Сорбционно-частотный гигрометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТО ВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советеиня

Сецналнстнчесиня

Ресттублни в 938115 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлеио 03.01.80 (21) 2866373)18-25 (51}М. Кл.

G 01й 25/56 с присоединением заявив М—

{23)ПриоритетЙвудярвтяеяяйк каиятет

CCCP йа йвяан яэояретеяяй я етярытяя

Опубликовано 23 06.82, Бюллетень №23 (53) УДК 536. .42 1(088.8) Дата опубликования описвкия 27.06.82

В. Е. Иващенко, Г. Н. Лобанов, И. А. Рудьж. и А. А. Терлецкий.(72) Авторы изобретения . (7l ) Заявитель (54) СОРБЦИОННО-ЧАСТОЧ НЫЙ ТИГРОМЕТР

Изобретение относится к анвлитичес= кому приборостроению, в частности к приборам цля измерения влажности и может быть использовано для измерения обьем ной доли влаги в газовых смесях.

Известный сорбционно-частотный г„ рометр содержит пьеэосорбционныя чув- ствительный элемент, выдолненный в виде кварцевого резонатора с влагочувствнтельной пленкой, эталонный кварцевый ре» эонагор, два электронных генератора, одни иэ которых является измерительным и соецинен с пьеэосорбционным чувствительным элементом, s другой генератор является;эталонным и соединен с эталонным кварцевым резонатором. Кроме того, схема гигрометра содержит устройство вычитания частот эталонного и измерительного генераторов, преобразователь сигнала резонансной чвсготы в аналоговый или дискретный сигнал, пропорциональный измеряемой влажности, и устройство индикации этого сигнала.

Известный гигрометр предназначен для измерения обьемной доли влаги в l Bssx u содержат, как правило, одну или две проточные рабочие камеры, в которых размещены чувствительный элемент и эталонный

5 кварцевый резонатор-термостат, в когорый помещены рабочие камеры, систему термостатировання, осуществляющую под- . держание постоянной температуры в рабо.в чих камерах, и пневматическую систему (1).

Недостатком известного гигрометра является сложное конструктивное исполнение, обусловленное наличием термостата и системы термосгатирования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является: сорбционно-частотный гигрометр для измерения ог носительной влажности газов, например

20 гигрометр ВОЛНА-1, содержащий датчик с пьезосорбционным чувствительным элементом, включенным в схему автогенератора, эталонный генератор с кварцевой стабилизацией частоты, устройство вычиeae118 4 тамия частот эталонного генератора и автогенератора датчика (смесктель), преобразователь сигиала разностной частоты в аналоговый выходной скгиал гигрометра, пропорциональный относительной влажности, и устройство индикации этого сигнала, вхоц которого соепинен с выходом преобразователя частоты P).

Однако известный гигрометр не обеспечивает измерение обьемной доли влаги в газе автоматически.

Измерение обьемной долм влаги в газе известным гигрометром может проиэво»цнться расчетным путем с использованием известных соотнощенкй.

Таким образом, для измерения обьемной полк влаги в гязе известным гигрометром необходимо дополнительно изме- рять температуру газа, по измеренной температуре .и справочным таблицам находить значение обьемной полн влаги насыщенного газа, после чего необходимо проводить вычмсжния обьемной долм влаги в газе, При этом процесс измерения занимает цлмтельное время, является цостаточно сложным, так как требует наличия средств цля измерения температуры и в ычмслений.

Кро |е того, измерение обьемной доли

30 влаги известным гигрометром яаляется периодическим.

Цель изобретения «ускорение и упрощение измерения, а также обеспечение непрерывности измерения обьемной доли влаги в газе.

