прототип).

9 9723 ки зеркала в положение, когда зеркало полностью открыто. Происходит это следующим образом.

Вращаясь, щетка 20 перекрывает лучи света на фоторезистор 5, что вызывает 5 увеличение потенциала на выходе предварительного усилителя 9 до значения большего Eg . Изменение потенциала в свою очередь вызывает на выходе динамического детектора 15 появление сигнала (ло- и гическая единица), который через замыкающие контакты ключей 21 и 22 поддерживает движение шетки 20..После полного закрытия зеркала 2 щеткой сигнал на выходе динамического детектора 15 превра- шается в нуль. Ключ 23 снова замыкает ся и сигнал (логическая единица) с детектора 16 порогового напряжения через ключ 22 и 23 поддерживает движение щетки 20. В момент начала открытия 26 зеркала на выходе динамического детектора 15 появляется сигнал (логическая единица), который поддерживает движение щетки 20 до полного открытия зеркала.

После полного открытия зеркала 2 на вы-2з ходах детекторов 15 и 16 устанавливает ся сигнал логический нуль. Гигрометр го тов к работе и цикл измерения повторяется

Предлагаемое изобретение позволяет значительно увеличить надежность гигро- За метра за счет устранения сбоев в его работе, вызываемых загрязнением зеркала, и устранения необходимости выделения времени на контроль чистоты при работе гигром е тра.

Зэ

Одновременно подключение элемента задержки ко второму выходу генератора управляющего напряжения позволяет использовать для управления двигателем устройства очистки зеркала динамический детектор, который является более надежным в эксплуатации по сравнению с механическим конечным переключателем, что, также способствует повышению надежности.

Формула изобретения

Конденсационный фотоэлектрический, гигрометр, содержащий полупроводниковый

45 10 охладитель с установленными на нем зеркалом и датчиком температуры, источ ник света, последовательно соединенные фоторезистор и переменный резистор, предварительный усилитель, соединенный с фоторезистором, источник калиброванного напряжения, дифференциальный усилитель мошности, первый вход которого подключен к предварительному усилителю, второй вход - к источнику калиброванного напря« жения, а выход - к полупроводниковому охладителю, вторичный прибор, соединенный с блоком запоминания и датчиком температуры, детектор порогового напряжения и динамический детектор, входы которых подключены к выходу предварительного усилителя, детектор рассогласования, вход которого подключен к выходу втоуичного прибора, и генератор управляющего напряжения, первый вход которого подключен к выходу детектора рассогласования, второй и третий входы - к выходам динамического детектора и детектора порогового напряжения соответственно, а первый и второй выходы - к блоку запоминания и первому входу дифференциального усилителя мощности, соответственно, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и достоверности показаний, он снабжен устройством очистки зеркала и. селектором импульсов, вход которого подключен к точке соединения второго выхода генератора управляющего напряжения и первого входа дифференциального усилителя мощности, а выход - к устройству очистки зеркала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

972."4;

Составитель А. Чурбаков

Редактор С. Юско Техред Т.Маточка Корректор О. Билак

Заказ 8505/32 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., g. 4/5

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