Устройство для измерения относи-тельной влажности газов

 

O Il И С А Н И Е (649054

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцмалмстмческмк

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 26.06.79!(2!) 2785653/18-21 (51)М. Кд.

G 01 Н 25/64 с присоединением заявки М (23) П риоритет тееудеротебинь1й комитет

CCCP да делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.07.81. Бюллетень М 27 (53) УДК 53. .08(088.8) Дата опубликования описания 25.07.81

Ю.Г. Туманов, В.Д..Цицелко, А.В. Топольский, Т.В. Романова и В.П. Мишта (72) Авторы изобретения

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ

ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения относительной влажности газов.

Известно устройство для измерения влажности воздуха психрометрическим методом, с применением в качестве "сухого" и "смоченного" термометров-датчиков на полупроводниковых .термосопротивлениях, включенных в

10 плечи дифференциального моста, а изме-: рительная диагональ шунтируется полупроводниковым сопротивлением (l) .

Недостатками этого устройства являются низкая точность и значительные

15 аппаратурные затраты.

Наиболее близким техническим решением к.предлагаемому является устройство для измерения относительной влажности, содержащее подогревный .хло-. ристо-литиевый датчик абсолютной влажности и датчик температуры, соединенные со входным устройством. Выход входного устройства через ключи соеди2 .нен со входами двух интеграторов. Ко входам интеграторов подключены выходы источника опорных напряжений. Выходы источника опорных напряжений подключены также ко входу третьего интегратора. Выходы интеграторов через компараторы соединены со входами устройства управления. Выходы устройства управления соединены с управляющими входами ключей и источника опорных напряжений. В устройстве используется описание характеристик датчиков полиномами третьей степени 52l .

Недостатками устройства является большая погрешность при использовании в широком температурном диапазоне температур контролируемой среды,. низкая помехозащищенность, вследствие отсутствия гальванической развязки входных и выходных цепей.

Цель изобретения — повышение точности измерения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения

3 8 относительной влажности газов, содержащее датчик абсолютной влажности и датчик температуры, первые выводы которых объединены и также как и ь вторые выводы подключены к соответствующим входам входного устройства, источник опорных напряжений, интеграторы, компараторы, сумматоры, масштабирующие устройства, ключи и устройство управления, введены дополнительные устройства управления, ис.точник опорного напряжения, а также запоминающее устройство и корректор, причем выходы входного устройства через первый и второй ключи соединены с первыми входами сумматоров, второй вход первого сумматора подключен к первому выходу источника опорных напряжений, второй и третий выходы которого через соответствующие ключи . подключены к первому входу первого интегратора, а четвертый и пятый— через соответствующие ключи подключены ко второму входу второго сум-матора, выход которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого подключен к выходу первого интегратора, второй и третий входы которого через соответствующие последовательно соединенные ключи и масштабирующие устройства соединены с выходом первого сумматора выход первого компаратора соединен с первым входом устройства управления, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей,с управляющими входами всех остальных ключей, с входом установки начальных условий первого интегратора и первым входом устройства, гальванической развязки соответственно, второй вход устройства управления подключен к первому выходу устройства гальванической развязки, второй выход и второй вход ко-. торого соединены с первыми входом и выходом дополнительного устройства управления, другие выходы которого .подключены к входам дополнительного источника опорного напряжения и корректора, входу установки начальных ус ловий второго интегратора, управляющему входу запоминающего устройства и выходным шинам соответственно, вход второго интегратора подключены к выходам дополнительного источника опорного напряжения, корректора и запоминающего устройства, а выход—

49054 4 к входу запоминающего устройства и через второй компаратор — ко второму входу дополнительного устройства управления.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу уст10

ы

55 ройства.

