Конденсационный гигрометр

 

КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР, содержащий камеру, в которой установлены зеркало, оптическая система регистрации достижения момента образования росы с осветителем и приемником света, термобатарея с регистратором температуры точки росы,,о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повьше-. ния надежности и быстродействия гигрометра, с зазором к поверхности зеркала установлена находящаяся в тепловом контакте.с термобатареей и выполненная из теплопроводящего материала съемная сетка, размер ячеек которой определяется соотношением { JALA 9i -А i г р«с и4-е где г - приведенный радиус ячейки-, d - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; р - плотность жидкости; g - ускорение силы тяжести; а - расстояние от источника света до сетки; Е - расстояние от сетки до зеркала; Л - значение длины волны используемого источника света.

{ I9) (l1) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСГ1УБЛИН

4(5() G 01 N 25/68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

3ь(" г i.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц !3

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где r (21) 3562650/24-25 (22) 04.03.83 (46) 23.06.85. Бюл, У 23 (72) А.И.Федоров, В.А.Керножицкий и А.Е..Козик (53) 533.275 (088.8) (56) 1. Патент США В 4083249, кл. G 01 N 25/68, опублик. 11.04.78.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 449333, кл. G 01 % 1/1.1, 1971 (прототип). (54)(57) КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ГИГРОМЕТР, содержащий камеру, в которой установлены зеркало, оптическая система регистрации достижения момента образования росы с осветителем и приемником света, термобатарея с регистратором температуры точки росы, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повыше-. ния надежности и быстродействия.гигрометра, с зазором к поверхности зеркала установлена находящаяся в тепловом контакте,с термобатареей и выполненная иэ теплопроводящего материала съемная сетка, размер ячеек которой определяется соотношением

at. „(. 156 + УФ приведенный радиус ячейки; коэффициент поверхностного натяжения жидкости,: плотность жидкости; ускорение силы тяжести; расстояние от источника света до сетки; расстояние от сетки до зеркала, значение длины волны используемого источника света.

1 1163

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения влажности воздуха по точке росы в различных условиях эксплуатации. S

Известно устройство, содержащее измерительное зеркало, холодильник для его охлаждения, датчики температуры точки росы и температуры среды, вентилятор, осветитель и светочувст- >4 вительный элемент, причем вентилятор размещен между осветителем и светочувствительным элементом 1.1.

Недостатком данного устройства является низкая надежность работы, обусловленная тем, что дгэя срабатывания устройства капли на зеркале должны достичь достаточно большой величины, чтобы вызвать рассеивание падающего на него светового потока.

Кроме того, вследстви" неоднородностей условий обтекания зеркала воздушным потоком и неравномерного охлаждения зеркала возникает разброс моментов срабатывания автоматической системы охлаждения зеркала.

Все это, а также зависимость показаний устройства от температуры среды приводит к неустойчивой работе устройства, необходимости длительной егор юстировки и вывода на режим, что в свою очередь снижает готовность устройства и сопряжено с значительными трудозатратами и непроизводительным расходом электроэнергии и rasa. 3S

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является конденсационный гигрометр, содержащий камеру, в которои установлены зеркало, оптическая система регистрации 44 достижения момента образования росы с осветителем и приемником света, термобатарея с регистратором темпера.туры точки росы (2 .

Целью изобретения является повы- 4S шение надежности и быстродействия гигрометра.

Указанная цель достигается тем, что в конденсационном гигрометре, содержащем камеру, в которой установ-SO лены зеркало, оптическая система регистрации достижения момента образования росы с осветителем и пр ieMником света, термобатарея с ретистратором температуры точки росы, с 55 зазором к поверхности зеркала установлена находящаяся в тепловом контакте с термобатареей и выполненная

238 из теплопроводящего материала съемная сетка, размер ячеек которой определяется соотношением где r — радиус ячейки;

Ь вЂ” коэффициент поверхностного натяжения жидкости; у — плотность жидкости;

g — - ускорение силы тяжести;

a. — расстояние от источника света до сетки; (— расстояние ат сетки до зеркала;

Л вЂ” значение длины волны используемого источника света.

На чертеже изображен конденсационный гигрометр.

Предлагаемый гигрометр содержит камеру 1 в виде цилиндра с укреплен-. ными в ней двигателем 2 с вентилятором 3. Передняя часть камеры разделена термоиэоляционной перегородкой

4 на две части. В верхней части крепится радиатор S термобатареи 6, которая в нижней части камеры снабжена измерительным зеркалом 7 и регистратором 8 температуры точки росы.

Оптическая система регистрации достижения момента образования росы включает приемник света — фотодиод

9, призму 10 и осветитель 11, Термосопротивление 12 служит для регист" рации температуры исследуемого потока; С зазором к поверхности зеркала

7 установлена выполненная из теплопроводящего материала мелкоячеистая съемная сетка 13. Сетка находится в тепловом контакте с термобатареей 6, Размер ячеек сетки определяется соотношением

Устройство работает следующим образом.

