Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Сорбційний електричний гігрометр, що містить генератор звукової частоти, послідовно сполучені високоомний резистор і сорбційно-кондуктометричний давач, які підключені до високопотенціального виходу генератора звукової частоти, послідовно з’єднані підсилювач напруги звукової частоти і випрямляч, з’єднаний на виході із шунтуючим конденсатором, вхід підсилювача напруги звукової частоти підключений до точки з’єднання кінців високоомного резистора і сорбційно-кондуктометричного давача, підсилювач змінної напруги і асинхронний реверсивний двигун, який відрізняється тим, що в нього введені два автоматичних перемикачі, триобмотковий трансформатор і функціональний потенціометр, входи першого автоматичного перемикачі з'єднані з високопотенціальним і низькопотенціальним виходами генератора звукової частоти, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний із другим кінцем сорбційно-кондуктометричного давача, один вхід другого автоматичного перемикача з'єднаний безпосередньо з виходом випрямляча, інший вхід другого автоматичного перемикача з'єднано з функціональним потенціометром,підключеним до виходу випрямляча, вихід другого автоматичного перемикача з'єднаний із входом підсилювача змінної напруги, вихід якого підключений до асинхронного реверсивного двигуна, обмотка збудження асинхронного реверсивного двигуна підключена до триобмоткового трансформатора, асинхронний реверсивний двигун кінематично з'єднаний із функціональним потенціометром, а керуючі входи автоматичних перемикачів підключені до триобмоткового трансформатора.