Поставленная цель д.стигается тем, что в известный гигрометр, содержащий преобразователь относительной влажности в аналоговый, дискретный или копкрован- и ный сигналы и устройство индикации, вход которого соецннен с выходом преобразователя, причем преобразователь состоит мз датчика, соцержашего пьезосорбцконный чувствительный элемент, включенный в схему автогенератора, эталонного генератора с кварцевой стабилизацией частоты, устройства вычитания частот эталонного генератора и автогенератора датчика и преобразователя сигнала резонансной час- SO тоты в аналоговый, дискретный или кодированный сигналы ввецены преобразова» тель температуры газа в аналоговый, дискретный или коцированный сигналы, tIpo» порциональный обьемной цоле влаги насыщенного газа, м блок перемножения выходных сигналов преобразователя относительной влажности н преобразователя темперятуры, причем один вход блока перемножения соединен с выходом преобразователя относительной влажности, другой вход соединен с выходом преобразователя температуры, à выход блока перемножения соединен с входом устройства индикации.

Кроме того, преобразователь температуры состоит из датчика. температуры, с опер>каше го температурно-чувствительный кварцевый резонатор, включенный в схему . автогенератора, эталонного кварцевого генератора, устройства вычитания частот эталонного генератора и автогенератора датчика температуры, один вход которого соед>шен с выходом автогенератора датчика температуры, а другой вход соединен с выходом эталонного генератора, и преобразователя сигнала разностной частоты состоящего из псследовательно соединен« ных делителя частоты, суммирующего устройства, электронного ключа и счетчика импульсов, формирователя временных интервалов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, и функциональной матрицы, вход которой соединен с управляющим выходом счетчика импульсов, выход соединен с управляющим входом суммирующего устройства, а выход электронного ключа подключен к одному из входов блока перемножения, Такое техническое рещение ускоряет н упрощает процесс измерения, так как измерение обьемной цоли влаги в газе пронзвоцится автоматически и непрерывно без применения промежуточных вычислений и справочных таблиц. При этом в гигрометре не требуется термостат дющ поддержания постоянной температуры чувствительного элемента, что упрощает конструкцию мгрометра.

На чертеже показана функциональная схема гигрометра., Сорбционно-частотный гигрометр состоит из преобразователя относительной влажности, включающего датчик, содержащий пьеэосорбционный чувствительный элемент 1, включенный в схему автогенератора 2, эталонный генератор 3 с кварцевой стабилизацией частоты, устрой ство 4 вычитания частот эталонного ген нератора и автогенератора датчика, преобразователь 5 сигиала разностной частоты в дискретный коц, пропорциональный относительной влажности, из преобраэсаа— теля температуры в дискретный сигнал, пропорциональный обьемной доле влаги насыщенного газа, включающего цатчик Ви1 -," 1

5 938 1 температуры, состоящий из температурочувствительного кварцевого резснатора 6, включенного в схему автогенератора 7, жаланный кварцевый генератор 8, устройство 9 вычитанкя частот эгалснного гене- ратора и автогенерагора датчика температуры, преобразователь сигнала разностной частоты, состоящий из последовательно соединенных делителя 10 частоты, суммирующего устройства 11, электронного ключа 12 и счетчика 13 импульсов, формирователя 15 временных интервалов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа 12, и функциональной матрицы 14, вход которой соединен с управлякзцим выходом счетчика 13 импульсов, а выход соединен с управляющим входом суммирующего устройства

11. Входы устройства 9 вычитания частот соединены с выхоцом автогенератора 20

7 датчика температуры и с выхоцом эталсяного генератора 8, à выход соединен с входом делителя 10 частоты. Информационные входы суммкрующего устройства ,:11 соединены с выходами целителя 10 25 частоты»

Кроме то -о, гигрометр содержит блок перемножения 16, оцнн вход которого поцключен к выходу преобразователя 5 частоты, другой вход соединен с выходом 30 эжктронного ключа 12, являющимся выходом преобразователя температуры. Выход блока перемножения 16 соединен с входом устройства 17 индикации.

Пьезосорбционный чувствительный эле-. мент 1 и температуро-чувствительный кварцевый резонатор 6 помещены в анали зируемый газ и находятся прк одинаковых ус ловиях.