Устройство содержит подогревный хлористо-литиевый датчик 1 абсолютной влажности и датчик 2 температуры включенные последовательно. Проводами 3-7 датчики 1 и 2 соединены с входным устройством 8. Выходы входного устройства 8 через ключи 9 и 10 соединены со входами сумматоров 11 и 12. Другой вход сумматора ll соединен с выходом источника 13 опорных напряжений. Выход сумматора ll через ключи 14 и 15 подключен ко входам масштабирующих устройств 16 и 17, выходы которых соединены с суммирующими входами интегратора 18. Другой суммирующий вход интегратора 18 через ключи 19 и 20 соединен с выходами источника 13 опорных напряжений.

Выход интегратора 18 подключен к первому входу компаратора 21. Второй вход компаратора 21 подключен к выходу сумматора 12. Второй вход сумматора 12 через ключи 22 и 23 подключен к выходам источника 13 опорных напряжений. Выход компаратора 21 подключен к одному из входов .устройства 24 управления. Выходы устройства

24 управления подключены к управляющим входам ключей 9, 10, 14, 15, 19, 20, 22, 23 и ко входу установки начальных условий интегратора 18. Входное устройство 8, ключи 9 и 10, сумматоры 11 и 12, источник 13 опорных напряжений, ключи 14 и 15, масштабирующие устройства 16 и 17, интегратор 18, ключи 19 и 20, компаратор 21, ключи 22 и 23, устройство 24 управления входят в состав экранированного блока 25. Устройство 24 управления через устройства 26 гальванической развязки соединено с дополнительным устройством 27 управления, расположенном вне экранированного блока 25. Один из выходов устройства

27 управления соединен со входом установки начальных условий интегратора

28. Суммирующие входы интегратора 28 соединены с выходами дополнительного источника 29 опорного напряжения, корректора 30 и запоминающего уст054 4

На другой вход компаратора 21 пода- ется выходное напряжение О, интегратора 18, равное

0„, - t" --(1 (U,-О )+1 ) (1)

З5 028 Ь 029 1 0Ъ

+ — - . (5) йЮ 28 Р причем

45 Т

Первая часть в выражении (5)

Т

U пропорциональна Т>, т. е.

28 зависимости (31. Величины напряжений

56

U g„ и интервалы Ц выбираются таким образом, чтобы величина — 0 Ф. л

303 i соответствовала разности P„(R )-P„ (R ). В этом случае зависимость u (R ) соответствует зависимости Р„ (В ). Таким образом, за время Т интегратор 28 разряжается до напряжения 0

5 849 ройства 31. Цыход интегратора 28 подключен ко входу компаратора 32 запоминающего устройства 31. Цифровой выход 33 устройства соединен с выходом устройства 27 управления. Выходы устройства 27 управления подключены к управляющим входам источника 29 опорного напряжения, корректора 30 и запоминающего устройства 31.

Работа устройства происходит следую-;. щим образом .

Входное устройство 8 через проводы

3 и 7 подает стабильный ток Iy на датчики 1 и 2. Падение напряжения на датчиках 0 =1>R и U =I R (В„;и В 15 сопротивление датчиков f и 2, зависящие от абсолютной влажности и температуры газовой среды) по проводам

4-6 подаются на входное устройство 8.

Напряжения 0 и 0< усиливаются вход20 ным .устройством 8. В исходном состоянии с выходов входного устройства 8 на ключи 9 и 10 подаются напряжения

0 и 0„ пропорциональные сопротивлениям R и R, ключи 9, 10, 14, 15

19, 20, 22 и 23 закрыты. На входы установки начальных условий интеграторов 18 и 28 подают сигналы установки нулевого выходного напряжения.