Текст

Сорбційний електричний гігрометр, що містить генератор звукової частоти, послідовно сполучені високоомний резистор і сорбційнокондуктометричний давач, які підключені до високопотенціального виходу генератора звукової частоти, послідовно з'єднані підсилювач напруги звукової частоти і випрямляч, з'єднаний на виході із шунтуючим конденсатором, вхід підсилювача напруги звукової частоти підключений до точки з'єднання КІНЦІВ високоомного резистора і сорбційно-кондуктометричного давача, підсилювач змінної напруги і асинхронний реверсивний двигун, який відрізняється тим, що в нього введені два автоматичних перемикачі, триобмотковий трансформатор і функціональний потенціометр, входи першого автоматичного перемикачі з'єднані з високопотенціальним і низькопотенціальним виходами генератора звукової частоти, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний із другим кінцем сорбційно-кондуктометричного давача, один вхід другого автоматичного перемикача з'єднаний безпосередньо з виходом випрямляча, інший вхід другого автоматичного перемикача з'єднано з функціональним потенціометром, підключеним до виходу випрямляча, вихід другого автоматичного перемикача з'єднаний із входом підсилювача змінної напруги, вихід якого підключений до асинхронного реверсивного двигуна, обмотка збудження асинхронного реверсивного двигуна підключена до три об моткового трансформатора, асинхронний реверсивний двигун кінематично з'єднаний із функціональним потенціометром, а керуючі входи автоматичних перемикачів підключені до три об моткового трансформатора О Винахід відноситься до області аналізу складу речовин з використанням сорбційних матеріалів і може бути використаний для виміру вологості повітря за значенням електричного опору сорбента, що знаходиться в чуттєвому елементі гігрометра, в залежності від вологості аналізованого середовища Відомий гігрометр з сорбційно-кондуктометричним давачем, в якому чуттєвий елемент виконано з гігроскопічного матеріалу, який при вимірі його електричного опору знаходиться в пгродинамічній рівновазі між водяним паром контрольованого вологого середовища і насиченого водяного розчину сорбента /див Бегунов А А Теоретические основи и технические средства гигрометрии Метрологические аспекты - М Издво стандартов,- 1988,- С 20-21/ У якості сорбента частіше усього використовується плівка електроліту з гігроскопічної солі, яка завдається випаром на плоску підложку з гідрофобного матеріалу /скла, кварцу, полістирола/ Електроди виконані гребінкообразними, розділені зазором малої ширини, і виготовляються технікою друкарських схем або випаром у вакуумі на поверхні подложки або поверх вологочуттєвого шару Електролітами звичайно є хлористі солі на основі ЛІТІЮ / LiCI /, натрію / NaCI /, свинця і цирконію з добавками зв'зуючих /див Гершкович Е А Электрические пирометрические датчики // "Прибори и системи управления",1970,-№ 1,-С 24-29/ Вологочуттєвий елемент може бути виконаний з пористих матеріалів /шовк, бавовна, віскоза, папір і т п /, просочених електролітом У якості пористого матеріалу використовано ІЗОЛЯЦІЮ дротів, а самі дроти виконують роль електродів / див Орлов Н В , Дубровный В А Основы технологии й автоматизации типовой обработки швейних изделий - М Легкая индустрия, - 1974, С 99-102 В даний час промисловістю серійно випуска о ю 51090 ється ряд сорбційних електричних гігрометрів / ДКВ-І, ВВ-2, А-280, ТГ-1, ДИВ-4, СПР-104, ВПГ103 і ін / на діапазон виміру вологості, починаючи з 20-30% до 80-100% /див Измерительная техника,- 1982,- № 9 і 10 Тематическая подборка/ Загальним недоліком їх є неможливість виміру вологості менш ніж 20-30% через дуже високий електричний опір давачів Відомий сорбційний електричний гігрометр /див Берлинер М А Измерение влажности Изд 2е, перераб и доп - М Энергия,- 1973,- С 93-94/, що містить два вимірювальних ланцюги, підключені до мережі змінного струму через знижуючий трансформатор В один ланцюг включений сорбційно-кондуктометричний давач, у другу мережу змінний опір Струми в обох ланцюгах випрямляються двома однаковими випрямлячами, зібраними по мостовій схемі і включеними зустрічне Вихідний прилад вимірює різницю випрямлених струмів обох ланцюгів, що пропорційна вимірюємої вологості Логарифмічний характер залежності опору давача від вологості контрольованого середовища визначає нелінійність шкали гігрометра при її градуюванні у відсотках вологості, що