SU813207A1

SU813207A1 - Compensation hygrometer

Info

Publication number: SU813207A1
Application number: SU792718882A
Authority: SU
Inventors: Михаил Иванович Онькин; Валентин Эдуардович Романовский; Борис Владимирович Радзиевский
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6205
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1981-03-15

Description

(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР(54) COMPENSATIONAL HYGROMETER

1one

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к автоматическим гигрометрам , предназначенным дл непрерывного измерени влажности газов по их температуре точки росы, и могут найти применение в машиностроении, например, дд измерени влажности защитной технологической атмосферы при термической и химико-термической обработке деталей, а также в метеорологии , например на метеостанци х.The invention relates to a measurement technique, namely, automatic hygrometers designed to continuously measure the moisture content of gases based on their dew point temperature, and can be used in mechanical engineering, for example, to measure the moisture content of a protective process atmosphere during thermal and chemical heat treatment of parts, as well as in meteorology, for example, at weather stations.

Известны компенсационные гигрометры, содержащие источник света, оптическую систему , зеркало, фотопреобразователь, термоэлектрический холодильник, термометр и вольтметр 1.Known compensatory hygrometers containing a light source, optical system, mirror, transducer, thermoelectric refrigerator, thermometer and voltmeter 1.

Наиболее близким к изобретению вл етс компенсационный гигрометр, содержащий источник света, оптическую систему, термоэлектрический холодильник, на котором установлено зеркало с термометром, вольтметр , последовательно соединенные фотоэлектрический мост, дифференциальный усилитель , избирательный усилитель и детектор, а также последовательно включенные генератор тока низкой частоты и сумматор, включенный на входе термоэлектрического-холодильника и св занный через регул тор токаClosest to the invention is a compensation hygrometer containing a light source, an optical system, a thermoelectric cooler with a thermometer, a voltmeter, a photoelectric bridge connected in series, a differential amplifier, a selective amplifier and a detector, and a series-connected low-frequency current generator and adder connected at the input of the thermoelectric cooler and connected through the current regulator

с выходом дифференциального усилител 2.with the output of the differential amplifier 2.

Недостатком этого гигрометра вл етс пониженна надежность из-за быстрого выхода из класса точности и потер работоспособности вследствие малой величины допустимого загр знени зеркала. Объ сн етс это тем, что первоначальна толщина сло росы, котора определ ет степень критического загр знени зеркала, не может быть задана превыщающей значительно, например в 10 - 20 раз, граничную толщину сло , так как при этом нарушаетс пропорциональна зависимость компенсирующего напр жени от толщины сло росы, и в системе возникают неуправл емые колебани , нарушающие нормальную работу системы компенсации загр знени зеркала и гигрометра в целом.The disadvantage of this hygrometer is the reduced reliability due to the rapid exit from the accuracy class and the loss of working capacity due to the small value of the allowable contamination of the mirror. This is explained by the fact that the initial thickness of the dew layer, which determines the degree of critical contamination of the mirror, cannot be set to exceed significantly, for example by a factor of 10 to 20, the boundary thickness of the layer, since in this case the proportional voltage dependence is proportional to the thickness of the dust, and uncontrollable oscillations occur in the system, disrupting the normal operation of the mirror compensation system and the hygrometer as a whole.

Цель изобретени - повыщение точности .The purpose of the invention is to increase accuracy.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известное устройство дополнительно введены диод и последовательно соединенные повторитель напр жени и интегратор, вход которого св зан с детектором, а выход повторителй напр жени включен в разрыв плеча фотомоста.The goal is achieved by the fact that a diode and a voltage follower and an integrator, the input of which is connected to the detector, are additionally introduced into the known device, and the output of the voltage follower is included in the rupture of the bridge bridge.

С целью уменьшени времени от момента включени гигрометра в сеть до установлени показаний выход интегратора соединен с выходом дифференциального усилител через диод.In order to reduce the time from the moment of switching on the hygrometer in the network to establishing the readings, the integrator output is connected to the output of the differential amplifier via a diode.