Выходные напряжения источника 29 опорного напряжения и корректора 30 равны нулю. По сигналу устройства 27 управления источник 29 опорного напряжения и корректор 30 вьщают.на вход интегратора 28 напряжения Ц и 0 „, Одновременно через устройство 26 гальванической развязки подается сигнал на устройство 24 управления и оно открывает ключи 9, 14, 19 и 22 и отключает сигнал установки нулевого выходного напряжения со вхбда установки начальных условий интегратора 18, Таким образом, на входы сумматора ll подаются напряжения U с входного устройства 8 и U с источ13 ника 13 опорных напряжений. Выходное напряжение О„л сумматора ll через ключ 14 и ыасштабирующее устройство

16 с коэффициентом К1 подается на вход интегратора 18. На вход интегратора 18 также подается через ключ

l9 напряжение U с выхода источника

13 опорных напряжений. На входы сумматора 12 подаются напряжение U с одного из выходов источника 1Э опорных напряжений. С выхода сумматора 12 на один из входов компаратора

21 подается напряжение 0 =09 + Ug где t — время

Ъ вЂ” постоянная времени интегратора 18.

Через время То напряжение U увеличится до величины О„ и можно записать, ч о ц,+0»= (, (о: u„,- )+0„„.1, (г) откуда ъ ь -.ы

Г лб (9 /Ъ)+ 49

Коэффициент К„ - и напряжения

0 ., 0, и 0 выбираются таким образом, чтобы зависимость Т = Т„(R .)

+L соответствовала р висимости

C(й — R ток) (4) Зависимость Р (R ) аппроксимирует зависимость Р„ (R ) давления насыщенных водяных паров P от coIf противления R< датчика 2.

За время Т> выходное напряжение

0 интегратора 28 увеличивается и достигает величины гдето — постоянная времени интегы ратора 28, О - — последовательно выдаваемые Ьол корректором 30 напряжения, й„ вЂ” интервалы времени, в течение которых выдается каж.дое напряжение U

Зол

84905 пропорционального давлению насыщающих водяных паров.

По сигналу компаратора 21 устройство 24 управления закрывает ключи 9, 14, 19 и 22, подает на интегратор 18 сигнал установки нулевого выходного напряжения и через устройство 26 гальванической развязки подает соответствующий сигнал на устройство 27 управления. Устройство 10

27 управления устанавливает нулевое напряжение на выходах источника

29 опорного напряжения и корректора . 30 и подает сигнал на запоминающее устройство 31 для фиксации выходного 15 напряжения 0<8, интегратора 28. Затем через некоторое время, подает на интегратор 28 сигнал установки нулевого выходного напряжения.

Через время, достаточное для ус- 20 тановки нулевых выходных напряжений на выходных интеграторов 18 и 28, устройство 27 управления вновь даст сигнал на источник 29 опорного напряжения и на корректор 30. На вход интегратора 28 подается напряжение

U и U . Одновременно с интеграто1 щ 5о ра 28 снимается сигнал установки нулевого выходного напряжения. На выходе интегратора 28 появляется напряжение Оq8

Одновременно устройство 27 управления через устройство 26 гальванической развязки подает сигнал на устройство 24 управления. Устройство 24 управления снимает с интегратора 18 сигнал установки ну- 4О левого выходного напряжения и открывает ключи 1О; 15, 20, 23. На выходе сумматора 11 появляется напряжение 0„ = 0„ U . На вход интегратора 18 через ключ 20 от источника 45

13 опорных напряжений подается напряжение 0 О, а через масштабирующее устройство 17 с коэффициентом передачи К напряжение 0 7 k (U„+

На выходе. интегратора 18 появляется напряжение

Г Е Y. Ы о™чЪ 2о) е! от источника 13 опорных налряжений че55 рез ключ 23 на вход сумматора 12 подается напряжение 0> . С выхода сумматора 12 на вход компаратора 21 поддается напряжение 0,„=01о+ U<> °

4 8

3а время Т1 выходное напряжение

U® интегратора 18 увеличивается до напряжения U, что фиксируется компаратором 21.

Можно записать, что откуда 1 (u +и ) т (U1O U„>)i 0

Коэффициент К„ и напряжение

U ..,,U и 0 выбираются таким образом, чтобы зависимость Т„ = Т (R ) соответствовала зависимости

AR„+3

1 (R)

Зависимость Р„ (R„) аппроксимирует зависимость Р„ (Р ) парциального давления водяных паров от сопротивления

Р„ датчика 1.

