Гигрометр точки росы

(511 О 0 ЕТЕНИЯ ьГОСУДАРСТЕЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(53) 621.317.39.533.275,082(088,8) (56) 1, Патент Японии 9 43-2160,кл. 111 0 15, опублик. 25.01.68,2. ВсЬгеЬег П, А пем шеСЬо 6 оГ Меавцгп 8 апй СопСго 11 дп 8 Ьцв 1- 61 Су Ьу е 1 есСгс соо 11 п 8 е 1 евепСв ап 6 сарав 1 С 1 че вепвог Ьог цццц, 1 шеао б,Эгевйеп 1973Вег 11 п 1973, р.102 111 (прототип).(54)(57) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ, содер жащий измерительный модуль с нагре.вателем и полупроводниковым холодил ником, на охлаждаемой поверхности ко торого расположены термометр сопротивления и датчик росы, выполненный .в виде покрытой изоляционной пленкой и нанесенной на изоляционную подложку металлической пленки, разделеннойна две изолированные части, которыеявляются двумя обкладками плоскогоконденсатора, устройство сравнения,к входу. которого подключен датчикросы, регулятор, выходы которого.подключены к входам нагревателя иполупроводникового холодильника,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, он снабжен управляемым задатчиком, первыйвход которого подключен к выходу устройства сравнения, а первый выходсовместно с термометром сопротивления - к регулятору, и генераторомтактовых импульсов, вход управлениячастотой которого подключен к второ- Дфму выходу управляемого задатчика,а два выхода - соответственно к вхсду нагревателя и к второму входууправляемого задатчика,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю абсолютной влажности по температуре точки, росы и может быть использовано в кондиционерах.,климатических камерах, эндогенераторахИзвестен гигрометр точки росы, использующий емкостной принцип обнаружения осадка. По,этому способу в качестве датчйка росы исполь зуется воздушный конденсатор с плоскопараллельнымипластинами 1.1 .В таком датчике росы затруднен доступ анализируемой газовой среды к конденсационной поверхности, 15 что приводит к методической ошибке измерения и значительно повышает инерционность датчика.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гиг; 20 рометр точки росы, содержащий измерительный модулм с нагревателем и полупроводниковым холодильником, на охлаждаемой поверхности которого расположены термометры сопротивления и датчик росы, выполненный в виде покрытой изоляционной пленкой и на" несенной на изоляционную подложку металлической пленки, разделенной на две изолированные части, которые являются двумя обкладками плоского конденсатора, устройство сравнения, к входу которого подключен датчик росы, регулятор, выходы которого подключены к входам нагревателя и полупроводникового холодильника.При понижении температуры датчика до точки росы газовой среды, в которой находится измерительный модуль, на поверхности датчика росы осаждается тонкий слой росы инея . 40 Бри этом увеличивается емкость датчика росы, что фиксируется устройством сравнения, которое вЫдает со" ответствующий сигнал на вход регулятора, который в свою очередь, 45 Формируя токи на входах нагревателя и полупроводникового холодильника, поддерживает режим охлаждения измерительного модуля, при котором наконденсационной поверхности присутствует слой осадка постоянной толщины. Температура этой поверхности в установившемся режиме, замеренная с помощью термометра сопротивления, представляет температуру точки росы Тр ) контролируемого газа 2 .55Основной недостаток известного гигрометра - ухудшение чувствительности датчика росы при выпадении на его поверхности осадка в виде инея из-за того, что диэлЕктричес- б 0 кая постоянная льда значительно ниже, чем у воды. В результате погрешность гигрометра в диапазоне от 0 до минус 15 Сзначительно увелиочивается, а при более низких темпе ратурах точки росы работа прибораоказывается невозможной,Целью иэобретения является повышение точности и расширение диапазонаизмерения гигрометра точки росы вобласти отрицательных температур.Указанное улучшение характеристикемкостных .гигрометров точки росы сделает их коНкурентно-способными поотношению к фотоэлектрическим гигрометрам, которые используются в настоя,щее время для,измерения температуры точки росы, несмотря на то, чтоимеют .более сложную конструкцию датчика и характеризуются меньшей надежностью по сравнению с емкостными.Поставленная цель достигается тем,что гигрометр точки росы, содержащий измерительный модуль с нагревателем и полупроводниковым холодильником, на охлаждаемой поверхностикоторого расположены термометр сопротивления и датчик росы, выполненный в виде покрытой изоляционнойпленкой и нанесенной на изоляционнуюподложку металлической пленки, разделенной на две изолированные части,которые являются двумяобкладкамиплоского конденсатора, устройствосравнения, к входу, которого подключен датчик росы, регулятор, выходы которого подключены к входам нагревателя и полупроводникового холодильника, снабжен управляемям задатчиком, первый вход которогоподключен к выходу устройства сравнения, а первый выход совместно стермометром сопротивлення - к регулятору, и генератором тактовых импульсов, вход управления частотойкоторого подключен к второму выходууправляемого задатчика, а два выхода - соответственно к входу нагревателя и к второму входу управляемого задатчика.