Компенсационный гигрометр

Союз Советск ихСоциалистическихРеспублнк ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОпубликовано 15.03.81. Бюллетень 10Дата опубликования описания 25.03.81 по делам изобретений и открытий(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике, а именно к автоматическим гигрометрам, предназначенным для непрерывного измерения влажности газов по их температуре точки росы, и могут найти применение в машиностроении, например, ддя измерения влажности защитной технологической атмосферы при-термической и химико-термической обработке деталей, а также в метеорологии, например на метеостанциях.Известны компенсационные гигрометры, содержащие источник света, оптическую систему, зеркало, фотопреобразователь, термоэлектрический холодильник, термометр ивольтметр 11.Наиболее близким к изобретению является компенсационный гигрометр, содержащий источник света, оптическую систему, термоэлектрический холодильник, на котором установлено зеркало с термометром, вольтметр, последовательно соединенные фотоэлектрический мост, дифференциальный усилитель, избирательный усилитель и детектор, а также последовательно включенные генератор тока низкой частоты и сумматор, включенный на входе термоэлектрического-холодильника и связанный через регулятор тока с выходом дифференциального усилителя 21 .Недостатком этого гигрометра являетсяпониженная надежность из-за быстрого выхода из класса точности и потеря работо 5 способности вследствие малой величины допустимого загрязнения зеркала. Объясняет.- ся это тем, что первоначальная толщина слоя росы, которая определяет степень критического загрязнения зеркала, не может быть задана превышающей значительно, наприто мер в 10 - 20 раз, граничную толщину слоя,так как при этом нарушается пропорциональная зависимость компенсирующего напряжения от толщины слоя росы, и в системе возникают неуправляемые колебания, нарушающие нормальную работу системы компенсации загрязнения зеркала и гигрометра в целом.Цель изобретения - повышение точности. 2 п Поставленная цель достигается тем, чтов известное устройство дополнительно введены диод и последовательно соединенные повторитель напряжения и интегратор, вход которого связан с детектором, а выход повто 813207рителй напряжения включен в разрыв плеча фотомоста.С целью уменьшения времени от момента включения гигрометра в сеть до установления показаний выход интегратора соединен с выходом дифференциального усилителя через диод.На чертеже представлена схема гигрометра.Устройство содержит первичный преобразователь 1, блок 2 управления и вторичный прибор 3. Первичный преобразователь 1 состоит из герметизированной камеры, внутри которой размещены источник света 4, рабочее 5 и вспомогательное 6 зеркала, а также рабочий 7 и балластный 8 фоторезисторы. Под рабочим зеркалом 5 размещены термоэлектрический холодильник 9 и термометр 10, соединенный со вторичным прибором 3.Блок 2 управления представляет собой электронное устройство, содержащее резистор 11, резистор 12, зашунтированный замыкающим контактом 13 кнопочного выключателя, потенииометр 14, которые образуют с фоторезисторами 7 и О фотоэлектрический мост. Выход моста присоединен к предусилителю 15. Выход предусилителя 15 соединен с регулятором 16 тока, питающим термоэлектрический холодильник 9. Блок 2 управления содержит также устройство непрерывной автоматической компенсации загрязнения зеркала и поддержания тонкого слоя конденсата на нем. Оно состоит из генератора тока низкой частоты 17, соединенного через сумматор 18 с термоэлектрическим холодильником 9, и избирательного усилителя 19, вход которого присоединен к выходу предварительного усилителя 15, а выход - к детектору 20, Выход детектора 20 подключен к входу интегратора, выполненного, например, в виде соединенных последовательно зарядно-разрядного резистора 21 и накопительного конденсатора 22. Выход интегратора зашунтирован вторым замыкающим контактом 23 кнопочного выключателя и включен в разрыв плеча фотомоста через повторитель 24 напряже-. ния, На выходе повторителя 24 включен вольтметр 25. Для уменьшения времени от момента включения гигрометра в сеть до установления показаний выход интегратора может быть соединен также с выходом пред- усилителя 15 через диод 26, включенный встречно с диодами детектора 20.Устройство работает следующим образом, При настройке гигрометра в работу контактами 13 и 23 кнопочного выключателя закорачивают резистор 12 и накопительный конденсатор 22 интегратора. Затем движком потенциомегра 14 устанавливают на выходе предусилителя 15 напряжение равное нулю. Напряжение контролируют, например, с помощью вольтметра (на схеме не показан), 55 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 4После размыкания контактов 13 и 23 кнопочного выключателя на выходе фото- моста образуется напряжение разбаланса, равное в первоначальный момент падению напряжения 11 на резисторе 12. Напряжение первоначального разбаланса устанавливают в несколько, например, 10 - 20 раз больше, чем это необходимо для изменения напряжения на выходе предусилителя 15 от нуля до насыщения, благодаря чему исключается потеря работоспособности гигрометра при значительных загрязнениях зеркала и обеспечивается длительная работа без чистки зеркала. При этом через холодильник 9 протекает от регулятора 16 тока максимальный ток, зеркало 5 интенсивно охлаждается. Однако напряжение на входе и выходе повторителя напряжения 24 остается при этом равным нулю. Когда температура зеркала достигает значения точки росы исследуемого газа, на поверхности зеркала начинает выпадать конденсат, вследствие чего отражательная способность зеркала уменьшается. Это вызывает увеличение сопротивления фоторезистора 7 и