Способ градуировки датчиков влажности на основе животной пленки

 

Использование: для измерения относительной влажности воздуха преимущественно при радиозондировании атмосферы, в метеорологии. Сущность изобретения: предлагается способ градуировки и измерения , основанный на выборе датчиков с различными видами функции преобразования, определении температурной зависимости электрического сопротивления датчиков в двух точках по относительной влажности, измерении температуры и вычислении действительного значения влажности по измеренному с использованием эмпирических формул. 1 табл., 1 ил.

„,!Ы„) 1767459 Al со оз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 W 1/11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОPСКОЫУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2

: (21) 4888231/10 .. -:,,- : - венно при радиозонфировании атмосферы, (22) 20,08.90 .; - . ь метеорологий,. Сущность изобретения: (46) 07 10.92. Бюл. l4 37 .:...: йредлагается сйособ градуировки и измере(71) Центральная аэрологическая обсерва- ния; основанный на выборе датчиков с разторил Госкомгидромета . личными видами фуйкцйи преобразования, (72) A.М.Балагуров и M.Á.Ôðèäçîí : определении темйературной завйсимости, (56) Зайцева Н.А., Шляхов В.И.Аэрология. электрического сопротивления датчиков в

Л.:. Гидрометеиздат, 1978. с. 118, 149. двух точках по .относительной влажности, (54) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ДАТЧИКОВ. измерении температуры и вычислении дейВЛАЖНОСТИ НА ОСНОВЕ ЖИВОТНОЙ ПЛЕНКИ ствительного значейия влая<ности по изме(57) Использование: для измерения относи-, ренному с использованйем эмпирических" тельной влажности воздуха преимущест- ::.формул. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам гра- тельной влажности в заданной точке про дуй ровки датчиков влажности на осйове жи-. извбдят измерения электрического сопро- 3 ватной пленки, которые используются для тивления датчика, а относительная измерения относительной влажности возду-. : влажность определяется по функции преха при радиозондировании атмосферы и мо-. . образования ФП (градуировочной1 харакжет быть использовано в метеорологии. теристике).

Для определения влажности воздуха при радиозондировании атмосферы исполь- . Известный .способ градуировки имеет зуются датчикй влажности на основе живо- существенный недостаток. заключающийся

° Ъ тной пленки, Датчик представляет собой в том, что при градуировке не учйтывается мембрану из особым образом обработан- . температурная зависимость функции пре. ной животной пленки, закрепленную в круг-: -: образования датчйков. В то же время, па лом каркасе.и натянутую с помощью скольку рабочйй температурный диапазон возвратной пружины, а так>ке реостат, раз-, -;измерений влажности при радиозон- фь мещенный в защитйом кожухе. Мембрана дйровании составляет отминус 60до 40 6, (Л соединена со стрелкой -ползунком реостата имеют место значительйые погрешности изПри измерении влажности пройсходит сжа-: .. мерений относительной влажности, доститие или растяжение мембраны и перемеще- .:.гающие 30 — 35 7. Индивидуальная ние стрелки-ползунка реостата. градуировка ках<дого датчика,по относиСоответственно изменяется электрическое тельной влажности йо всем рабочем диапасопротивление датчика. - " зоне температур занимает длительное

Градуировка датчиков производится ин- . время и и рй массовом производстве датчидивидуально для каждого датчика при тем- кой технически и экономически нецелесообпературе от 20 до 30 С в координатах разна (вместимость камер — до десятка. относительная влажность — электрическое датчиков. длительность процесса градуисопротивление. Для определения относи- ровки- не менее двух-трех месяцев).

1767459

Целью изобретения является повышение точности измерений влажности датчиками на основе животной пленки.