На фиг. 1 представлена функциональная схема гигрометра, на фиг. 2датчик росы, на фиг. 3 - вариантсхемной реализации устройства сравнения, на Фиг. 4 - то же, генератора тактовых импульсов, на фиг. 5то же, управляемого задатчика, нафиг. 6 - то же, регулятора,Устройство содержит измерительныймодуль 1, в котором конструктивнообъединены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, на охлаждаемой поверхности которого находятсядатчик 4 росы, выполненный в видеметаллической пленки, нанесенной наизоляционную подложку, разделеннойна две изолированные части, которыеявляются двумя обкладками плоскогоконденсатора, и покрытой изоляционной пленкой, и термометр5 сопротивления, устройство сравнения б, генератор 7 тактовых импульсов, управляемый задатчик 8, первый выход которого совместно с термометром 5сопротивления подключен к регулято-ру 9, а второй - к входу управлениячастотой генератора 7 тактовых импуль,сов. Первый выход регулятора 9 совместно с первым выходом генератора 7тактовых импульсов подключен к входунагревателя 2, а второй -к входуполупроводникового холодильника 3,датчик. росы 4 подключен к входуустройства 6 сравнения, а два входа 10управляемого задатчика 8 подключены соответственнок второму выходугенератора 7 тактовых импульсов,и квыходу устройства 6 сравнения.Датчик 4 росы представляет собойизоляционную подложку, на которуюнанесена металлическая пленка в виде рисунка, образующего пльскийконденсатор с двумя обкладками: высокопотенциальной 10 и низкопотенциальной 11, являющейся одновременнотермометром сопротивления, для подключения выводов конденсатора пре;.дуомотрены контактные площадки 12и 13, а термометра сопротивленияконтактные площадки 14 - 17.Устройство сравнения выполненов виде , -С генератора. Схема содержит колебательный контур 18,настроечный резистор 19, контурподключен.по трехточечной схеме к ЗОусилителю 20, выход которого в своюочередь подключен к индикатору 21высокочастотных колебаний. Датчикросы подключен к колебательному контуру 18 с помощью отрезка коаксиального кабеля 22,Генератор 7 тактовых импульсовсодержит мультивибратор 23, дешифратор 24. Управляемый делитель 25 час. тоты, формирователь 26 тактовых импульсов, формирователь 27 импульсовтока,Управляемый эадатчик 8 содержитвходной триггер 28, реверсивныйсчетчик 29, преобразователь коданалог 30, который состоит из двуходинакоВых преобразователей параллелИного двоичного кода в сопротивление, используемых в качестве сопротивления задатчика 31 и выходногосопротивления гигрометра 32.Регулятор 9 содержит измерительную мостовую схему 33, к которой почетырехзажимной схеме подключен термометр 5 сопротивления и сопротивление .эадатчика 31, усилитель перемен-ного тока 34, подключенный к выходумостовой схемы 33, последовательновключенные синхронный выпрямйтель35, операционный усилитель и блок Збвключения тиристоров, исполнительное 40устройство 37, к выходам которогоподключены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, устройство 38 иэодромной обратной связи,охватывающее последовательно включен ный операционный усилитель и,блок 36 включения тиристоров и исполнительное устройство 37.Принцип действия устройства заключается. в том, что конденсационная поверхность измерительного моду" ля 1, находящегося в среде контроли" руемого газа, охлаждается с помощью полупроводникового холодильника 3 до заданной температуры, причем факт наличия или отсутствия осадка при дан-, ной температуре на конденсационной поверхности фиксируется с помощью датчика росы.- устройство работает следующим образом.-С генератор устройства 6 сРавнения, работающий в диапазо" не 5-10 ИГц, настроен таким образом, что потери, вносимые е колебательный контур 18 настроечным резистором 19,. совместно с потерями в диэлектрике датчика 4 росы при отсутствии осадка обеспечивают работу генератора вблизи существования устойчивых автоколебаний. Дополнительное затухание, вносимое в колебательный контур 18 вследствие отклонения добротности датчика 4 росы от начального значения, вызванное конденсацией на его поверхности даже мельчейших капелек росы; приводит к срыву авто- колебаний, при этом на выходе индикатора 21 высокочистотных колебаний устройства б сравнения оказывается напряжение высокого потенциала логическая "1 ф . Это напряжение переводит входной триггер управляемого задатчика в состояние "1".