Пьезосорбционный чувствительный элемент 1 реагирует на изменение относительной влажности анализируемого газа соответствующим изменением частоты электрическкх колебаний автогенератора 2. При этом частота электрических колебаний эталснного генератора 3 остается постоянной, Сигналы высокой частоты с авгогенератора 2 и эталонного генератора 3 лосгупают на устройство 4 вычитания частот, в котором выделяется сигнал разностной частоты, поступающий в преобразователь

5, осуществляющий преобразование сигнала разностной частоты в удобный для перемножения сигнал, пропорциональный относительной влажности, например в дискретный код.

Те мпературо-чувствительный кварцевый резонатор 6 реагирует на изменение тем15 6 пературы анализируемого газа соответствующим кзмененкем частоты электрических колебаний автогенератора 7. Частота колебаний эталонного генератора 8-прк этом остается постоянной. Сигналы высокой частоты с автогенератора 7 и жалснного генератора 8 поступают на устройство 9 вычитания частот, в котором выцеляется сигнал разностной частоты д пропорциональный изменению температуры д1 =о а

I где с(— температурный коэфс нциенг частоты кварцевого резснатора 6.

С выхода устройства 9 вычитания частот на вход делителя 10 частоты поступает непрерывная последовательность импульсов с частотой следования | .

Преобразователь сигнала разностной частоты, состоящий кз делителя 10 час» готы, суммирующего устройства 11, электронного ключа 12 счетчика 13 импульсов, формирсвателя 15 временных интервалов и функциональной матрицы 14, предназначен для преобразования последовательности импульсов с частотой слецования b,f в удобный для перемножения электрический сигнал, пропорциональный обьемной доле влащ насыщенного газа В„.

Зависимость В от температуры в рабочем диапазоне температур гигрометра описывается эмпирическим уравнением

0<

В,=Ъно"0 t+ (1) где В объемная доля власм насыщенного го газа пои температуре, равной СРС;

g — температура анализируемого газа; аР- эмпирические коэффициенты, Зависимость Вн от температуры (1) является существенно нелинейной, а изменение частоты цатчика температуры при изменении температуры (уравнение 3) является жнейной функцией. Поэтому в преобразователе температуры гигрометра преобразсьагель сигнала рази остной частоты. осуществляет преобразсвание линейной функции нелинейной зависимостью мегоцом кусочно-линейной аппроксимации.

Для рабочего диапазсна температур зависимость (4) делится на ряд участков аппроксимации, количество которых выбирается в зависимости от требуемой точности аппроксимации. На каждом участке аппроксимируемая функция представляется линейной вида

7 938115 8

t ðe 3„, - разность между крайними 10 частоты, таким образом, что за врезначениями В „ -t î участка мя Т íà вход ключа 12 поступает последоаппроксимации; вательность импульсов, равная Ф..- разность между край1 ниве еивченинмн семлересур g Д=Т(.— "вИ .+ . 1 П „ -го участка аппроксимации, =о "1 ива "" у и ах ° -1З

y .-"тангенс угла наклона, 1

4 у где ) — порядковый номер участка atal» функции (4) на -ом участке аппроксимации, и

В общем слУчае частотУ слецоьениЯ >0 К. среднее

-- среднее значение коэф ента

1 -го участка аппроксимации;

10 частоты, можно представить выраже- 5>- текущее значение обьемной дс нием

Ф ормула изобретения

1. Сорбционно-частотный гигрометр, содержащий последовательно соединенные пьезосорбционный чувствительный элемент, автогенератор, эталонный генератор с кварцевой стабилизацией частоты, устройство вычитания частот, второй вход которого соединен с эгалонным генератором, преобразоьатель сигнала разностной частоты в аналоговый, дискретный или кодированный.сигналы и устройство индикации, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с цегде И - количество участков аппроксимаIImt в

° 20

В делителе 10 частоты частоте следования импульсов делится на значения ДЯ2, Х еХ вЂ” -., где д - коэффициент деления, выбираемый в зависимости от требуемо". точности аппроксимации.

С ьысодоь делителя 10 частоты разделенные частоты поступают на информационные входы суммирующего. устройства

11 (число входов равно и1 ).