Поставленная цель достигается тем, что, в отличие от известного способа, из каждой партии датчиков, изготавливаемой в одном технологическом цикле (200 — 300 тыс. и более датчйков), г1осле определения .их функции преобраэбвбния при нормаль ных условиях йроиэводят отбор четырех экземпляров датчиков, характеризующихся различными видами функции преобразования: прямолинейной, выпуклой, вогнутой и синусоидальной, Вид функции преобразования определяется по критериям максимал,ьнО! отклонения функции .преобразования от линейной в интервале относительной влажности между характернЫми Значениями влажности, используемыми при определении функции влияния температуры, Производят кратковременное термои1ажностное воздействие на >кивотную пленку отобранных датчиков, предварител ьно осушенную до нижнего характерного значения относительной влажнОсти, обеспечивающего дегидратацию каллагеновых волокон при температуре меньше нижнего предела рабочего диайазона, воздухом, насыщенным при темйбфатуре выше верхней границы рабочегбдиапаэона температур, определяют зависимость электрического сопротивления каждого датчика от температуры в рабочем диапазоне ее изменения при двух характерных значениях относительной влажности

rp1 и р, и определяют осредненную зависимость этих показаний от температуры, которую присваивают всем датчикам, Как уже указано оь ше, при изготовлении пленочных датчиков используется особым способом обработанная пленка.

Партия пленочных датчиков, изготовленная из животной пленки, обработанной в едином технологическом процессе, обладает

Схожими температурными зависимостями, В то же время, пленка берется из разных тканей >KMBQTHblx и обладает различной формой зависимости сопротивления от относительной влажности, отражающих внутреннюю структуру чувствительного weмента датчика. Экспериментально установлено, что таких форм четыре: прямолинейная, выпуклая, вогнутая и синусоидальная.

В процессе исследования погрешности измерений датчиками на основе животной пленки оказалось, что минимальные погрешности получаются в случае,.если значения р> и р> принять равными соответственно 20 и 60%. Поэтому из пар.-.

ro дегидратацию коллагеновых волокон, например, 20 %, при температуре меньше нижнего предела рабочего диапазона, например, минус 60 С, а затем произвести на

40 нее кратковременное термовлажностное воздействие воздухом, насыщенным при температуре выше верхней границы рабочего диапазона температур. например, 40 С.

После этого необходимо определить эави45 симость электрического сопротивления этих датчиков от температуры о рабочем диапазоне ее измерения, при двух характерных значениях относительной влажности, например, 20 и 60%.

Далее эти зависимости необходимо перевести в показания каждого из датчиков по их ФП, полученной при температуре от 20 до 30 С, произвести определение этих пока55 эаний и построить зависимости p l = f(T) и

p2 = f(t), где т — температура анализируемой среды, Эти зависимости аппроксимируются аналитическими формулами, например. в виде полиномов. Тогда действительное значение относительной вла>кности, измерен5

25 тии изготовленных о едином технологическом процессе пленочныхдатчиков, предварительно отградуированных при температуре от 20 до 30".С, необходимо отобрать четыре датчика, имеющих прямолинейную, выпуклую, вогнутую и синусоидал ьную формы Ф П, Расп ределение датчиков по виду формы ФП необходимо производить по критериям масимального отклонения функции преобразования каждого вида от линейной в интервале относительной вла>кности между характерными значениями влажности, например, 20 и 60%, используемыми затем при определении функции влияния температуры.

Отобранные датчики помещаются о специальную установку, например, универсальный генератор ола>кного воздуха

"Диполь", позволяющую создавать различные значения относительной вла>кности при температурах от минус 60 до 40 С, таким образом, чтобы при постоянной относительной влажности р1 и р> получить зависимость электрического сопротивления каждого из датчиков от температуры анали-. зируемой среды оо всем указанном диапазоне температур, Затем для уменьшения погрешности градуировки необходимо предварительно осушить животну|о пленку отобранных датчиков, помещенных в рабочую камеру установки, до нижнего характерного значения относительной влажности, обеспечивающе1767459

55 ное с помощью любого датчика иэ данной партии, мо>кет быть рассчитано по формуле

yÏ,= P (< — 1)+11, р, — значение влажности, определенНоВ по измеренному электрическому сопротивлени1о датчика и его функции преобразования, полученной о нормальных условиях; р1 и р 2 — аналитические значения влажности, полученные flO осредненным аналитическим зависимостям показаний датчиков влажности от температуры; р1 и р 2 — характерные значения влажности, используемые при определении функции нлиян я температуры, в которой аналитические значения влажности определены после термовлажностного воздействия.