Измерение температуры точки росы производится в циклическом режиме, причем синхронизация работы устройства производится с помощью импульсов, поступающих с выходов генератора 7 тактовых импульсов. Импульс, совпадающий с началом измерительного цикла, поступает на счетный вход реверсивного счетчика 29 управляемого эадатчика 8, при этом содержимое реверсивного счетчика 29 увеличивается на единицу младшего разряда, если входной триггер 28 находится в состоянии "1", или умень" щается на такую же величину., если триггер находится в состоянии "0". Преобразователь код - аналог 30 преобразует код, задаваемый состоянием выходных триггеров реверсивного, счетчика 29, в аналоговый сигнал - значение сопротивления эадатчика .31, которое является сигналом уставки для регулятора 9 в текущем измерительном цикле. Разность между сигналом датчика температуры (сопротивлением термометра сопротивления 51 и сигналом уставки ( значением сопротивления эадатчика 311 поступает на вход регулятора 9, который, устанавливая величины токов на входах1056020 Рд нагревателя 2 и полупроводникового холодильника 3, обеспечивает температуру конденсационной поверхности измерительного модуля 1 в соответствии с сигналом управляемого задатчика 8 в текущем измерительном цикле.По истечении 0,75 длительности измерительного цикла ( что соответствует окончанию переходного процесса системы автоматического регулирования температуры конденсационной 10 поверхности ) генератор 7 тактовых импульсов переводит входной триггер 28 управляемого задатчика 8 в состоя ние "0" и одновременно подает импульс тока на вход нагревателя 2, что при водит к кратковременному перегреву конденсационной поверхности и к превращению части твердой Фазы осадка (при выпадении осадка в виде инея ) в жидкое состояние. Таким образом, если температура конденсационной поверхности в текущем измерительном цикле меньше точки росы контролируемого газа, на конденсационной поверхности образуется осадок, причем независимо от того, в каком виде (росы или инея,) этот осадок находится к концу измерительного цикла конденсационная поверхность окажется покрытой слоем влаги. Наличйе влаги на поверхности датчика 4 росы зафиксировано устройством б сравнения. В ре" эультате, в конце измерительного цикла входной триггер управляемого13 И эадатчика 8 окажется в состоянии 1 при этом температура, задаваемая 335 управляемым задатчиком для следую- щего измерительного цикла, увеличится. Если же температура конденсационной поверхности выше точки росы контролируемого газа, осадка на 4 О этой поверхности не окажется, и выходной триггер 28 в конце измерительного цикла останется в состоянии "0", вследствие чего температура, задаваемая для поддержания в 45 следующем измерительном цикле, будет уменьшена.В установившемся режиме температура конденсационной поверхностипредставляет температуру точки росы (Т 7 р)контролируемого газа. Ин" формация о значении измеряемой величины снимается с выхода управляемого задатчика 8 значение выход" ного сопротивления 32),Для изменения длительности измерительного цикла в соответствии с изменением скорости процесса конденсации,- испарения при различной абсолютной влажности контролируемого газа предусматривается управление частотой генератора 7 тактовых импульсов в зависимости от текущего значения измеряемой величины. Соответствующий сигнал в виде параллельного двоичного кода снимаетоя с цифрового выхода управляемого эадатчика 8 и поступает на вход управления частотой генератора 7 тактовых импульсов. Дешифратор 24 преобразует числовое значение: указанного сигнала в соответствии с законом показательной функции, в результате чего подобным же образом изменяется длительность измерительного цикла в зависимости от изменения температуры точки росы контролируемого газа. Управление часотой следования измерительных циклов по закону, аналогичному изменению скорости процесса конденсации - испарения при изменении температуры точки росы позволяет получить одинаково высо,кую чувствительность датчика росы во всем диапазоне измерения. Использование изобретения позволит повысить точность определения точки росы в области отрицательных температур и, вследствие этого, расширить диапазон измерения гигрометра, так как Фиксация осадка при любой температуре производится по. его жидкой Фазе, обеспечивающей высокую чувствительность датчика росы.Расширение диапазона измерения позволит использовать емкостные гигрометры точки росы вместо фотоэлектрических, имеющих. значительно более сложный по конструкции датчик и, вследствие этого, более дорогих и менее надежных в эксплуатации.1056020 Составитель Ю, Коршунов 1о ,Техред Ж.Кастелевич Корректор,еИльин. Редактор Н. Лаза Заказ 9290/34ВНИИП 3035 Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород Проектная,Тираж 87 Государственного лам изобретений и осква, Ж, Рауш