Конденсационный гигрометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 72706 А 601 И 2566 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВ ТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Черновицкий государственный университет(56) Авторское свидетельство СССР М 1109617, кл. 6 01 И 25/бб, 1984.Авторское свидетельство СССР Иг 802861, кл. 6 01 К 25/бб, 1981. 54) КОНДЕНСАЦИОННЫИ ГИГРОМЕТР(57) Использование; техника измерениявлажности, Сущность изобретения: конденсационный гигрометр содержит термоэлекИзобретение относится к технике измерения влажности, а именно к устройствам для измерения относительной влажности и температуры воздуха, и может быть использовано для измерения этих параметров при проведении технологических процессов в химической промышленности, метеорологии, медицине и т,д., применяться в системах кондиционирования воздуха, системах автоматического регулирования влажности и температуры окружающей среды, в гидростатах и камерах влажности, термовлагостатах и т.п.Известен конденсационный гигрометр, в котором датчик росы содержит два плоско- параллельных электрода, на которых установлены штыри, причем зазор между концами штырей и внутренней поверхностью меньше средней высоты выпадающих капелек росы.Недостатколяется низкая ч м известного гигрометра явувствител ьность вследствие трический охладитель, соединенный с управляемым источником питания, первый и второй датчики температуры, подключенные последовательно к фотоэлектрической схеме обнаружения конденсата. Чувствительный элемент расположен на конденсационной поверхности и последовательно подключен к источнику питания и блоку управления и измерения, Конденсационная поверхность с чувствительньм элементом выполнена в виде электрохимического индикатора. Кроме того, гигрометр снабжен измерительным преобразователем, элементом температурной коррекции, функциональным преобразователем и пороговы,. элементом. 3 ил. Ятого, что фиксация точки росы производитсятолько по измерению сопротивления датчи- (ка. Это приводит к уменьшению точности инадежности определения точки росы, особенно при измерениях влажности в малыхзамкнутых обьемах, а также в запыленных аобьемах,Наиболее близким к изобретению является конденсационный гигрометр, содержащий термоэлектрический охладитель,соединенный с управляемым источником питания, первый и второйдатчикитемпературы, Оподключенные к блоку управления и измере- Ония, источник и приемник излучения, подключенные последовательно к Зфотоэлектрической схеме обнаружения конденсата, чувствительный элемент, расположенный на конденсационной поверхности ипоследовательно подключенный к источникупитания и блоку управления и измерения.Недостатки известного устройства следующие, Фотоэлектрическая схема обнару 1772706жения конденсата обладает низкой чувствительностью, т,к, сигнал (собственная чувствительность) системы определяется как площадью поверхности чувствительного элемента (зеркальца) так и минимально необходимыми размерами капелек конденсата. Измерение температуры тоцки росы производится при наличии слоя конденсата на поверхности, который непрерывно поддерживают на постоянном уровне. При этом Тр может отличаться от истинного значения температуры конденсации, Надежность обнаружения конденсата сильно зависит от степени загрязненности поверхности, температурных условий и от времени. Главным недостатком является невозможность получения заданной точности в замкнутых малых обьемах (даке при неизменном давлении) из-за необходимости поддержания определенного слоя конденсата при низких значениях влажности.Целью изобретения является повышение надежности фиксации точки росы путем конвергенции двух независимых между собой сигналов.Указанная цель достигается тем, что в конденсационном гигрометре, содержащем конденсационное зеркало, размещенное на термоэлектрицеском охладителе, датчик температуры и фотоэлектрическую схему обнарукения конденсата, выход которой подключен к функциональному преобразователю, конденсационное зеркало выполнено в виде твердотельного электрохимицеского индикатора конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразования сигнала твердотельного электрохимического индикатора конденсата, вход которой подключен к индикатору, а выход - ко второму входу функционального преобразователя,Для фиксации температуры точки росы при циклическом ее измерении путем снижения температуры и определения параметров физико-химических измерений, происходящих на конденсационной поверхности и в чувствительном элементе, используется комбинированная схема обнаружения конденсата: фотоэлектрицеская схема, в которой используется принцип изменения