Гигрометр точки росы

(54) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ 1Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и измере.ния влажности смеси газов, в частности воздуха, и может быть использовано в технологических аппаратах химического, нефтеперерабатывающего, металлургического .и друтих производств.Известен гигрометр, работающий на оптичес. ком принципе и содержащий камеру с отражающей охлаждаемой поверхностью, источником света и фотоприемником, включенным в мосто.0 вую измерительную . схему (11. Недостатком этого гигрометра являетсячрезвычайная сложность технологии изготовления внутренней отражающей поверхности каме.,ры, имеющей форму эллипсоида вржцения,Кроме того, чувствительность устройства недостаточна иэ - за того, что в объеме с охлаждаемымгазом должно образовываться достаточное количество конденсата, чтобы появился выходной20сигнал,Наиболее близким по технической сущностик предлагаемому является гигрометр, состоящий кз камеры любой удобной для технолоп 2ческого изготовления формы с входным и выходным отверстиями, с поверхностью, диффузно отражающей свет, В камере размещеньь фото.вприемники, по периметру чувствительной повер. .хности одного из которых расположен повертель и два термочувствительных элемента, одни из которых расположен в области действия охладителя, а другой - у одного из отверстий камеры, например, входного, Фотоприемники и термочувствительные элементы вклточены в из. мернтеЛьные схемы мостового типа.Для увеличения эффекта поглощения и, следовательно, получения максим зльно возмож. ной чувствительности, гигрометр работает в инфракрасной области излучения (21.Однако при высокой чувствительности гигрометра его точность недостаточна иэ за того, что при охлаждении фотоприемника меняется его характеристика н возникает погрешность в показаниях индикатора ( в измерительной диагонали термостата измери.тельной схемы, которая сбалансирована для неохлажденного фотоприемника), определяемая флуктуацией термохарак геристики фото97997 приемника. Кроме того, изза нелинейнойзависимости поглощения ннфракраспях лучейот концентрации паров исследуемого газаточность различна при работе с газом различной концентрации.5Целью изобретения является увеличениеточности определения влажности исследуемойсреды.Для достижения указанной цели в гигрометре точки росы, содержащем камеру с входным 10и выходным отверстиями, размещенные внутрикамеры источник света, два фотоприемника,охладитель, два термочувствительных элемента,один из которых расположен в зоне действияохлацителя, а также измерительную схему, в 15которую включены фотоприемники и термочувствительные элементы, охладитель размещенв контакте с источником света, на оптическойоси которого расположен один из фотоприемников, при этом другой фотоприемник ориентирован к этой оптической оси под углом, величина которого лежит в диапазоне а, . аа 2где аи а - соответственно грани шыеуглы диаграммы направленности излучения источника света в отсутствие и при наличии конденсата на его поверхности.Кроме то 1 о, источник света снабжен световодом, по периметру которого расположен охладитель.На чертеже схематично представлена конструк-,З 0ция камеры,В стенках камеры 1 размещен источник света 2, укрепленный на световоде 3, по торцукоторого размещен охладитель 4; соосно с источником света 2 на противоположной сторонекамеры 1 расположен первый фотоприемник 53в обоймедиафрагмы:б; под углом а, относительно оптической оси, на которой расположеныисточник света 2 и первый фотоприемник 5,расположен второй фотоприемник 7. Первый40термочувствительный элемент 8 расположен внепосредственной близости к световоду 3 иохладителю 4, второй термочувствительныйэлемент 9 расположен в любой точке камеры 1вне области действия охладителя предпочтительно у входного отверстия 10, Камера 1 имеетдва технологических отверстия 10 и 11 дляпрокачки газа. Фотоприемник 5, 7 и термочувствительные элементы 8, 9 включены в мостовые измерительные схемы - фотомост 12 и термостат 13,Гигрометр работает следующим образом,Анализируемый газ протекает по камере 1, поступая в отверстие 10 и выходя из отверстия 11, Поток излучения, формируемый источникомсвета 2, поступает на расположенный прямо напротив него фотоприемник 5 и в его выходной цепи начинает протекать ток, который 8 1уравновешивается током в других плечахфотомоста 12,В исходном состоянии в отсутствие конден.сата на поверхности световода 3 источник све.та 2 имеет узкую диаграмму направленности,которая характерна для таких источников светакак светодиоды. Угол раствора диаграммы,отсчитанный от оптической оси не превышает10, и практически весь световой поток попадает на фотоприемник 5. Необходимую величину выходного тока фотоприемника 5, котораясоответствует рабочей точке в середине егохарактеристики, устанавливают, регулируя освещенность входного окна фотоприемника с попощью диафрагмы б. Термостат 13 в исходном состоянии также уравновешен.