Гигрометр точки росы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

DNIIW

РЕСПУБЛИК (19} 01) 3(51) 0 01 . N 25/66

5:ГОСУДАРСТЕЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ з

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3478501/18-25 .(22) 03.08.82 (46) 23.11.83. Бюл, }) 43 (72) А.В. Вульфсон, В.Я. Квасников и С.В. Леонов (71) Научно-производственное объединение "Буревестник" (53) 621.317.39.533.275.082(088.8) (56) 1. Патент Японии }) 43-2160, кл. 111 G 15, опублик. 25.01.68.

2. Schreiber D, А neew method

of Measuring and Controlling humidity by electric coolingelements

and capasitive sensor bor duv. Ymeko б,Dresden 1973. Berlin 1973, р.102

111 (прототип). (54)(57) ГИГРОМЕТР ТОЧКИ РОСЫ, содержащий измерительный модуль с нагре.вателем и полупроводниковым холодиль ником, на охлаждаемой поверхности которого расположены термометр сопротивления и датчик росы, выполненный .в виде покрытой изоляционной пленкой и нанесенной на изоляционйую подлож- ку 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, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, он снабжен управляемым задатчиком, первый вход которого подключен к выходу уст ройства сравнения, а первый выход совместно с термометром сопротивления - к регулятору, и генератором тактовых импульсов, вход управления частотой которого подключен к второ- Д му выходу управляемого задатчика, а два выхода — соответственно к входу нагревателя и к второму входу управляемого задатчика.

° ю

105б020

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к контролю абсолютной влажности по температуре точки .росы и может быть использовано в кондиционерах., климатических камерах, эндогенераторах °

Известен гигрометр точки росы, использующий емкостной принцип обнаружения осадка. По,этому способу в качестве датчйка росы исполь- 10 зуется воздушный конденсатор с плоскопараллельными пластинами 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 н 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 соответствующий сигнал на вход регулятора, который в свою очередь, 45 формируя токи на входах нагревателя и полупроводникового холодильника, поддерживает режим охлаждения измерительного модуля, при котором на конденсационной поверхности присутст-50 вует слой осадка постоянной толщины. Температура этой поверхности в установившемся режиме, замеренная с помощью термометра сопротивления, представляет температуру точки росы Т р ) контролируемого газа j2 J.

Основной недостаток известного гигрометра — ухудшение чувствительности датчика росы при выпадении на его поверхности осадка в виде инея из-за того, что диэлЕктричес- б0 кая постоянная льда значительно ниже, чем у воды. В результате погрешность гигрометра в диапазоне от

О до минус 15 С значительно увелио чивается, а при более низких темпе- 65 ратурах точки росы работа прибора оказывается невозможной.

Целью нэобретения является повы/шение точности и расширение диапазона измерения гигрометра точки росы в области отрицательных температур.

Указанное улучшение характеристик емкостных .гигрометров точки росы сделает их коикурентно-способными по отношению к фотоэлектрическим гигрометрам, которые используются в настоя. щее время для.измерения температуры точки росы, несмотря на то, что имеют .более сложную конструкцию дат-. чика 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 поверхности которого расположены термометр сопротивления и датчик росы, выполненный в виде покрытой изоляционной пленкой и нанесенной 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, снабжен управляемям задатчиком, первый вход которого подключен к выходу устройства сравнения, а первый выход совместно с термометром сопротивлення - к регулятору, и генератором тактовых импульсов, вход управления частотой которого подключен к второму выходу управляемого задатчика, а.два выхода — соответственно к входу нагревателя и к второму входу управляемого задатчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема гигрометра, на фиг. 2 датчик росы, на фиг. 3 — вариант схемной реализации устройства сравнения, на Фиг. 4 — то же, генератора тактовых импульсов, на фиг. 5 то же, управляемого задатчика, на фиг. 6 - то же, регулятора, Устройство содержит измерительный модуль 1, в котором конструктивно объединены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, на охлаждаемой поверхности которого находятся датчик 4 росы, выполненный в виде металлической пленки, нанесенной на изоляционную подложку, разделенной на две изолированные части, которые являются двумя обкладками плоского конденсатора, и покрытой изоляционной пленкой, и термометр 5 сопротивления, устройство сравнения б, генератор 7 тактовых импульсов, управляемый задатчик 8, первый выход ко1056020 торого совместно с термометром 5 сопротивления подключен к регулято- > ру 9, а второй — к входу управления частотой генератора 7 тактовых импуль. сов. Первый выход регулятора 9 совместно с первым выходом генератора 7 тактовых импульсов подключен к входу нагревателя 2, а второй - к входу полупроводникового холодильника 3, датчик. росы 4 подключен к входу устройства 6 сравнения, а два входа lO управляемого задатчика 8 подключены соответственно K второму выходу генератора 7 тактовых импульсов.и к выходу устройства 6 сравнения.