светового потока при прохождении через оптические среды (изменение оптической плотности и цвета слоя конденсата чувствительного элемента) и электрохимическая схема, основанная на изменении физико-химических свойств чувствительного элемента при наличии на нем влаги (изменение электропроводности, потенциала электродов и цвета поверхности чувствительного элемента),Определение температуры точки росы сповышенной точностью производится путем конвергенции и умножения двух взаимосвязанных между собой эффектов5 (оптического и электрохимического) как повремени, так и по реакции на наличие конденсата. Связь сигналов комбинированнойсхемы обнаружения конденсата между собой посредством функционального преоб 10 разователя и порогового устройствапозволяет получить результирующий сигнал, величинакоторого является функциейих произведения, причем чувствительностькомбинированной схемы обнаружения кон 15 денсата при этом значительно превышает.как чувствительность отдельно взятых схем,так и их суммарное значение, Отказ однойиз схем обнаружения конденсата не приводит к выводу из строя комбинированной20 схемы в целом. Например, если цвет конденсационной поверхности не изменился вто время как оптическая плотность поменялась и.за наличия конденсата, то информационный сигнал на выход устройства25 поступает по фотоэлектрической схеме. Фотоэлектрическая и электрохимическая схемы взаимодополняют одна другую иобеспечивают условия "горячего" резервирования, что повышает показатели надеж 30 ности системы в целом. Извышеизложенного следует, что техническоерешение соответствует критерию "положительный эффект".На фиг, 1 приведена функциональная35 схема гигрометра.На фиг, 2 приведен график зависимостиоптической плОтности (а) и напряжения (б)на чувствительном элементе от измененияего температуры в условиях выпадения кон 40 денсата для одного значения температуры(Тр = 14,5 С); (в) - зависимость оптическойплотности от температуры при отключенном твердотельном электрохимическом индикаторе,45 На фиг, 3 приведены характеристики зависимости напряжения сигнала фотоэлектрической (а),электрохимической (б) икомбинированной (в) схем обнаруженияконденсата в окрестностях температуры50 точки росы (Т = 22,3 С, Тр = 14,5 С); (г) -результирующий сигнал, выходящий из порогового устройства,Конденсационный гигрометр включаетследующие элементы.,Термоэлектрический55 охладитель 1 соединен с управляемым источником питания 2, Первый и второй датцики температуры 3 подключены к блокууправления и измерения 4. Источник и приемник излучения 5 подключены к фотоэлектрической схеме 6 обнаружения.43 40 45 50 55 конденсата, выход которого подключен к функциональному преобразователю 7, Чувствительный элемент 8 последовательно соединен с измерительным преобразователем 9 и источником питания 10, выход которого подключен к блоку управления и измерения 4, Выход измерительного преобразователя 9 подключен к элементу температурной коррекции 11, вход которого соединен со вторым датчиком температуры 3, а выход подключен ко второму входу функционального преобразователя 7, выход которого через пороговый элемент 12 подключается к блоку управления и измерения 4.Конденсационный гигрометр работает следующим образом. При отсутствии росы на поверхности чувствительного элемента 8 выходной сигнал фотоэлектрической схемы обнаружения конденсата 6 практически равен нулю, Сигнал, поступающий от измерительного преобразователя 9, включенного в цепь питания твердотельного электрохимического индикатора 8, поступает через элемент температурной коррекции 11 на вход функционального преобразователя 7 (фиг.1), т.е. по электрохимической схеме обнаружения конденсата, также практически равен нулю.Термоэлектрический охладитель (ТЭО) 1 включен в цепь управляемого источника питания 2, подключенного к блоку управления и измерения 4, В зависимости от направления тока. протекающего через ТЭО 1, чувствительный элемент 8 будет нагреваться или охлаждаться, что приведет соответственно к испарению влаги или ее выпадению на чувствительном элементе 8 при достижении температуры точки росы. При выпадении влаги на чувствительном элементе 8 изменяются его физико-химические свойства: электропроводность, потенциал между электродами, цвет поверхности чувствительного элемента. Изменяется также оптическая плотность и цвет вследствие выпадения слоя конденсата и прохождения электрохимических реакций, что вызывает изменение светового потока. проходящего через оптические среды. При этом сигналы поступают как с фотоэлектрической схемы обнаружения конденсата б, так и с электро- химической схемы, включающей твердотельный электрохимический индикатор 