Фотоэлектрический гигрометр

Фотоэлектрический гигрометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1 >957072 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (313 М. Кп. з (22) Заявлено 04. 08. 80 (21) 2971429/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

G 01 N 21/01

G 01 N 25/бб

Государственный комитет

СССР по делам изобретений . и открытий (МНУ 535.242 (088.8) Опубликовано 0709.82. Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования описания 070982 (72) Авторы изобретения

В.Э.Романовский и М.И.Онькин (71) Заявитель (541 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИГРОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к фотоэлектрическим конденсационным гигрометрам, предназначенным для измерения влажности газа по их температуре точки росы, и может найти применение в машиностроении для измерения влажности технологических газов прн химикотермической обработке стальных деталей.

Известен конденсационный фотоэлектрический гигрометр, содержащий холодильник с чувствительным элементомэеркалом, фотодетектор в виде осветителя и фотореэистора, усилитель и управляемый выпрямитель, соединенные в замкнутую схему регулирования слоя росы, устройство очистки зеркала в виде щетки с электроприводом и схему управления (13.

Щетка устройства очистки зеркала . выполнена в виде диска с .вырезом, являющимся окном для зеркала.

Недостатком этого гигрометра является то, что очистка зеркала производится, когда с него удален конденсат, т.е. по сухой поверхности.

Очистка же без увлажйения приводит к преждевременному износу щетки и зер.кала, а следовательно к снижению срока службы гигрометра.

Наиболее близким техническим решением изобретения является фотоэлектрический гигрометр, содержащий измерительную камеру с установлен/ . ными в ней зеркалом с холодильником и датчиком температуры, блок очистки зеркала, состоящий из щетки с электроприводом, фотодетектор, выполненный в виде осветителя и фоторезисто.ра, усилитель и выпрямитель, соединенные с фотореэистором и холодильником, вторичный. прибор, соединенный с датчиком температуры, и схему управления, соединенную с усилителем, вторичным прибором и электроприводом t23.

2О Щетка s этом гигрометре выполне« на в виде диска с кольцевым вырезом, являющимся окном для зеркала и имеющим ширину, равную порядка полутора диаметрам зеркала,и длину 2....

3 диаметра зеркала. К стороне щетки, обращенной к зеркалу, наклеен эластичный протирочный,материал. Через определенные промежутки .времени с помощью схемы управления произВодится блокировка вторичного прибораэапоминание результатов предыдущего

957072

4 при охлаждении

10 18 (2) где 1з

1Â

ыи r

Т и длину выреза (5) 18 = wrt> + Kd измерения, нагрев и испарение влаги с .зеркала, контроль его состояния и. запоминания результата контроля. В случае, если зеркало загрязнено, блок памяти при последующем цикле

- r«:выдает команду на его очйстку. При 5 этом очистка зеркала произойдет непосредственно после цикла измерения, т.е. когда оно еще увлажнено .

Этим повышается качество очистки.

К недостаткам этого гигрометра относится то, что при работе его удовлетворительно очищается лишь первая половина зеркала, на которую надвигается передняя кромка щетки.

Вторая жа половина зеркала, поскольку влага с него в значительной мере успевает испариться, из-за перекрытия щеткой светового потока и нагрева зеркала очищается хуже: на ней иногда остаются полосы и пятна ° Кроме того, передняя кромка ще ки быстро загрязняется и число качественных очисток резко сокращается, что приводит к снижению точности и надежности гигрометра.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в гигрометре, содержащем измери-. тельную камеру с установленными в ней зеркалом с холодильником и датчи-30 ком температуры, блок очистки зеркала, состоящий иэ щетки с электроприводом, фотодетектор, выполненный в в виде осветителя и фоторезистора, усилитель и выпрямитель, соединенные Q5

-с фоторезистором и холодильником, вторичный прибор, соединенный с датчиком температуры, и схему управления, соединенную с усилителем, вторичным прибором и электроприводом, 4п щетка для очистки зеркала выполнена в виде зубчатого диска с длиной зуба и выреза, определяемых из соотношения

1 g w.rТ Вп +К 45

И вЂ” длина зуба;

- длина выреза; — соответственно угловая 5р частота вращения щетки и ее радиус по окружности, проходящий через центр зеркала, — постоянная времени холодильника;

- соответственно перепад температуры холодильника и температура, на, величину которой подогревается зеркало при проходе над ним зуба щетки;

- коэффициент, учитывающий, какая часть зеркала перекрыта зубом щет- 65 ки в момент реверса холодильника с охлаждения на нагрев и обратно;

d — диаметр зеркала.