знижує точність при вимірі вологості в широкому діапазоні значень Відомий також сорбційний електричний гігрометр /див Дубровний В О Про вибір параметрів схеми для випрямлення шкали приладів, що працюють з логарифмічними давачами // "Автоматика",- Київ,- 1962,- № 6, С 48-51/, що містить генератор звукової частоти, послідовно сполучені високоомний резистор і сорбційно-кондуктометричний давач, які підключені до високопотенціального виходу генератора звукової частоти, послідовно з'єднані підсилювач напруги звукової частоти і випрямляч з'єднаний на виході із шунтуючим конденсатором, вхід підсилювача напруги звукової частоти підключений до точки з'єднання КІНЦІВ високоомного резистора і сорбційоно-кондукто-метричного давача, підсилювач змінної напруги і асинхронний реверсивний двигун Крім того відомий гігрометр містить перемикач на три порядки виміру опору давача, що включає високоомні додаткові резистори В якості асинхронного реверсивного двигуна вибрано електромеханічний блок автоматичного потенціометра Послідовно З давачем у автоматичному потенціометрі постійного струму застосований потенціометр із ЛІНІЙНОЮ характеристикою, вихід якого з'єднано із підсилювачем змінної напруги через контактний перетворювач постійної напруги в змінну Однак падіння напруги на додатковому опорі лише в невеликих межах є ЛІНІЙНОЮ функцією від логарифма опору давача, що і потребує ручного переключення меж вимірювання і використання декількох шкал при ЗМІНІ ВОЛОГОСТІ В широких межах Нижня межа виміру вологості 10-12% визначається шунтуючим впливом вхідного опору підсилювача напруги звукової частоти Справа в тому, що при низьких значеннях вологості /менш ніж 810%/ опір датчика зростає до десятків МОм ВІДПОВІДНО збільшують і опір додаткових резисторов, які включені послідовно з датчиком до декількох МОм Сучасні підсилювачі навіть на польових тра нзисторах мають вхідний опір до І МОм і створюють сильний шунтуючий вплив на додаткові високоомні резистори, що викликає великі похибки у вимірі вологості Задачею винаходу є створення такого сорбційного електричного гігрометра, у якому за рахунок введення нових елементів, та їх зв'язків буде забезпечено вимірювання вологості в широкому діапазоні значень з високою точністю Поставлена задача вирішується тим, що в сорбційний електричний гігрометр, що містить генератор звукової частоти, послідовно сполучені високоомний резистор і сорбційнокондуктометричний давач, які підключені до високопотенціального виходу генератора звукової частоти, послідовно з'єднані підсилювач напруги звукової частоти і випрямляч, з'єднаний на виході із шунтуючим конденсатором, вхід підсилювача напруги звукової частоти підключений до точки з'єднання КІНЦІВ високоомного резистора і сорбційнокондуктометричного давача, підсилювач змінної напруги і асинхронний реверсивний двигун, ВІДПОВІДНО до винаходу в нього введені два автоматичних перемикача, трьохобмотковий трансформатор і функціональний потенціометр, входи першого автоматичного перемикача з'єднані з високопотенціальним і низькопотенціальним виходами генератора звукової частоти, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний із другим кінцем сорбційно-кондуктометричного давача, один вхід другого автоматичного перемикача з'єднаний безпосередньо з виходом випрямляча, інший вхід другого автоматичного перемикача з'єднано з функціональним потенціометром, підключеним до виходу випрямляча, вихід другого автоматичного перемикача з'єднаний із входом підсилювача змінної напруги, вихід якого підключений до асинхронного реверсивного двигуна, обмотка збудження асинхронного реверсивного двигуна підключена до трьохоб моткового трансформатора, асинхронний реверсивний двигун кінематично з'єднаний із функціональним потенціометром, а керуючі входи автоматичних перемикачів підключені до трьохобмоткового трансформатора Введення в схему сорбційного електричного гігрометра двох автоматичних перемикачів, що періодично змінюють із частотою промислової мережі підключення сорбційно-кондуктометричного давача сорбційного електричного гігрометра до виходів генератора звукової частоти й одночасно змінюють підключення входу підсилювача змінної напруги до виходу випрямляча безпосередньо і виходу функціонального потенціометра на виході випрямляча, модулюють і демодулюють напругу звукової частоти, що формується на виході підсилювача змінної напруги, утвореного