уменьшение разбаланса фотомоста. Для достижения равновесия в системе регулирования толщина слоя конденсата на зеркале стремится возрасти до сравнительно большой величины, определяемой величиной первоначального разбаланса фото- моста. Однако когда толщина слоя достигает величины, при которой предусилитель 15 выходит из насыщения, а температура зеркала 5 принимает значение, близкое к точке росы исследуемого газа, срабатывает устройство поддержания тонкого слоя росы. При этом переменный ток, вырабатываемый генератором тока низкой (преимущественно 0,1 - 1 Гц) частоты 17, накладываясь в сумматоре 18 на постоянный ток регулятора 16 тока, изменяет периодически тем пературу рабочего зеркала 5 на величину ЬТ с частотой переменного тока. Величину этого тока устанавливают такой, чтобы колебания температуры ЬТ зеркала было равно примерно 0,05 - 0,1 С, что практически не влияет на точность измерения среднего значения температуры точки росы.Из-за колебаний температуры зеркала толщина слоя росы на нем начинает также периодически изменяться с частотой тока, так как в одном из полупериодов колебаний температура зеркала превышает температу- ру точки росы и. конденсат частично испаряется, а в другом полупериоде происходит осаждение конденсата. Колебания толщины слоя конденсата вызывают периодические изменения отражательной способности зеркала 5, вследствие чего в вь:ходном сигнале фотомоста и пред- усилителя 15 появляется переменная составляющая низкой частоты. Эта составляющая сигнала усиливается избирательным усилителем 19 и преобразуется детектором 20в постоянное напряжение, которое черезинтегратор и повторитель 24 напряжения поступает в качестве компенсирующего напряжения в плечо фотомоста навстречу падению напряжения на резисторе 12. В результате происходитуменьшение суммы напряжений, величина которой определяет толщину слоя конденсата на зеркале.Уменьшение сигнала ошибки на выходефотомоста приводит в процессе отработкисигнала к уменьшению тока питания холодильника, и, как следствие, к отклонению(в сторону повышения) среднего значениятемпературы зеркала от температуры точкиросы, а также к уменьшению толщины слояросы на нем,После того, как толщина Н слоя росыуменьшится до величины, равной максимальному размаху Ь 1 его колебаний, вызываемых током низкои частоты, сигнал навыходе избирательного усилителя 19 начинает уменьшаться, так как при Н ( ЬЬ 20конденсат на зеркале отсутствует на протяжении части полупериода колебаний и,следовательно, не происходит в это времяизменения отражательной способности зеркала, При дальнейшем уменьшении толщи 25ны .слоя росы напряжение на выходе избирательного усилителя 19 и выпрямителя 20уменьшается до такой величины, что нарастание напряжения 1.1, прекращается. Этоприводит в конечном итоге к стабилизациитолщины слоя росы на малой величине. Тем- З 0пература зеркала, измеряемая посредствомтермометра 10 и вторичного прибора 3, приэтом выше температуры точки росы, но отличие их незначительно.По показаниям вольтметра 25, измеряющего величину компенсирующего напряжения 1)судят в процессе эксплуатации гигрометра о степени загрязнения зеркала и необходимости его чистки.При наличии в схеме диода 26 после.включения гигрометра в работу происходит 40быстрый заряд накопительного конденсатора 22 интегратора выходным напряжениемусилителя 15 через диод 26 до такой степени, что напряжение разбаланса фотомостаи напряжение на выходе усилителя 15 уменьшается до величины, при которой диод 26 45запирается.В дальнейшем работа гигрометра протекает аналогично рассмотренному. Однаковремя выхода его в режим с малым слоемконденсата на зеркале сокращается за счет предварительного подзаряда накопительного конденсатора интегратора, что уменьшает время от момента включения гигрометра в сеть до установления правильных показаний.Данное изобретение позволяет повысить точность и надежность гигрометра за счет увеличения продолжительности работы между его подстройками, а также за счет исключения из схемы гигрометра элементов с нестабильными параметрами (компенсирующего фоторезистора и лампы накаливания) .Соединение же выхода интегратора с выходом предусилителя через диод, включен. ный встречно диодам выпрямителя, позво. ляет сократить время от момента включения гигрометра в сеть до установления правильных его показаннй, т. е. повысить готовность прибора к работе.Формула изобретения1. Компенсационный гигрометр, солержащий источник света, оптическую систему, два зеркала, одно из которых установлено на термоэлектрическом холодильнике с термометром, вольтметр, последовательно соединенные фотоэлектрический мост, дифференциальный усилитель, избирательный усилитель и детектор, а также последовательно включенные генератор тока низкой частоты и сумматор, включенный на входе термоэлектрического холодильника и связанный через регулятор тока с выходом дифференциального усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительного введены диод и последовательно соединенные повторитель напряжения и интегратор, вход которого связан с детектором, а выход повторителя напряжения включен в разрыв плеча фотоэлектрического моста.2. Гигрометр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени готовности к работе, выход интегратора соединен с выходом дифференциального усилителя через диод.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР265500, кл. б О М 21/50, 1970. 2. Патент США3623356, кл. 73 в 7 А,опчблик. 1971 (прототип).витель А А. Бойк СостТехред Тираж И Государст делам изоб Москва, Ж - П Патент,ВНИИ по 113035,илиал ППРедактор М. Петров Заказ 288/51 венного ретений 35, Рау г. Ужго Чурбаковас Корректор В. СиницкаПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/5од ул Проектная 4