На фиг.1 показана схема предложенного гигрометра; на фиг.2 — щетка устройства очистки зеркала. ,Фотоэлектрический гигрометр содержит измерительную камеру 1, в которой установлены холодильник 2 с зеркалом 3 и датчиком температуры

4, фотодетектор 5 в виде осветителя и фоторезистора, устройство очистки зеркала, состоящее из щетки 6 с электроприводом 7, .механически соединенным с конечным переключателем (на схеме не показан) . Гигрометр содер-. жит также усилитель 8 и выпрямитель

9, соединенные с фотодетектором 5 и холодильником 2 в схему замкнутогоавторегулирования слоя росы, вторичный прибор 10, подключенный к датчику температуры 4, и схему 11 управ- ления, функционально связанную с усилителем 8, вторичным прибором 10 и электроприводом 7.

Щетка 6 выполнена в виде зубчатого диска, вырезы которой имеют форму полуколец, а к зубьям со стороны зеркала прикреплен эластичный протирочный материал, например поролон.

Длина зуба и выреза щетки по окружности, проходящей через центр зеркала, определяются следующим образом.

При вращении щетки, по мере того, как зуб накрывает или открывает зеркало, происходит реверс холодильника, т.е. нагрев или охлаждение зеркала. Длина пути, которую пройдет при этом зуб щетки, равна: при нагреве где 13 и 18 — длина зуба и выреза соответственно;

d — диаметр зеркала;

К - коэффициент, учитывающий, какая часть зеркала накрыта зубом щетки в момент реверса холодильника с охлаждения на нагрев и обратно.

Из опыта установлен К = 0,1...0,3 и зависит от величины начального разбаланса фотодетектора.

Подставляя значение в (1) и (2)

1 = wrt (3) и решая совместно (1) и (3), (2) и (3), получим длину зуба

1 = wrt - Kd

3 Н (4) 957072 н(н) 8нп i (7) где 9н - температура соответствующая нижнему пределу шкалы гигрометра; при охлаждении

Ен о) Енп 8n где 6 - температура, на величину которой подогревается зеркало при проходе над ним зуба щетки (2-4ОС) .

Учитывая, что установившаяся температура при охлаждении зеркала является расчетной величиной и принимается при проектировании холодиль ника равной порядка на 15ОС ниже нижнего предела измерения, то (>)

Установившаяся температура зеркала при нагреве в этом случае равна

=46+@„„= 15, (10) где w, r — угловая частота вращения щетки и ее ради-, ус по окружности, проходящей через центр зеркала, соответственно; йн,йе — время нагрева и охлаждения зеркала соответственно.

Поскольку температура, до которой подогревается и затем охлаждается зеркало,в процессе вращения щетки, незначительна (порядка 2-4 C) по сравнению с установившейся, то пренебрегая ошибкой расчет времени нагрева и охлаждения зеркала можно производить по. формуле

9-8 .й = " -Т (6) в-в девн ° ÂÌ/9 — соответственно нач ьная, установившаяся и текущая температура зеркала;

Т, t — постоянйая времени холодильника и текущее .время нагрева и охлаждения зеркале соответ. ственно. -3

Поскольку очистка должна про-. исходить по влажному зеркалу при саьих неблагоприятных условиях (измерение влажности на нижнем пределе шкалы гигрометра при наибольшей допустимой температуре окружающей среды), то размеры щетки должны быть такими, чтобы после очередной очистки зеркала оно в течение времени прохода окна около него успело снова охладиться до температуры точки росы нижнего предела шкалы гигрометра.

В связи с изложенным. начальная температура зеркала равна при нагреве где ь6 — перепад температуры, на который рассчитан холодильник.