давачем сорбційного електричного гігрометра і високоомним резистором на вході підсилювача звукової частоти, а кінематичне з'єднання функціонального потенціометра з валом асинхронного реверсивного двигуна автоматичного потенціометра, підключення його обмотки збудження до мережі змінної напруги через трьохобмотковий трансформатор, використання однієї з повторних обмоток трансформатора для противофазного керування автоматичними перемикачами що дозволяє забезпе 51090 чувати процес виміру в автоматичному режимі без переключення меж виміру і з виключенням впливу вхідного опору підсилювача напруги, що забезпечує вимірювання вологості в широкому діапазоні значень із високою точністю На кресленні (див ф і г ) подана функціональна схема сорбційного електричного гігрометра Схема сорбційного електричного гігрометра містить генератор І звукової частоти, перший автоматичний перемикач 2, трьохобмотковий трансформатор 3, сорбційно-кондуктометричний давач 4, що складається з електродів 5, 6 і сорбенту 7, високоомний резистор 8, підсилювач 9 напруги звукової частоти, випрямляч 10, конденсатор 1 1 , функціональний потенціометр 12 із експоненціальною характеристикою, другий автоматичний перемикач 13, підсилювач змінної напруги 14, асинхронний двохфазний двигун 15 і отсчетно- реєструючий пристрій 16 де а і b - ПОСТІЙНІ, що залежать від матеріалу сорбента, розмірів і конфігурації електродів, W x - в и м і р ю в а л ь н а вологість у % , Опір Z2 високоомного резистора 8 вибирають із співвідношення аналогічному (1) Високопотенціальний і низькопотенціальний /заземлений/ виходи генератора 1 звукової частоти з'єднані з входами першого автоматичного перемикача 2, управляючий вхід якого залучений до одного кінця вторинної обмотки трьохо б моткового трансформатора 3, первинна обмотка якого залучена до мережі змінної напруги промислової частоти /50Гц/ Вихід першого автоматичного перемикача 2 через сорбцюнно-кондуктометричний давач 4 з'єднаний з входом підсилювача 9 напруги звукової частоти, який через додатковий високоомний резистор 8 з'єднай з високопотенціальним виходом генератора І До виходу підсилювача 9 підключені послідовно з'єднані випрямляч 10 з шунтуючим конденсатором II і функціональний потенціометр 12 із експоненціальною характеристикою Один вхід автоматичного перемикача 13, що управляється від протилежного кінця вторинної обмотки трьохо б моткового трансформатора З, з'єднанний з виходом випрямляча 10, а другий вхід з рухливим контактом движка потенціометра 12 До виходу автоматичного перемикача 13 через підсилювач 14 змінної напруги підключена керуюча обмотка реверсивного двигуна 15, обмотка збудження якого підключена до другій вторинній обмотці трансформатора 3, первинна обмотка якого постачається від мережі змінної напруги Вал реверсивного двигуна 15 кинематично з'єднай з движком функціонального потенціометра 12 і з покажчиком відрахунково-реєструючого пристрою 16 де Ze - еквівалентний опір паралельно сполучених давача 4 і резистора 8 3 огляду на, що еквівалентний опір Сорбційний електричний гігрометр працює таким чином Вихідна напруга звукової частоти генератора 1 через перший автоматичний перемикач 2 у положенні, зазначеному на кресленні, надходить на сорбційно-кондуктометричний давач 4, між електродами 5 і 6 якого знаходиться сорбент 7 Одночасно напруга генератора І надходить і на високоомний резистор 8 У якості сорбенту 7 використовується гігроскопічна сіль, що поглинає вологу з контрольованого середовища Залежність повного опору Zi давача 4, вологопоглинаючий елемент якого знаходиться в рівновазі з вологістю навколишнього середовища, при низькій і середньої вологості на змінному струмі аппроксімується прямою lgZ|=a-bWx, (1) igZ2=a-bW0 (2) де Wo - вологість, значення якої у процентах відповідає мінімальній КІЛЬКОСТІ пару в контрольованому середовищі Опір Z-і, Z2 і вхідний опір Z3 підсилювача 9 утворюють дільник напруги між генератором 1 і підсилювачем 9 Коефіцієнт передачі дільника напруги при зазначеному положенні автоматичного перемикача 2 визначається співвідношенням Ze P. ~ : + Z (3) І (4) одержимо перше значення коефіцієнта передачі дільника напруги f j К + ZAZX Z t T ) £* 2 *-* (5) Якщо генератор І виробляє напруга звукової частоти f то вихідна напруга підсилювача 9 з урахуванням впливу дільника напруги буде мати вигляд де «2 - коефіцієнт підсилення підсилювача 9, ф ' 2 - фазовий зсув, внесений