Гигрометр психрометрический

 

Использование: измерение влажности газовой среды. Сущность: сухой и увлажненный измерители температуры выполнены в виде биметаллических спиралей. Распространение влаги по узкому межвитковому пространству осуществляется за счет капиллярного эффекта. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к измерителю влажности газовой (воздушной) среды, конкретно к устройству измерителя влажности, использующему психрометрический способ измерения, т.е. показания двух термометров - сухого и влажного. Изобретение может быть использовано как в быту, так и в технике, особенно там, где ограничено пространство, отсутствует электроэнергия и имеет место вибрация, тряска и удары.

Известны следующие психрометрические измерители влажности [1,с. 271-277] : 1. Измерители манометрические (например ТГ-420, ТГ-620 и др.), имеющие в качестве чувствительных узлов термобаллоны, соединенные с манометрическими пружинами капиллярными трубками. Определение относительной влажности здесь может быть механизировано и ее проще измерять дистанционно.

2. Психрометры электрические (электронные), использующие в качестве датчиков термопары или термосопротивления (сухие и увлажненные), включенные в соответствующие усилительно-преобразовательные схемы. Они малоинертны, компактны, точны, удобны для дистанционных измерений, не боятся вибраций и тряски и способны выдавать информацию в виде относительной влажности. Такие измерители дороги и требуют специальных источников электроэнергии. Это ограничивает их применение в быту, особенно в полевых условиях.

3. Психрометры, в которых термометрами являются стеклянные баллоны, наполненные ртутью (например, ВИТ-2) или спиртом. Они громоздки, инерционны, требуют определенной ориентации в пространстве, боятся ударов и тряски, обработка их информации и вывод ее из закрытых объемов затруднены. С целью определения относительной влажности необходимо снять показания термометров сухого (t_с) и мокрого (t_м),вычислить их разницу Δt = (t_с - t_м) и, пользуясь величинами t_с и Δt , по таблице выбрать значение влажности ϕ.

В качестве прототипа рассмотрим психрометр ВИТ-2, имеющий два термометра (сухой и увлажненный), наполненные спиртом. Он не требует электроэнергии, но его применение затруднено в полевых условиях, в малых закрытых объемах и на подвижных установках.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. создание психрометра компактным, надежным, малочувствительным к вибрациям и тряске, не требующим источника электроэнергии.

Цель достигается принципиальным изменением конструкции измерителей температуры. Вместо стеклянных баллонов, наполненных спиртом и прямолинейной вертикальной шкалы,применяются биметаллические спирали (сухая и увлажненная) и круговые шкалы (фиг. 1, где 1-угольник, 2-шкала, 3-стрелка, 4-втулка, 5-пружина; и 2, где 1-втулка, 2-пружина). При этом один конец спирали неподвижен относительно измерительной шкалы, другой связан со стрелкой и при измерении температуры имеет возможность перемещаться по окружности, увлекая за собой стрелку. Невозврат стрелки при принудительных отклонениях ±0,5^oC обеспечивается подгибкой пружины и угольника в сборе поз.1 и 5.

Способ увлажнения спирали аналогичен при следующих отличиях. В ВИТ-2 смоченный чулок должен плотно прилегать ко всей поверхности стеклянного шарика (резервуара спирта). Увлажненную спираль делают тонкой, с узким межвитковым пространством, границы которого способны смачиваться. Такая спираль способна удерживать, так и распространять влагу. В результате уменьшается необходимая площадь соприкосновения увлажнителя со спиралью или исключается необходимость в увлажнителе.

Поверхность увлажняющей материи должна прилегать к спирали только в некоторых (характерных) точках, например в трех, расположенных на вертикали, проходящей через центр (две - на диаметре, одна - в центре). Указанное обусловлено стремлением снизить до минимума величину дополнительной погрешности от силы трения между спиралью и материей. При этом трех точек достаточно для хорошего увлажнения ввиду капиллярности межвиткового пространства спирали.

Принцип построения указанного психрометра был проверен на макете с использованием измерительных механизмов двух термометров типа ТСА (термометр сувенирный, автомобильный), выпускаемых заводом "ТЭМП" в г. Санкт-Петербурге (фиг. 1 и 2).

Термометр ТСА имеет следующие характеристики: диапазон от -20^oC до 60^oC; погрешность в диапазоне от 0 до +30^oC - не более ±1,5^oC; погрешность в остальном диапазоне - не более ±3^oC.

С учетом таблицы примерная погрешность измерения влажности составит ±10%. Погрешность термометра при доработке может быть уменьшена до ±0,5^oC. В этом случае погрешность измерения влажности составит ±4%.

К психрометру придается таблица для перевода значений t_с и Δt в значения ϕ. При этом скорость воздушного потока V, в котором находится термометр, должна находиться в диапазоне 0,5 - 1 м/с. Например, при t_с = 20^oC t_м = 16^oC и Δt = 4°C, ϕ = 63% . .

В случаях отличных скоростей используется специальная диаграмма [1, с. 272, рис. 12-9]. Например, при указанных температурных данных и Δt = 10 м/c, ϕ = 67% . Вместо таблиц возможно использование диаграмм [2, с. 68 рис. 1-54; 1, с. 272 рис. 12-9]. При этом для нахождения значения ϕ по первой диаграмме необходимо знание t_с и t_м. Для второй диаграммы - знание t_с и Δt .

Серийный образец предлагаемого психрометра должен иметь общее основание для двух круговых шкал, общий корпус и подставку с таблицей. В нем сухая спираль отделена от увлажненной перегородкой. Вокруг расположен бортик для крепления чулка. Другой конец чулка опущен в резервуар с дистиллированной водой (фиг.3).

С целью создания необходимого запаса воды при постоянном отстоянии спирали от ее поверхности резервуар разделен узкой горловиной на два сообщающихся объема. При этом малый объем сообщается с атмосферой, в него опускается чулок. Большой объем отделен от атмосферы герметичной перегородкой (пробкой). Указанное позволяет иметь значительный запас воды на более высоком горизонте.

Источники информации: 1. П. Д.Лебедев.Расчет и проектирование сушильных установок.-М.-Л:Госэнергоиздат,1963.

2.В.П.Блюдов и др.Общая теплотехника. - М.-Л.: Госэнергоиздат,1952.

3.М.Ю.Лурье.Сушильное дело.-М.: Госэнергоиздат, 1948.

Формула изобретения

Гигрометр психрометрический, содержащий два измерителя температуры: сухой и увлажненный, выполненные в виде биметаллических спиралей, отличающийся тем, что в увлажненном измерителе температуры биметаллическая спираль обладает способностью распространять влагу по узкому межвитковому пространству со смачиваемыми стенками, вследствие чего уменьшается необходимая площадь соприкосновения увлажнителя со спиралью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4