На чертеже представлена схема гигрометра .The drawing shows a hygrometer diagram.

Устройство содержит первичный преобразователь 1, блок 2 управлени и вторичный прибор 3. Первичный преобразователь 1 состоит из герметизированной камеры, внутри которой размещены источник света 4, рабочее 5 и вспомогательное 6 зеркала, а также рабочий 7 и балластный 8 фоторезисторы . Под рабочим зеркалом 5 размещены термоэлектрический холодильник 9 и термометр 0, соединенный со вторичным прибором 3.The device contains a primary transducer 1, a control unit 2 and a secondary device 3. The primary transducer 1 consists of a sealed chamber inside which light source 4, working 5 and auxiliary 6 mirrors are located, as well as working 7 and ballast 8 photoresistors. Under the working mirror 5 there is a thermoelectric cooler 9 and a thermometer 0, connected to the secondary device 3.

Блок 2 управлени представл ет собой электронное устройство, содержащее резистор 11, резистор 12, зашунтированный замыкающим контактом 13 кнопочного выключател , потенц-иометр 14, которые образуют с фоторезисторами 7 и 8 фотоэлектрический мост. Выход моста присоединен к предусилителю 15. Выход предусилител 15 соединен с регул тором 16 тока, питающим термоэлектрический холодильник 9. Блок 2 управлени содержит также устройство непрерывной автоматической компенсации загр знени зеркала и поддержани тонкого сло конденсата на нем. Оно состоит из генератора тока низкой частоты 17, соединенного через сум.матор 18 с термоэлектрическим холодильником 9, и избирательного усилител 19, вход которого присоединен к выходу предварительного усилител 15, а выход - к детектору 20, Выход детектора 20 подключен к входу интегратора, выполненного , например, в виде соединенных последовательно зар дно-разр дного резистора 21 и накопительного конденсатора 22. Выход интегратора зашунтирован вторым замыкающим контактом 23 кнопочного выключател и включен в разрыв плеча фотомоста через повторитель 24 напр же-. ни . На выходе повторител 24 включен вольтметр 25. Дл уменьшени времени от момента включени гигрометра в сеть до установлени показаний выход интегратора может быть соединен также с выходом предусилител 15 через диод 26, включенный встречно с диодами детектора 20.The control unit 2 is an electronic device containing a resistor 11, a resistor 12, shunted by the closing contact 13 of a push-button switch, a potentiometer 14, which form a photoelectric bridge with the photoresistors 7 and 8. The output of the bridge is connected to the preamplifier 15. The output of the preamplifier 15 is connected to the current regulator 16 supplying the thermoelectric cooler 9. The control unit 2 also contains a device for continuous automatic compensation of the mirror contamination and maintaining a thin layer of condensate on it. It consists of a low-frequency current generator 17 connected via a sum. Mattor 18 to a thermoelectric cooler 9, and a selective amplifier 19, the input of which is connected to the output of the preamplifier 15, and the output to the detector 20, the output of the detector 20 is connected to the integrator input , for example, in the form of a series-connected charge-discharge resistor 21 and a storage capacitor 22. The integrator’s output is shunted by a second make contact 23 of a button switch and is connected to the break of the photobridge arm via repeater 24 ex. neither At the output of repeater 24, a voltmeter 25 is turned on. To reduce the time from the moment the hygrometer was turned on before the readings were established, the integrator's output can also be connected to the output of the preamplifier 15 via a diode 26 connected in opposition to the diodes of the detector 20.

