Цифровий вимірювач вологості повітря

Цифровий вимірювач вологості повітря, що містить мікроконтролер та цифровий відліковий пристрій, мікроохолоджувач і перетворювач "температура-код", цифрові входи-виходи яких з'єднані, відповідно, з першим, другим і третім портами мікроконтролера, електродвигун з обтюраторним диском, дзеркало та сенсор температури, послідовно з'єднані між собою вибірковий підсилювач змінного струму, синхронний детектор і аналогоцифровий перетворювач, вихід якого підключений до п'ятого порту мікроконтролера, вхід керування синхронного детектора підключений до виходу формувача синхроімпульсів, вхід якого з'єднаний з фотодіодом, що оптично з'єднаний через отвори у обтюраторному диску з світлодіодом, який підключений до джерела живлення, джерело оптичного C2 2 (11) 1 3 87044 4 Відомий цифровий вимірювач вологості повітвання вологості повітря. Це обумовлено як меторя також не забезпечує необхідної точності вимідичною похибкою вимірювання, так й рювання вологості повітря через похибки від вплинедосконалістю технічної реалізації. Зокрема віву на результати вимірювання абсолютних домий цифровий вимірювач вологості не ураховує значень параметрів функцій перетворення фототе явище, що при охолодженні дзеркала при різприймача та вимірювального каналу, а також від них початкових значеннях температури середонестабільності їх параметрів під дією зовнішніх вища та й атмосферного тиску на дзеркало випадестабілізуючих факторів. Нестабільність потуждає шар роси різної товщини. Відомо, що товщина ності потоку оптичного випромінювання від джереплівка води на дзеркалі залежить, в першу чергу, ла оптичного випромінювання також впливає на від атмосферного тиску, від температури оточуюрезультат вимірювання. чого середовища, при якій здійснюється вимірюВідомий цифровий вимірювач вологості повітвання, та від температури та швидкості охолоря [A.C. №813208, МПК G01N21/85. Конденсацидження. Оскільки товщина плівки води змінюється, онный гигрометр / Б.В. Радзиевский, Бюл. №10, то змінюється й потужність потоку оптичного ви1981], що включає у собі охолоджувач з встановпромінювання, що поглинається цією плівкою конленим на ньому дзеркалом і сенсором температуденсованої води. В результаті виникає похибка ри, детектор конденсату з підсилювачем, вихід вимірювання від неточного визначення моменту якого з'єднаний з охолоджувачем, та реєструючий часу фіксації появи „роси" (змінної товщини плівки прилад, відрізняється тим, що додатково введені води) на дзеркалі і, як наслідок, неточного визнадиференційний пристрій і випрямляч, що послідочення температури охолодження у цей момент вно підключені між детектором конденсату і підсичасу. Навіть введення у вимірювач сучасних міклювачем. роконтролера, мікроохолоджувача, перетворюваВідомий вимірювач вологості повітря не зача „температур-код", та вимірювального канала не безпечує високу точність вимірювання вологості забезпечить підвищення точності визначення воповітря, оскільки на результати вимірювання логості повітря. впливають адитивна та мультиплікативна похибки, Крім того, впливом на результат вимірювання що вносять детектор конденсату, підсилювач та впливають абсолютні значення параметрів виміреєструючий прилад. рювальних каналів та їх відхилення від номінальКрім того, на точність вимірювання впливає них значень під впливом зовнішніх дестабілізуюнестабільність потужності потоку оптичного вичих факторів, тобто адитивна та промінювання. В результаті отримують неточні мультиплікативна похибки вимірювання темперазначення температур, а як наслідок, й неточні знатур. На результат вимірювання впливає також дочення вологості повітря. вгострокова нестабільність потоку оптичного виНайбільш близьким за технічною суттю є цифпромінювання від джерела оптичного ровий вимірювач вологості повітря [A.C. №900172, випромінювання. За неточно отриманими значенМПК G01N21/01. Конденсационый гигрометр / нями температур вологість повітря не може бути И.Б.Немировский, A.M. Балагуров, Л.И.Соловьева. визначена з високою точністю. Бюл. №3, 1982], який включає в себе блок обробки В основу винаходу покладена задача створенданих, мікропроцесор чи мікроконтролер, цифроня такого цифрового вимірювача вологості повітвий відліковий пристрій, мікроохолоджувач, переря, у якому шляхом введення заданої кількості творювач „температура-код", цифрові входифункціональних блоків та їх зв'язків між собою та з виходи який з'єднані, відповідно, з першим, другим іншими функціональними блоками цифрового виі третім портами мікроконтролера, двигун з обтюмірювача вологості повітря забезпечувалось би раторним диском, сенсор вологості, що складаєтьпідвищення точності вимірювання зазначених теся з дзеркала та термочутливого елемента, послімператур та товщини плівки води (роси) на повердовно з'єднані між собою