После включения охладителя 4 температура световода 3 понижается и на нем выпадает кон. денсат. Появление капелек конденсата на поверхности световода 3 приводит к резкому изменению диаграммы направленности излучения вследствие диффузного рассеяния света, и угол а увеличивается, Увеличение угла диаграммы направленности происходит практически мгновенно с выпадением первых капелек конденсата. В результате световой поток поступает на входное окно второго фотоприемника 7, расположенного под углом, меньшим предельного угла диаграммы излучения, и на выходе его появляется ток, а освещенность входного окна первого фотоприемника 5 уменьшается и выходной его ток также уменьшается. Таким образом при выпадении конденсата появляется ток в измерительной диагонали фотомоста 12.Одновременно в измерительной диагоналитермостата 13 тоже появляется ток, пропорциональный разности температур термочувствитедьных элементов 8 и 9, из которых элемент 8 охлаждается от непосредственного контакта с охладителем 4.Процесс конденсации пара состоит из двух этапов - сначала происходит капел ьная, затем наступает пленочная конденсация. Уже на первом этапе при появлении микрокапель на излучаю. щей поверхности возникают условия диффузного рассеяния света и диаграмма направленности изменяется практически скачком, причем угол раствора а, достигает 90. Величина уг. ла а не зависит от вида конденсата, так как конденсат любого газа имеет коэффициент преломления значительно превышающий коэффициент преломления самого газа и, таким образом, всегда будут соблюдены условия диффузного рассеяния света, в том числе и на конденсате водяного пара, присутствующего в смеси исследуемых газом, Толщина пленки кснденсата также не влияет на величину угла а так как979978 5сигнал в измерительной схеме появляется ещена первом этапе конденсации,Фотоприемник 7 может бьггь установленпод любым углом в пределах 10 а90,Гигрометр предлагаемой конструкции позволяет производить отсчет непосредственно в единицах влажности, в которых проградуированашкала индикатора в измерительной диагоналитермостата 13,При использовании в качестве источника 16света и фотоприемника пары, работающейв инфракрасном диапазоне, чувствительностьгигрометра, работающего на эффекте поглощения излучения в инфракрасной области спектра, будет высока. 15Точность регистрации точки росы достигаетсястабилизацией рабочей характеристики фотоприемника 5 эа счет того, что фотоприемник 5чво время измерения находится при постоянноитемпературе, кроме того, благодаря возможнос- эпти выбрать рабочую точку на середине рабочегоучастка характеристики, работа всегда происходит на квазилинейном участке характеристики, что дает возможность работать с высокойточностью в широком диапазоне концентраций 25паров в исследуемой среде.Размещение охладителя 4 по торцу световода 3, соединенного со световодом 2 позволяетувеличить надежность и долговечность работыгигрометра эа счет того, что светодиод также щработает при постоянной температуре,В качестве световода может быть использован столбик иэ стекла диаметром, равнымдиаметру светодиода.Остальные элементы конструкции гигрометра,такие как охладитель и термочувствительныеэлементы, могут быть выполнены в видеполупроводникового холодильника и микротермистеров, соответственно,Предлагаемый гигрометр отличается простотой технологии изготовления, так как не требуется специальной обработки внутренней поверхности камеры для диффузионного рассея. ния света. Формула изобретения 1. Гигрометр точки росы, содержащий камеру с входным и выходным отверстиями, размещенные внутрикамеры источник света, двафотоприемника, охладитель, два термочувствительных элемента, один иэ которых расположенв зоне действия охладителя, а также измерительную схему, в которую включены вышеука.занные фотоприемники и термочувствительныеэлементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерений, в немохладитель размещен в контакте с источникомсвета, на оптической осп которого расположенодин из фотоприемников, прп этом другой фотоприемник ориентирован к этой оптической осипод углом, величина которого лежит в диапазоней ( й ( й, где й и й - соответственнограничные углы диаграммы направленности излучения источника света в отсутствие и при наличии конденсата на его поверхности.2, Гигрометр по и. 1 о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что в нем источник света снабженсветоводом, а охладитель размещен по его пе.риметру.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Р 359994,кл. 6 01 й 25/бб, 1974.2, Авторское свидетельство СССР по заявкеУ 2871334/25, кл, 6 01 й 256 б, 1980 (прототип).Составитель С, НепомнящаяТехред М, Гергель Корректор Л. Ькван Редактор А. Шандор Полписипе Филиял П 11 П Чагент". г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 9349/33 Тираж 887,ВИИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва. Ж 35, Раушская наб., д, 4(5