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

При настройке гигрометра в работу контактами 13 и 23 кнопочного выключател закорачивают резистор 12 и накопительный конденсатор 22 интегратора. Затем движком потенциометра 14 устанавливают на выходе предусилител 15 напр жение равное нулю. Напр жение контролируют, например, с помощью вольтметра (на схеме не показан)When setting the hygrometer to work, contacts 13 and 23 of the push-button switch short-circuit the resistor 12 and the storage capacitor 22 of the integrator. Then, the potentiometer slider 14 sets a voltage equal to zero at the output of the preamplifier 15. Voltage is monitored, for example, using a voltmeter (not shown in the diagram)

После размыкани контактов 13 и 23 кнопочного выключате.л на выходе фотомоста образуетс напр жение разбаланса, равное в первоначальный момент падению напр жени резисторе 12. Напр жениеAfter the contacts 13 and 23 of the button switches are opened, the unbalance voltage is formed at the output of the photobridge, which is equal to the initial voltage drop of the resistor 12 at the initial moment.

первоначального разбаланса устанавливают в несколько, например, 10-20 раз больше, чем это необходимо дл изменени напр жени на выходе предусилител 15 от нул до насыщени , благодар чему исключаетс потер работоспособности гигрометра приthe initial imbalance is set to several, for example, 10 to 20 times more than necessary to change the voltage at the output of the preamplifier 15 from zero to saturation, thereby preventing the hygrometer from operating at a loss

значительных загр знени х зеркала и обеспечиваетс длительна работа без чистки зеркала. При этом через холодильник 9 протекает от регул тора Штока максимальный ток, зеркало 5 интенсивно охлаждаетс . Однако напр жение на входе и выходе повторител напр жени 24 остаетс при этом равным нулю. Когда температура зеркала достигает значени точки росы исследуемого газа, на поверхности зеркала начинает выпадать конденсат, вследствие чего отражательна способность зеркала уменьшаетс . Это вызывает увеличение сопротивлени фоторезистора 7 и уменьщение разбаланса фотомоста .significant contamination of the mirror and ensures long-term operation without cleaning the mirror. At the same time, the maximum current flows from the Rod regulator through the cooler 9, the mirror 5 is intensively cooled. However, the voltage at the input and output of the voltage follower 24 remains zero. When the temperature of the mirror reaches the dew point of the test gas, condensation begins to form on the surface of the mirror, as a result of which the reflectivity of the mirror decreases. This causes an increase in the resistance of the photoresistor 7 and a decrease in the unbalance of the photobridge.

Дл достижени равновеси в системеTo achieve balance in the system

5 регулировани толщина сло конденсата на зеркале стремитс возрасти до сравнительно большой величины, определ емой величиной первоначального разбаланса фотомоста . Однако когда толщина сло достигает величины, при которой предусилитель 15 выходит из насыщени , а температура зеркала 5 принимает значение, близкое к точке росы исследуемого газа, срабатывает устройство поддержани тонкого сло росы. При этом переменный ток, вырабатываемый5, the thickness of the condensate layer on the mirror tends to increase to a relatively large value, determined by the value of the initial unbalance of the photobridge. However, when the layer thickness reaches the value at which the preamplifier 15 comes out of saturation, and the temperature of the mirror 5 takes on a value close to the dew point of the test gas, the device for maintaining a thin layer turns on. In this case, the alternating current produced

5 генератором тока низкой (преимущественно 0,1 - 1 Гц) частоты 17, накладыва сь в сумматоре 18 на посто нный ток регул тора 16 тока, измен ет периодически температуру рабочего зеркала 5 на величину ДТ с частотой переменного тока. Величину этого тока5, the low-frequency generator (preferably 0.1-1 Hz) of frequency 17, superimposing the current regulator 16 on the direct current of current regulator 16, periodically changes the temperature of the working mirror 5 by the value of the DT with the frequency of the alternating current. The magnitude of this current

0 устанавливают такой, чтобы колебани температуры ДТ зеркала было равно примерно 0,05-0,1°С, что практически не вли ет на точность измерени среднего значени температуры точки росы.0 is set so that the temperature variation of the DT of the mirror is approximately 0.05-0.1 ° C, which has almost no effect on the accuracy of the measurement of the average value of the dew point temperature.