вибірковий підсилювач хні дзеркала, а значить й підвищення точності визмінного струму, синхронний детектор і аналогозначення вологості повітря. цифровий перетворювач, вихід якого підключений Поставлена технічна задача вирішується задо п'ятого порту мікроконтролера, вхід керування вдяки тому, що запропонований цифровий вимісинхронного детектора підключений до виходу рювач вологості повітря включає в себе мікроконформувача синхроім-пульсів, вхід якого з'єднаний тролер, цифровий відліковий пристрій, з фотодіодом, що оптично з'єднаний, через отвори мікроохолоджувач, перетворювач „температурау обтюраторному диску, з світлодіодом, який підкод", цифрові входи-виходи який з'єднані, відповіключений до джерела живлення, джерело оптичдно, з першим, другим і третім портами мікроконтного випромінювання, вхід керування якого з'єднаролера, двигун з обтюраторним диском, дзеркало ний з виходом першого розряду регістра шостого та сенсор температури, послідовно з'єднані між порту, перший фотоприймач, оптичний вхід якого собою вибірковий підсилювач змінного струму, з'єднаний з параболічним дзеркалом, яке оптично синхронний детектор і аналого-цифровий перез'єднане з дзеркалом сенсора вологості, що має творювач, вихід якого підключений до п'ятого портепловий контакт як з термочутливим елементом, ту мікроконтролера, вхід керування синхронного так й з мікроохолоджувачем, розташованим зі зводетектора підключений до виходу формувача синротної сторони термочутливого елемента, підклюхроімпульсів, вхід якого з'єднаний з фотодіодом, ченого до входів перетворювача „кодщо оптично з'єднаний, через отвори у обтюратортемпература". ному диску, з світлодіодом, який підключений до Відомий цифровий вимірювач вологості повітджерела живлення, джерело оптичного випроміря також не забезпечує високої точності вимірюнювання, вхід керування якого з'єднаний з вихо 5 87044 6 дом першого розряду регістра шостого порту, пеавтоматичного перемикача 17 підключений до рший фотоприймач, оптичний вхід якого з'єднаний виходу другого розряду регістра шостого порту з параболічним дзеркалом, яке оптично з'єднане з мікроконтролера 22. Цифрові входи керування відбиваючою поверхнею дзеркал, що має тепловибіркового підсилювача 19 з'єднані з виходами вий контакт як з термочутливим елементом, так й з сьомого порту мікроконтролера 22. Вихід вибіркомікроохолоджувачем, розташованим зі зворотної вого підсилювача 19 через синхронний детектор сторони термочутливого елемента, підключеного 20, вхід керування якого з'єднаний з виходом фодо входів перетворювача „код-температура", від рмувача синхроімпульсів 24, підключений до входу відомих він відрізняється тим, що додатково ввеаналого-цифрового перетворювача 21. Виходи дені перша та друга лінзи, відбивне дзеркало, нааналого-цифрового перетворювача 21 з'єднані з півпрозора пластина, другий фотоприймач, автовходами-виходами п'ятого порту мікропроцесора матичний перемикач і сірий клин, що механічно 22, першій, другий, третій та четвертий входиз'єднаний з виходом перетворювача „кодвиходи якого підключені, відповідно, до входів ципереміщення", входи керування якого підключені фрового відлікового пристрою 23, мікроохолоджудо входів-виходів четвертого порту мікроконтровача 16, перетворювача „температура-код" 15 і лера, сьомий порт якого з'єднаний з цифровими перетворювача „код-переміщення" 2. входами керування вибіркового підсилювача, вихід При цьому двигун 6 механічно з'єднаний з обдругого розряду регістра шостого порту мікроконттюраторним диском 7. Дзеркало 13 жорстко з'єдролера з'єднаний зі входом керування автоматичнано з сенсором температури 14, який має теплоного перемикача, вихід якого підключений до норвий контакт як з дзеркалом 13, так й з мованого за значенням опору резистивного мікроохолоджувачем 16. Електричні виходи сеннавантаження, перший вхід автоматичного пересора температури 14 (наприклад, терморезистора) микача підключений до першого виходу першого підключені до входів перетворювача „температуфотоприймача, другий вихід якого з'єднаний з друра-код". Вхід формувача синхроімпульсів 24 з'єдгим виходом другого фотоприймача і підключений наний з виходом фотодіода 25, який оптично з'єддо стабільного джерела живлення, перший вихід наний, через отвори у обтюраторному диску 7, з другого фотоприймача з'єднаний з другим входом світлодіодом 26. Останній підключений до джереавтоматичного перемикача, оптичний вхід другого ла живлення (на рисунку не показаний). фотоприймача з'єднаний через напівпрозору плаРозглянемо роботу цифрового вимірювача стину, другу лінзу, отвір обтюраторного диску, певологості повітря. Після включення живлення усі рше дзеркало, першу лінзу і сірий клин з виходом функцій ні блоки встановлюються у вихідне полоджерела оптичного випромінювання. ження. Цифровий відліковий пристрій 23 показує