Учитывая, что зеркало приобретает температуру, равную при нагреве (11)

5 е<„,=в„„+в„; при охлаждении (12)

tO и решая совместно уравнения (4),(6), (7),(10),(11) и (5),(6),(8),(9) (12) найдем соотношение: — *п —. "

При практическом выполнении щетки длина ее выреза округляется до ближайшей большей.

Работает гигрометр циклически следующим образом.

2Р при включении гигрометра в сеть холодильник 2 получает питание и охлаждает зеркало 3. Как только на зеркале выпадет конденсат, фотодетектор росы посредством усилителя 8

25 и выпрямителя 9 выдает команду холодильнику 2 на уменьшение тока охлаждения. На зеркале 3 устанавливается равновесие между конденснрующейся и испаряющейся влагой, температура

39 его стабилизируестя и становится равной точке росы газа. Температура зеркала измеряется с помощью датчика 4 и вторичного прибора 10 °

В некоторый момент времени от

35 схема управления поступает команда на контроль состояния зеркала. При этом вторичный прибор 10 блокируется и запоминает результат предыдущего измерения, а усилитель 8 переводит

4р схему авторегулирования слоя росы на режим нагрева зеркала и испарения с него конденсата. После испарения конденсата с помощью усилителя 8 и схемы 11 управления происходит кон45 троль состояния зеРкала.

Если зеркало чистое, то по команде от схемы 11 управления вторичный прибор 10 и схема авторегулирования возвращаются в исходное состояние и гигрометр работает в режиме измере5Р ния влажности газа. если зеркало загрязнено, вторичный прибор 10 остается заблокированным, а схема регулирования возвращается в исходное состояние. Как только на зеркале вы55 падает конденсат, вк . ается электродвигатель 7 и щетка 6 начнет вращаться. Произойдет очистка зеркала первым ее зубом при наличии на зеркале конденсата. Затем, как только зуб . щетки сойдет с зеркала, снова происходит выпадение на нем конденсата и новая очистка по влажному зеркалу.

И так будет продолжаться до тех пор, пока щетка не сделает один обо65 )рот„ а процесс очистки повторится

957072

8 ба и выреза, определяемых из соотношения

w.г Т.8п

К 1з 8

5 где 1 Â вЂ” w,г

10, Формула изобретения

4

Источники информации, принятые ва внимание при экспертизе

3р : 1. Авторское свидетельство СССР

ЗО Р 428261, кл. G 01 25/68, 1971. ..

2. Авторское свйдетельство СССР

9 699405 кл.G 01 G 01 21/50, 1977 (прототип).

Составитель Н.Стукова

Редактор A.Козориэ ТехредЛ.Пекарь

Корректор Р. Решетник

Заказ 6586/31 Тираж 887 - Подписное

BHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 столько раз, сколько зубьев имеет щетка..

Выполнение щетки в предложенном гигрометре в виде зубчатого диска с длиной зуба и выреза, определяемых из соотношения (13) и позволяет в значительной степени повысить качество очистки зеркала за счет многократной протирки его в течение одного оборота щетки по мокрому зеркалу.

Повышение качества очистки позволяет в свою очередь повысить точность и надежность гигрометра.

Фотоэлектрический гигрометр, содержащий измерительную камеру с установленными в ней зеркалом с холодильником и датчиком температуры, блок очистки зеркала, состоящий из щетки с электроприводом, фотодетектор, выполненный в виде осветителя и фотореэистора, усилитель и выпрямитель, соединенные с фоторезистором и холодильником, вторичный прибор, соединенный с датчиком температуры, и схему управления, соединенную с усилителем, вторичным прибором и электроприводом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, щетка для очистки зеркала выполнена

:в виде зубчатого диска с длиной зу— длина зуба;

- длина выреза; — соответственно угловая частота вращения щетки и ее радиус на окружности, проходящей через центр зеркала; — постоянная- времени холодиль ника;

« соответственно перепад температуры холодильника и температура, на величину которой подогревается зеркало при проходе над ним зуба щетки; коэффициент, учитывающий, какая часть зеркала. перекры1а зубом щетки в мо- . мент реверса холодильника с охлаждения на нагрев и обратно;

- диаметр зеркала.