Датчик 4 росы представляет собой изоляционную подложку, на которую нанесена металлическая пленка в виде рисунка, образующего плОский конденсатор с двумя обкладками: высокопотенциальной 10 и низкопотенциальной 11, являющейся одновременно термометром сопротивления, для подключения выводов конденсатора пре;.дуомотрены контактные площадки 12 и 13, а термометра сопротивленияконтактные площадки 14 — 17.

Устройство сравнения выполнено в виде 4 -С генератора. Схема содержит колебательный контур 18, настроечный резистор 19, контур подключен.по трехточечной схеме к ЗО усилителю 20, выход которого в свою очередь подключен к индикатору 21 высокочастотных колебаний. Датчик росы подключен к колебательному кон туру 18 с помощью отрезка коаксиального кабеля 22.

Генератор 7 тактовых импульсов содержит мультивибратор 23, дешифратор 24. управляемый делитель 25 час. тоты, формирователь 26 тактовых им- Щ пульсов, формирователь 27 импульсов тока.

Управляемый эадатчик 8 содержит входной триггер 28, реверсивный счетчик Й9, преобразователь код- 45 аналог 30, который состоит из двух одинаковых преобразователей параллелИ ного двоичного кода в сопротивление, используемых в качестве сопротивления задатчика 31 H выходного сопротивления гигрометра 32.

Регулятор 9 содержит измерительную мостовую схему 33, к которой no четырехзажимной схеме подключен тер мометр 5 сопротивления и сопротивле ние .эадатчика 31, усилитель перемен- ного тока 34, подключенный к выходу мостовой схемы 33, последовательно включенные синхронный выпрямитель

35, операционный усилитель и блок Зб включения тиристоров, исполнительное 40 устройство 37, к выходам которого подключены нагреватель 2 и полупроводниковый холодильник 3, устройство 38 иэодромной обратной связи, охватывающее последовательно включен- 65 ный операционный усилитель и,блок

36 включения тиристоров и исполнительное устройство 37.

Принцип действия устройства заключается в том, что конденсационная поверхность измерительного модуля 1, находящегося в среде контролируемого 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 GQMQIILblo датчика росы.устройство работает следующим образом. 4. -С генератор устройства

6 сРавнения, работающий в диапазоне 5-10 ИГц, настроен таким образом, что потери, вносимые а 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 автоколебаний, при этом на выходе индикатора 21 высокочистотных колебаний устройства б сравнения оказывается напряжение высокого потенциала логическая "1" . 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 уменьшается 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 5) и сигналом уставки (значением сопротивления эадатчика 311 поступает на вход регулятора 9, который, устанавливая величины токов на входах

1056020

1ä 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- 15 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,t 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 результате, в конце измерительного цикла входной триггер управляемого

t! !! эадатчика 8 окажется в состоянии 1 при этом температура, задаваемая 3

35 управляемым задатчиком для следую- щего измерительного цикла, увеличится. Если же температура конденсационной поверхности выше точки росы контролируемого газа, осадка на 4О 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 поверхности представляет температуру точкиросы (Т р)контролируемого газа. Ин" формация о значении измеряемой величины снимается с выхода управляемого задатчика 8 (значение выходного 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 час отой 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 к Parvenu ppcat

Or уарц

nosu з ки

МОбя» мгеуееа1

Фиг.

Уи4.

Составитель Ю. Коршунов

Редактор Н. Лазаренко Техред Ж. Кастелевич Корректор. е Ильин .

Заказ 9290/34 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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