Вращающаяся многолопастная крыльчатка вентилятора 3 протягивает поток контролируемого воздуха через обе секции камеры 1. Данным потоком в верхней части охлаждается термобатарея 6. Луч света от осветителя

11 через- призму 10 попадает на зеркало через сетку 13 и отражается на фотодиод 9. При отсутствии конденсата в ячейках сетки фотодиод откры1163 вается и через соответствующую схему включает питание термобатареи. Зеркало 7 с сеткой 13 начинает охлаждаться, и при достижении температуры точки росы в ячейках сети появляются 5 капли конденсата, образующие линзы, рассеивающие луч света. При достиже-. нии точки росы питание термобатареи

6 выключается, конденсат испаряется с ячеек сетки 13 и цикл повторяется.

Мелкоячеистая сетка, устанавливаемая на зеркало, позволяет при достижении точки росы образовывать большое количество малых "жидких" линз рядом с поверхностью зеркала, что существенно увеличивает рассеиваемость светового потока конденсатом. Диаметр этих "жидких" линз равен диаметру отверстий сетки 13.

При выпадении росы в ячейке сетки

13 за счет сил поверхностного натяжения будет накапливаться влага, первоначально принимающая форму пленки.

По мере накопления влаги пленка будет утолщаться и под действием силы тяжести примет форму линзы. В предельном случае радиус кривизны этой линзы равен радиусу ячейки. Если поверхность жидкости ограничена периметром смачивания, то величина коэффициента поверхностного натяжения равна силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направI ленной нормально к ней, т.е.

) (1) где r — - приведенный радиус ячейки;

6 — коэффициент поверхностного натяжения;

F — сила поверхностного натяже- 40 ния.

"Жидкая" линза будет удерживаться в ячейке до тех пор, пока вес заключенной в ней жидкости не преодолеет . силу поверхностного натяжения. Так 45 как в пределе линза имеет форму шара, масса образующей ее жидкости определяется по формуле гз (2)

3 50 где у — плотность жидкости, g —ускорение силы тяжести.

Приравнивая формулы (1) и (2), получаем соотношение для определения радиуса ячейки сетки 55

238

Для воды в широком диапазоне температур получим

0,345 см.

Следовательно, максимальный радиус ячейки сетки должен быть не более 0 345 см.

Поскольку в начальный момент выпадения росы в ячейке сетки образуется тонкая пленка, которая sa счет сил поверхностного натяжения имеет форму двояковогнутой линзы, то прп соизмеримости толщины пленки с половиной длины волны Ь /2 света источника она за счет итерференции станет светонепроницаемой. При этом засветка приемника 9 прекраща" ется, что приводит к выключению термобатареи 6 и фиксации точки росы. Таким образом, толщина пленки, равная Л/2, может считаться оптимальной по точности для предлагаемого устройства.

Интенсивность засветки зеркала

sa ячейкой будет, максимальна, если она открывает первую зону Френеля (зону засветки), определяемую по формуле (4) где а — расстояние от источника света до сетки;

Т вЂ” расстояние от сетки до sepкала, m — - номер зоны Френеля.

При а = 1500 мм, f = 2 мм, ш = 1, = 600 Нм.

"-0,04 мм.

Объединяя формулы (3) и (4), получим выражение для выбора размера ячейки сетки: а ° Й t з G

a+i р g

Сетка при этом может быть выполнена из тонкой проволоки или металлической фольги толщиной 0,01 мм иэ гидрофильного материала.

Резкое увеличение рассеиваемости светового потока конденсатом при образовании линз на сетке позволяет значительно снизить инерционность устройства, повысить его точность.

Возникающее при этом уменьшение ин1163238 тенсивности светового потока от всей поверхности зеркала позволяет исключить случаи ложного срабатывания прибора, тем самым повысить 5 достоверность отсчета точки росы.

В известном устройстве зеркало выполняет две функции — отражает световой поток и является местом конденсации влаги. Указанное совмещение обуславливает наличие недостатков, присущих известному устройству.

В предлагаемом устройстве эти функции разделены, зеркало по-прежнему предназначено для отражения светового потока, а для конденсации влаги введен новый элемент — сетка, находящаяся в тепловом контакте с термообработкой. Обтекание сетки потоком газа становится более равномерным и улучшаются условия теплообмена между потоком газа и сеткой, Кроме того, небольшая масса сетки значительно ускоряет ее теплообмен как между потоком газа, так и термобатареей, что снижает тепловую инерцию устройства, В этих условиях возникает необходимость охлаждать лишь сетку, имеющую небольшую

30 массу, что сокращает время замера, повышает оперативность контроля за счет снижения тепловой инерции прибора. С другой стороны, при заполнении ячеек сетки пленкой влаги, когда толщина последней достигает поло. вины длины волны источника света, сетка за счет интерференции становится полностью непроницаемой и практически полностью перекрывает световой поток, падающий на зеркало, что также снижает инерционность работЫ устройства и повышает надежность его функционирования.

Воэможность съема сетки позволяет испольэовать прибор для грубых и точных замеров в различных условиях эксплуатации, что говорит о расширении области применения прибора, а также увеличивает надежность прибора. .Предлагаемое устройство позволяет увеличить надежность измерений влажности, что в свою очередь повысит эффективность контроля за состоянием атмосферы, и производительность труда обслуживающего персонала.

1163238

Составитель В.Екаев

Техред И.Асталош Корректор О. Луговая

Редактор А.Сабо

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

Заказ 4099/44 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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