5 Из-за колебаний температуры зеркала толщина сло росы на нем начинает также периодически измен тьс с частотой тока, так как в одном из полупериодов колебаний температура зеркала превышает температуру точки росы и. конденсат частично испар етс , а в другом полупериоде происходит осаждение конденсата.5 Due to fluctuations in the temperature of the mirror, the thickness of the layer of dew on it also begins to periodically change with the frequency of the current, since in one of the half-periods of oscillations the temperature of the mirror exceeds the dew point temperature and. the condensate is partially evaporated, and in the other half period the condensate is precipitated.

Claims

Fluctuations in the thickness of the condensate layer cause periodic changes in the reflectivity of the mirror 5, as a result of which 5 a low frequency component appears in the output of the photobridge and preamplifier 15. This component of the signal is amplified by the selective amplifier 19 and converted by the detector 20 into a constant voltage, which through the integrator and the repeater 24 receives the voltage as a compensating voltage in the photobridge shoulder to meet the voltage drop across the resistor 12. As a result, the sum decreases stresses, the value of which determines the thickness of the condensate layer on the mirror. A decrease in the error signal at the photobridge output in the process of signal processing leads to a decrease in the power supply current of the refrigerator, and, as a result, a deviation (upwards) of the average temperature of the mirror from the dew point temperature, as well as a decrease in the thickness of the mirror on it. After the thickness H of the slurry decreases to a value equal to the maximum span D L ,, of its oscillations caused by the low frequency current, the signal at the output of the selective amplifier 19 begins to decrease, since at H uhiTioK the condensate on the mirror is absent for part of the half-period fluctuations and, therefore, does not occur at this time of change in the reflectivity of the mirror. With a further decrease in the thickness of the Chloe dew, the voltage at the output of the selective amplifier 19 and the rectifier 20 decreases to such a value that the rise in voltage U stops. This ultimately leads to the stabilization of the DOWN THICKNESS at a small value. The temperature of the mirror, measured by the thermometer 10 and the secondary device 3, is higher than the dew point temperature, but their difference is insignificant. According to the indications of the voltmeter 25, which measures the magnitude of the compensating voltage, during the operation of the hygrometer it is judged about the degree of contamination of the mirror and the need to clean it. If a diode 26 is installed in the circuit after the hygrometer is turned on, the accumulator capacitor 22 of the integrator is quickly charged by the output voltage of amplifier 15 through diode 26 to such an extent that the voltage of the unbalanced photobridge and the voltage at the output of amplifier 15 decreases to the value at which diode 26 is closed. In the future, the work of the hygrometer proceeds as described above. However, the time it takes to run in a mode with a small layer of condensate on the mirror is reduced due to preliminary charging of the accumulator capacitor of the integrator, which reduces the time from the moment of turning on the hygrometer in the network until the correct readings are established. The present invention improves the accuracy and reliability of the hygrometer by increasing the duration of work between its adjustments, as well as by excluding from the hygrometer circuit elements with unstable parameters (a compensating photoresistor and an incandescent lamp). Connecting the output of the integrator to the output of the preamplifier via a diode connected in opposite to the rectifier diodes allows reducing the time from the moment of turning on the hygrometer in the network to establishing its correct readings, i.e., to increase the readiness of the device for operation. Claim 1. Compensating hygrometer containing a light source, an optical system, two mirrors, one of which is installed on a thermoelectric cooler with a thermometer, voltmeter, a photoelectric bridge connected in series, a differential amplifier, a selective amplifier and a detector, and a series-connected low-frequency current generator And an adder connected at the input of a thermoelectric cooler and connected through a current regulator with a differential amplifier output, differing from .m. that, in order to increase accuracy, an additional diode and a voltage follower and an integrator are connected in series, the input of which is connected to the detector, and the output of the voltage follower is included in the rupture of the photoelectric bridge arm. 2. The hygrometer according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the time of availability, the integrator output is connected to the output of the differential amplifier via a diode. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 265500, cl. G 01- N 21/50, 1970.

2. US patent number 3623356, cl. 73-17A, published. 1971 (prototype).

V-.csj

CM