3а время Т напряжения 0 дости1 28 гает величины

Ч „

02Ю 29 Ъ01 1

29 28

Как и в случае преобразования сигнала от датчика 2, величины нап1 1 ряжений О. и интервалы t выбираютфэ ся таким образ ом, чтобы величина

I

° 7 U ° и соответствовала разности Р,„(К„)-Р „ (К1 ). Тогда зависимость 0 (R ) будет соответствощ вать зависимости eÄ (R ). По сигна1 лу компаратора 21 устройство 24 управления закрывает ключи IO 15, 20, 23, подает сигнал установки нулевого выходного напряжения на интегратор 18 и через устройство 26 гальванической развязки подает соответствующий сигнал на устройство 27 управления, которое отключает выходные напряжения источника 29 опорного напряжения и корректора 30 и разрешает выдачу напряжения 0 зафиксированного запоминающим устройством 31 на вход интегратора 28.

Выходные напряжения интегратора 28 уменьшаются до нуля за время Т

1 1> — . Так как напряжение д

U28

"яа пропорционально Р„ (В ) и 0 пропорционально Р„(К„), то Т пропорционально относительной влажности

849054 10 чены ко второму входу второго сумматора выход которого соединен с первым входом первого компаратора второй вход которого подключен к выходу первого интегратора, второй и третий входы которого через соответствующие последовательно соединенные ключи и масштабирующие устройства соединены с выходом первого сумматора, выход

10 первого компаратора соединен с первым . входом устройства управления, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, с управляющими входами всех осталь13 ныи ключей, с входом установки начальных условий первого интегратора и первым входом устройства гальванической развязки соответственно, второй вход устройства управления под20 ключен к первому выходу устройства гальванической развязки, второй выход и второй вход которого соединены с первыми входом и выходом дополнительного устройства управления, другие

25 выходы которого подключены к входам дополнительного источника опорного напряжения и корректора, входу уста- новки начальных условий второго интегратора, управляющему входу sano30 минающего устройства и выходным шинам соответственно, входы второго интегратора подключены к выходам дополнительного источника опорного напряжения, корректора и эапоминаю3S щего устройства, а выход — к входу запоминающего устройства и через второй компаратор — ко второму входу дополнительного устройства управления е

Формула изобретения

Устройство для измерения относительной влажности газов, содержащее датчик абсолютной влажности и дат" чик температуры, первые выводы которых объединены и -также как и вторые выводы подключены к соответствующим входам входного устройства, источник опорных напряжений, интеграторы, компараторы, сумматоры, масштабирующие устройства, ключи и устройство управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены дополнительные устройства управления, источник опорного напряжения, а также sanoминающее устройство и корректор, причем выходы входного устройства через первый и второй ключи соединены с первыми входами сумматоров, второй вход первого сумматора подключен к первому выходу источника опорных напряжений, второй и третий выходы которого через соответствующие ключи подключены к первому входу первого интегратора, а четвертый и пятый— через соответствующие ключи подклюМомент уменьшения U до нуля фиксируется компаратором 32, интервал времени Т трансформируется устФ ройством 27 управления в код М,р, например, с помощью подсчета количества импульсов стабильной частоты за время Т„, Код й,р выдается на цифровой выход 33 устройства.

Применение гальванической развязки входных и выходных цепей позволяет получить существенное ослабление синфазной помехи. Для повышения точности в данном устройстве необходимо увеличить количество дополнительных напряжений 0 и О

Ь04 Ъо формируемых корректором 30.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Авторское свидетельство СССР

В 128175, кл. G 01 И 25/62, 1960

2. Измерительная техника, 1978, У 4, с. 67-69 (прототип) .

849054

Составитель С. Тимохов

Редактор Н. Кончицкая Техред И. Асталош Корректор С. 111омак

Заказ 6081/55 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Жи лиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4