С формирователя 15 временных ин30 тервалов на управляющий вход электронного ключа 12 поступает сигнал, откры-ьающий ключ на время

Кчиах

Т= ф.С {4) где К, - максимальное значение ко35 эффициента К в интервале аппр оксимации;

С вЂ” дискретность измерения обьемной доли влаги насышен 0 нога газа.

Временной интервал Т устанавливается в зависимости от температурного коэффициента частоты датчика температуры.

С вь0соде ключа 12 на счетчик 13 им15 пульсов поступает "пачка" импульсов, кй личестьо которых пропорционально значению В 1 . B зависимости от состояния счетчика 13 импульсов на входе функциональной матрицы 14 устанавливается Н0 мер участка аппроксимации, по которому функциональная матрица вырабатывает код суммирования на управлявшем входе суммирующего устройс" ва 11, таким образом, что на 1 -м участке аппроксимации ко» еффиииенс лерервчи суммирувинело уссров55 к ства равен „. В суммирующем уст-. кeax ройстве 11 происходит суммирование рез деленных частот, поступающих с делителя ли влаги насыщенного газа

1 -го участка аппроксимации;:

8 — конечное значение объемной до 1 -1 ли влаги (g-1)-го участка аппроксимации.

Если g формулу (5) подставить BHBченне Т из выражения (4) и преобразовать его, то получим, что К=В /С(6)и следовательно сумма импульс се, поступающих с выхода ключа 12 на вход счет чика 13 импульсов и на один из входов блока 16 перемножения за время измерения Т, равна объемной доле власи на-. сыщенного газа при .данной температуре, деленной на постоянный коэффициент, равный дискретности измерения.

Блок 16 перемножения осуществляет перемножение сигналоь, пропорциональных относительной влажности и обьемной доле влаги насыщенного газа. Устройство индикации осуществляет индикацию результата измерения обьемной доли влаги в газе.

Таким образом, введение в известный гигрометр новых элементов позволяет ускорить, упростить и обеспечить непрерывность измерения объемной доли влаги в газах. Кроме того, упрощается конструкция гигрометра зе счет исключения термостате и сложной системы термостатироьания чувствительно элемента.

5 1О гой вход соединен с выходом эталонного генератора,и преобразователя сигнала разностной частоты, состоящего из последовательно соединенных делителя частоты, суммирующе го устройства, электронного ключа и счетчика импульсов, формирователя временных ицтервалов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, и функциональной матрицы, вход которой соединен с уПравлякицкм выходом счетчика имнульссв, а выходс управляющим входом суммирующего устройства, выход электронного ключа подключен к одному из входов блока перемножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 735964, кл. G 01М 25/56, 1979.

2. Иващенко В, Е. и др. Приборы для измерения относительной влажности воздуха На основе пьезосорбционного метода.

Э

Автоматизация химических производств . вып. 4. N., НИИТЗХИИ, 1976, с. 6771 (прототип).

9 93811

ЛБю ускорения, упрощения и обеспечения непрерывности измерения обье мной доли влаги в газе, в него введены преобразователь температуры газа B аналоговый, дискретный или кодированный сигналы, пропорциональный обьемной доле влаги насыщенного газа, и блок перемножения выходных сигналов преобразователя относительной влажности и преобразователя температуры, причем один вход блока перемножения соединен с выходом преобразователя относительной влажности, дру гой вход соединен с выходом преобразователя температуры, а выход блока перемнсисения соединен с входом устройства !5 индикации»

2. Гигрометр по п, 1, о т л и ч аю шийся тем, что преобразователь температуры состоит из датчика температуры, содержаше ro температурно-чувст- gp вительный кварцевый резонатор, включенный в схему автогенератора, эталонного кварцевого генератора, устройства вычитания частот эталонного генератора и автогенератора датчика температуры, один у5 вход которого соединен с выходом автогенератора датчика температуры, а дру131-1ИИПИ Заказ 4448/64 Тираж 887 Подписное

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