Пример. Иэ партии датчиков были отобраны четыре датчика N.N11232,,42045, 03322 и 41692, име1ощие соответственно прямолиней1ну1о. выпуклую, вогнутую и синусоидальную формы функции преобразования. Датчики размещались о рабочей камере генератора "Диполь". Перед началом определения функции влияния температуры о рабочей камере генератора задавался следу1ощий режим: относительная влажность 20 Д, температура минус

62 С, который выдерживался около 30 мин для достижения дегидратации коллагеновых волокон животной пленки датчиков. Затем о рабочу1а камеру генератора впускался воздух иэ камеры насыщения, насыщенный водяным паром при 41 С. Таким образом, осуществлялось необходимое термовлажностное воздействие на датчики. Да< ее в рабочей камере генератора эадаоались различные режимы по температуре: 40, 30, 20.

10, О, минус 10, минус 20, минус 30, минус

50 и минус 60"С при относительной влажности 20 и 60 .

Измерения сопротивления датчиков производились с помощью цифрового ампервольтомметра Ф-30 К (погрешность измерения сопротиоления +" 0,1 кОм), По измеренным значениям сопротивлений датчиков с учетом их функций преобразования, полученных при температуре от 20 до 30 С, определены значения относительной влажности р11 и <р 21, соответствующие измеренным сопротивлениям. Эти значения влажности их осредненные значения pf u р2 представлены о таблице, В результате аппроксимации этих данных получены следующие выра>кения для >1 И Щ :

@1= 26 — 0,371, Р: = 62 — 0,321 — 0,002<, а формула принимает оид

p. =-40 -"" -+ 20 (и Р2 Р1

Экспериментальные значения р11 (числитель) и рг1 (знаменатель) для различных датчиков приведены в таблице.

На чертеже приведен пример измерений вла>кности при радиозондировании (выпуск аэростата о r.Рыльске 11.07.05 r, в 8 ч

45 мин) предложенным способом (кривая 1).

Для сравнения там же приведены вертикальные профили относительной влажности, полученные традиционным способом (кривая 2) и конденсационным гигрометром

"Торос" (кривая 3), аттестованным Госстандартом СССР в качестве образцового СИ.

Из чертежа видно, что при температурах, достигающих минус 55 С (кривая 4), кривая

1 сущестоенно ближе (на 20 — 300jo) к действительному профилю относительной олажности, измеренному с помощью образцового измерительного средства. Таким образом, примейение предлагаемого способа градуировки существенно повышает достоверность измерений относительной влажности при радиоэондировании атмосферы с помощью датчиков на основе животной пленки, Положительный эффект предлагаемого способа состоит в том, что повышение точности измерения влажности при радиоэондировании атмосферы обеспечивает повышение качества прогнозов погоды.

Это, в свою очередь, должно привести к экономии средств но многих отраслях народного хозяйства, в ТоМ числе, о авиации, о сельском хозяйстве, на гранспорте и т,п, Формула изобретения

Способ градуировки датчиков влажности на основе животной пленки, при котором находят зависимость эле1<трического соп ротивления каждого из датчиков от относительной вла>кности воздуха и присваивают ее соответствующему датчику, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности, после нахождения зависимости производят отбор четырех экэемпля ров датчиков, характеризующихся различными видами найденной зависимости, производят кратковременное термавлажностное воздействие на животную пленку отобранных датчиков, предварительно осушенную до нижнего характерного значения относительной влажности; обеспечивающего дегидратацию коллагеновых оОлокон пленок при температуре ниже -600C, воздухом, нла7 ! гоиасыщенным при температуре выше

+40 С, определяют зависимость электрического сопротивления каждого датчика от температуры при значениях относительной

1767459

S влажности 20% и 60% и onределяют осредненную зависимость этих показаний оттемпературы, которую присваивают всем датчикам.

» б

C б б

/Ф (//

/.

t.

Г

1.

1, 1

--- -2

@ бб» ° б» В

° ° »»»»м. » /(! Ф

Ф б е

° б б

° 1

° б б бб

; Вб °

Ф »

70 60 SO «О 30 20 ХО О IO 20 Т С

О. Se ИО )

Составитель А.бала ypob

Техред М.Моргентал Koppexiop IVl. Têà÷

Редактор T.Иванова е

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3847 Тираж Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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