дільником напруги При протилежному положенні автоматичного перемикача 2 давач 4 заземлюється і ним фактично шунтується вхід підсилювача 9 В цьому випадку коефіцієнт передачі дільника напруги приймає значення к: (8) де Z e " - еквівалентний опір паралельно сполучених давача 4 і вхідного опору підсилювача 9 Так як еквівалентний опір / е Д+^' (9) то друге значення коефіцієнта передачі дільника напруги визначиться співвідношенням 7 7 А 7 ' *+* •і*г (10) ВІДПОВІДНО вихідна напруга підсилювача 9 змінюється до значення 51090 (11) де ср'2 - фазовий зсув, внесений дільником напруги при протилежному положенні автоматичного перемикача 1 При безперервній роботі автоматичного перемикача 2 із частотою промислової мережі /50Гц/ вихідна напруга підсилювача 9 уявляє собою модульовану по амплітуді напругу, що складається з 1 пакетів напруг U2 і і) 2" Напруги (7) і (11) по черзі випрямлюються випрямлячем 10, на виході якого включений згладжуючий конденсатор II При верхньому положенні автоматичного перемикача 2 на виході випрямляча формується постійна напруга а при нижньому положенні автоматичного перемикача - напруга (із) U3 -КхКгКуК^ит^ де Кз - коефіцієнт випрямлення випрямляча 10, «4 - коефіцієнт огладжування випрямленної напруги конденсатором II Автоматичний перемикач 13 працює синхронно, але противофазно з автоматичним перемикачем 2, тому що їхні керуючі входи підключені до протилежних КІНЦІВ вторинної обмотки трансформатора З У результаті цього при верхньому положенні автоматичного перемикача 2 і нижньому положенні автоматичного перемикача 13 на вхід підсилювача 14 надходить постійна напруга з рухливого контакту движка функціонального потенціометра 12 4 53 1 2 3 4 5 jwt, V-*^/ К5 = 1 а - коефіцієнт передачі функціонального потенціометра 12 з експоненціальною характеристикою, а-кут повороту движка потенціометра У нижньому положенні автоматичного перемикача 2 і верхньому положенні автоматичного перемикача 13 на вхід підсилювача 14 надходить напруга безпосередньо з виходу вимрямляча 10 if —if — иА-иъ При синхронній роботі автоматичних перемикачів 2 і 13 із частотою переключення мережі змінної напруги на вхід підсилювача 14 послідовно воздіють ПОСТІЙНІ напруги UV і U4" Якщо ці напруги не рівні, то підсилювачем 14 змінної напруги посилюється тільки змінна складова ПОСЛІДОВНОСТІ напруг (14) і (15) U5=K6 •sigmh&JiFt, (16) де Кє - коефіцієнт підсилення підсилювача перемінної напруги 15, F - частота змінної напруги мережі /50Гц/, signsm2nFt - прямокутна огинаюча ПОСЛІДОВНОСТІ пакетів напруг UV і UV Посилена напруга (16) впливає на керуючу обмотку двухфазного реверсивного двигуна 15, на обмотку збудження якого надходить змінна Напру 8 га від трьохобмоткового трансформатора 3 Напруга Us керує реверсивним асинхронним двигуном, ротор якого перемішує рухомий контакт функціонального потенціометра 12 Процес регулювання потенціометра 12 триває до тих пір, поки змінна напруга (16) не стане рівної нулю / Us = 0 / Це досягається при виконанні умови демодуляции пакетної напруги Якщо в рівність (17) підставити значення UV і U4" із виразів (14) і (15), то держимо 1 8 к"г = к5к[ Підставляючи значения К-Г і К Г раз (18), одержуємо (5) і (10) в ви m z = K ( z + z ) Так як опір Z2 резисторів визначається мінімальною /практично нульвою/ вологістю / Wo= 0 /, то він значно більше повного опору давача гігрометра /Z2 » Z-i/, поміщеного в контрольоване середовище Тому коефіцієнт передачі функціонального потенціометра Z, Z, (20) Якщо пролога риф му вати одержимо рівняння lg/C; — —СІ = Щ&\ ~Щ&2' (20), то \ } Підставивши значення Z^\ 1 Z2 (1) і (2) з урахуванням Wo= 0, остаточно одержимо a-bWx. (22) Таким чином, кут повороту а функціонального потенціометра 12 пропорційний вимірювальної вологості Wx і не залежить від параметрів вимірювальної схеми / К-і, «2, Кз, І

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Sorption electric hygrometer

Автори англійською

Skrypnyk Yurii Oleksiiovych, Suprun Nataliia Реtrіvnа

Назва патенту російською

Сорбционный электрический гигрометр

Автори російською

Скрипник Юрий Алексеевич, Супрун Наталия Петровна

МПК / Мітки

МПК: G01N 30/50

Мітки: гігрометр, електричний, сорбційний

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/5-51090-sorbcijjnijj-elektrichnijj-gigrometr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Сорбційний електричний гігрометр</a>

Подібні патенти