8, измерительный преобразователь 9, элемент температурной коррекции 11 и источник питания 10, Эти сигналы поступают на функциональный преобразователь 7, где происходит их умножение. Пороговый элемент 12 реагирует на изменение этого выходного сигнала и выдает синал о наличии 5 10 15 20 25 30 конденсата на поверхности чувствительного элемента 8, Блок управления и измерения 4 по сигналу от измерительного преобразователя 9, первого и второго датчиков температуры 3 производит определение температуры точки росы Тр и относительной влажности рВ предлагаемом гигрометре твердотельный электрохимический индикатор проявляет одновременно оптические и электрические свойства, т,е, служит, с одной стороны, конденсационной поверхностью с изменяющейся окраской для фотоэлектрической схемы обнаружения конденсата и чувствительным элементом в электрохимической схеме, с другой стороны.Из фиг. 2 видно, что напряжение сигнала для кривой (а) выше, чем для кривой (в); а крутизна характеристик (а), (б) и(в) в окрестностях точки росы Тр существенно различна и определяется типом индикатора, способом его питания и условиями его конкретного применения,При одних и тех же изменениях температуры Ь Т в окрестностях точки росы Тр изменения напряжения сигнала Л 0 для кривых (а), (б), (в) различны (фиг, 3), Для кривой (в) приращение Ж// ЬТ значительно выше, чем для кривых (а) и (б) в отдельности или для их суммы, Следовательно, для комбинированной схемы обнаружения конденсата точность фиксации точки росы выше по сравнению с фотоэлектрической и электро- химической. Изобретение осуществляется следующим образом.Конструктивно конденсационный гигрометр выполнили в виде двух блоков. Первый блок - анализаторный - предназначен для размещения электронных узлов: блока управления и измерения, управляемого источника питания, фотоэлектрической схемы обнаружения конденсата, измерительного преобразователя, источника питания, элемента температурной коррекции, функционального преобразователя и порогового элемента. Второй блок - блок регистрации, предназначен для непосредственной стыковки с измеряемым объектом или средой, Выполнили его в виде цилиндрического тела, с одной стороны которого имеется штуцер для подключения к объекту, а с противоположной стороны - ребристый радиатор для охлаждения термоэлектрического охладителя. Внутри блока размещены ТЭО, первый и второй датчики температуры, чувствительный элемент, источник и приемник излучения.Соединяются блоки между собой при помощи разьемов,Термоэлектрический охладитель представляет собой трехкаскадную термобатарею с характеристическим током 3 А и напряжением 9 В. Развиваемый перепад температур ЬТ = 80 С. В качестве датчиков температуры применяются термисторы остеклованные типа ТР- 15 кОм, В качестве приемника и источника излучения использовались фотодиод типа ФД - 256 и светодиод типа АЛ 109 Б, Для остальных узлов схемы применяются серийно выпускаемые электронные элементы, такие как: микросхемы серии К 142 ЕН 1; К 140 УД 8; К 544 УД 1 А, транзисторы КТ 809 А, КТ 825, диоды Д 242,Д 906; резисторы СП 5-2 и др.Испытания предлагаемого устройства показали следующие результаты. В камере влаги с насыщенными соляными растворами типа КаС 1 0 Си щелочными ИаОН показывают, что определение относительной влажности ф, %, и точки росы Тр, С, производится на 5-7% точнее по сравнению с конденсационным гигрометром по прототипу.Кроме того, проведенные испытания фиксации точки росы в обьеме Ч1 л и при влагосодержаниях ниже 50% показали, что предлагаемый конденсационный гигрометр в диапазоне относительной влажности р=:2-50% фиксирует точку росы в 90% случаев, 5 тогда как конденсационный гигрометр попрототипу- не более чем в 20% случаев при проведении одного цикла измерения. Формула изобретения10 Конденсационный гигрометр, содержащий конденсационное зеркало, размещенное на термоэлектрическом охладителе,датчик температуры и фотоэлектрическуюсхему обнаружения конденсата, выход кото 15 рой подключен к функциональному преобразователю, о тл и ч а ю щи й с я тем,что,с целью повышения надежности фиксацииточки росы путем конвергенции двух независимых между собой сигналов, конденса 20 ционное зеркало выполнено в видетвердотельного электрохимического индикаторз конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразованиясигнала твердотельного электрохимическо 25 го индикатора конденсата, вход которойподключен к индикатору, а выход - к второму входу функционального преобразователя,орректор Т.Пали оиааодстаенно-иадательскин комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 3842 В НАКИПИ Госуд Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5