Конденсационный гигрометр

 

Использование: техника измерения влажности. Сущность изобретения: конденсационный гигрометр содержит термоэлектрический 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 чувствительным элементом выполнена в виде электрохимического индикатора . Кроме того, гигрометр снабжен измерительным преобразователем, элементом температурной коррекции, функциональным преобразователем и пороговым элементом.3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s 6 01 N 25/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4732491 /25 (22) 06,06,89 (46) 30.10.92. Бюл. N- 40 (71) Черновицкий государственный университет (72) С.А.Зарубин, А.П.Мельник и M.Ñ.Äàäàшев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1109617, кл. G 01 N 25/66, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 802861, кл. G 01 N 25/66, 1981. (54) КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР (57) Использование; техника измерения влажности. 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 плоскопараллельных электрода, на которых установлены штыри, причем зазор между концами штырей и внутренней поверхностью меньше средней высоты выпадающих капелек росы.

Недостатком известного гигрометра является низкая чувствительность вследствие Ы 1772706 А1 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 чувствительным элементом выполнена в виде электрохимического индикатора. Кроме того, гигрометр снабжен измерительным преобразователем, элементом температурной коррекции, функциональным преобразователем и пороговы .. элементом. 3 ил. того, что фиксация точки росы производится только по измерению сопротивления датчика. Это приводит к уменьшению точности и надежности определения точки росы, особенно при измерениях влажности в малых замкнутых обьемах, а также в запыленных обьемах.

Наиболее близким к изобретению является конденсационный гигрометр, содержа. щий термоэлектрический охладитель, соединенный с управляемым источником питания, первый и второй датчики температуры, подключенные к блоку управления и измерения, источник и приемник излучения, подключенные последовательно к фотоэлектрической схеме обнаружения конденсата, чувствительный элемент, расположенный на конденсационной поверхности и последовательно подключенный к источнику питания и блоку управления и измерения.

Недостатки известного устройства следующие, Фотоэлектрическая схема обнару1772706 жения 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 точки росы производится при наличии слоя конденсата на поверхности, который непрерывно поддерживают на постоянном уровне. При этом

Т 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 (да>ке при неизменном давлении) из-за необходимости поддер>кания 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 термоэлектрическом охладителе, датчик температуры и фотоэлектрическую схему обнару>кения конденсата, выход которой подключен к функциональному преобразователю, конденсационное зеркало выполнено в виде твердотельного электрохимического индикатора конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразования сигнала твердотельного электрахимического 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: фотоэлектрическая 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 с повышенной точностью производится путем конвергенции и умножения двух взаимосвязанных между собой эффектов

5 (оптического и электрохимического) как по времени, так и по реакции на наличие конденсата. Связь сигналов комбинированной схемы обнаружения конденсата между собой посредством функционального преоб10 разователя и порогового устройства позволяет получить результирующий сигнал, величина которого является функцией их произведения, причем чувствительность комбинированной схемы обнаружения кон15 денсата при этом значительно превышает. как чувствительность отдельно взятых схем, так и их суммарное значение, Отказ одной из схем обнаружения конденсата не приводит к выводу из строя комбинированной

20 схемы в целом. Например, если цвет конденсационной поверхности не изменился в то время как оптическая плотность поменялась и.--за наличия конденсата, то информационный сигнал на выход устройства

25 поступает по фотоэлектрической схеме. Фотоэлектрическая и электрохимическая схемы взаимодополняют одна другую и обеспечивают условия "горячего" резервирования, что повышает показатели надеж30 ности системы в целом. Из вышеизложенного следует, что техническое решение соответствует критерию "положительный эффект".

На фиг, 1 приведена функциональная

35 схема гигрометра.

На фиг, 2 приведен график зависимости оптической плотности (а) и напряжения (б) на чувствительном элементе от изменения его температуры в условиях выпадения кон40 денсата для одного значения температуры (Т = 14,5 С); (a) — зависимость оптической плотности от температуры при отключенном твердотельном электрохимическом индикаторе.

45 На фиг, 3 приведены характеристики зависимости напряжения сигнала фотоэлектрической (а),электрохимической (б) и комбинированной (в) схем обнаружения конденсата в окрестностях температуры

50 точки росы (Т = 22,3 С, Тр = 14,5 С); (г)— результирующий сигнал, выходящий из порогового устройства, Конденсационный гигрометр включает следующие элементы.,Термоэлектрический

55 охладитель 1 соединен с управляемым vcточником питания 2, Первый и второй датчики температуры 3 подключены к блоку управления и измерения 4. Источник и приемник излучения 5 подключены к фотоэлектрической схеме 6 обнаружения

1772706.43

45

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 (T30) 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 6, так и с электрохимической 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 си нал о наличии

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 р, В 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 Т> изменения напряжения сигнала Л U для кривых (а), (б), (в) различны (фиг. 3). Для кривой (в) приращение hU/ 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 электрохимической.

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.

1772706

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 ЛТ = 80 С. В качестве датчиков температуры применяются термисторы остеклованные типа ТР-2 — 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 К142ЕН1; К140УД8;

К544УД1А, транзисторы КТ809А, КТ825, диоды Д242,Д906; резисторы СП5-2 и др.

Испытания предлагаемого устройства показали следующие результаты. В камере влаги с насыщенными соляными растворами типа КаС1 LICI и щелочными NaOH показывают, что определение относительной влажности p, %, и точки pocbl Тр, С, произ водится на 5-7% точнее по сравнению с конденсационным гигрометром по прототипу.

Кроме того, проведенные испытания фиксации точки росы в обьеме Ч < 1 л и при влагосодержаниях ниже 50% показали, что предлагаемый конденсационный гигрометр в диапазоне относительной влажности p=

=2-50% фиксирует точку росы в 90% случаев, 5 тогда как конденсационный гигрометр nQ прототипу — не более чем в 20% случаев при проведении одного цикла измерения.

Формула изобретения

10 Конденсационный гигрометр, содержащий конденсационное зеркало, размещенное на термоэлектрическом охладителе, датчик температуры и фотоэлектрическую схему обнаружения конденсата, выход кото15 рой подключен к функциональному преобразователю, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности фиксации точки росы путем конвергенции двух независимых между собой сигналов, конденса20 ционное зеркало выполнено s виде твердотельного электрохимического индикаторз конденсата, а гигрометр дополнительно снабжен схемой преобразования сигнала твердотельного электрохимическо25 го индикатора конденсата, вход которой подключен к индикатору, а выход — к второму входу функционального преобразователя, 1772706 иц,в

Фиг.2

Составител Н.Бузей . Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор Т.Палий

Редактор

Производственно-издательскин комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3842 Тираж Подписное

ВНДИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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