На рисунку зображена структурна схема цифнулі. Джерело оптичного випромінювання 1 форрового вимірювача вологості повітря, який реалімує потік оптичного випромінювання заданої довзує запропонований спосіб, де 1 - джерело оптичжини хвилі та потужності. Сірий клин 3 встановленого випромінювання; 2 - перетворювач „кодно у деякий проміжний стан і частково (на 1%-5%) переміщення"; 3 - сірий клин; 4 - перша лінза; 5 вносить послаблення у потік оптичного випромівідбивне дзеркало; 6 - електродвигун; 7 - обтюранювання. торний диск (з отворами); 8 - друга лінза"; 9 - паЗа допомогою оптичної системи нормований раболічне дзеркало; 10 і 11 - перший і другий імеза значенням потужності потік оптичного випромірсійні фотоприймачі (тобто з лінзами на вході); 12 нювання Фо, наприклад інфрачервоного (14) ви- напівпрозора пластина; 13 - дзеркало; 14 - сенпромінювання, з виходу генератора оптичного висор температури; 15 - перетворювач „температупромінювання 1 подається на оточену зовнішнім ра-код"; 16 - мікроохолоджувач; 17 - автоматичний середовищем поверхню дзеркала 13 під заданим перемикач; 18 - нормоване за значенням опору кутом падіння. Частина послабленого за потужнісрезистивне навантаження; 19 - вибірковий підситю потоку оптичного ІЧ-випромінювання відіб'ється лювач; 20 - синхронний детектор; 21 - аналоговід поверхні дзеркала 13 і поступає на фотоприйцифровий перетворювач; 22 - мікроконтролер; 23 мач 10, а друга частина через напівпрозору пласцифровий відліковий пристрій; 24 - формувач синтину 12 поступає на другий фотоприймач 11. хроімпульсів; 25 - фотодіод; 26 - світлодіод. Припустимо, що функція перетворення виміЯк показано на рисунку, джерело 1 оптичного рювального каналу з першим та другим фотовипромінювання оптично з'єднано через сірий приймачами 10 і 11 у цілому описується лінійними клин 3, що підключений до виходу перетворювача рівняннями величин: „переміщення-код" 2, першу лінзу 4, відбивне дзе(1) U x1 = S 'л1 × Ф х1 + DU'зм1 , ркало 5, отвір у обтюраторному диску 7, другу ліні зу 8 та напівпрозору пластину 12 з оптичним входом другого фотоприймача 11. Перші електричні (2) U x2 = S 'л2 × Ф х2 + DU'зм1 , виходи першого та другого фотоприймачів 10 і 11 де Фх1 і Фх2 - потужності світлових потоків, що з'єднані між собою та підключені до шини (джерепоступають на фотоприймачі; Ux- вихідна напруга ла) живлення. Другі електричні виходи першого та вимірювального каналу; DU’зм1 - напруга зміщення другого фотоприймачів 10 і 11 підключені, відповівимірювального каналу ({DU’зм1}={DUзм1} + {Dад1}); дно, до першого та другого входам автоматиного S'л1 - крутість перетворення вимірювального канаперемикача 17. Вихід автоматичного перемикача лу з першим фотоприймачем (S'л1 = Sл1(1 + gл1)), з'єднаний зі входом вибіркового підсилювача 19 та яка враховує вплив дестабілізуючих факторів на підключений до нормованого за значенням опору фотоприймач та вимірювальний канал у цілому, а резистивного навантаження 18. Вхід керування 7 87044 8 Відомо, що потужність потоку оптичного витакож їх зміну у часі; S'л2 - крутість перетворення промінювання, що поглинається середовищем, вимірювального каналу з другим фотоприймачем описується законом Ламберта-Бера (S'л2=Sл2(1+gл2)),Sл1, Sл2 - номінальні за значенням крутості перетворення вимірювального каналу з (3) Ф х = Ф 0 е -k п × С 0 × Dd x - A 3 першим та другим фотоприймачами 10 і 11; gл1 і де С0 - концентрація конденсату вологи; kп – gл2- відносні відхилення крутості функції перетвокоефіцієнт поглинання; Ddx - початкова товщина рення, що обумовлено впливом дестабілізуючих плівки молекул води; Ф0 - потік оптичного випроміфакторів та їх зміною у часі. нювання, нормований за потужністю; А3 - показник Нерівність параметрів функцій перетворення забруднення дзеркальної відбиваючої поверхні (1) і (2) вимірювальних каналів обумовлена тим, (дзеркала). що у загальному випадку параметри характерисЦей закон описує залежність потужності пототик фотоприймачів 10 і 11 відрізняються одні від ку оптичного випромінювання певної довжини хвиодних. З другого боку, відрізняються один від друлі від концентрації поглинаючої речовини, від товгого й коефіцієнти затухання кожного з оптичних щини шару, в якому відбувається поглинання, та каналів. Все це робить неідентичними оптиковід коефіцієнту поглинання. електронні канали вимірювача. З урахуванням (3), функція перетворення виВирівнювання коефіцієнтів передачі вимірюмірювального каналу з фотоприймачем (до аналовальних каналів здійснюється при настройці виміго-цифрового перетворювача 21) опишеться ріврювача шляхом почергового встановлення необнянням величин: хідних значень коефіцієнтів підсилення вибіркового підсилювача 19. Це робиться по ко(4) U х = S 'л1Ф 0 е -k 0 × С 0 × Dd x - A 3 + DU'зм1 манді з мікропроцесора 22 шляхом подачі на цифрові входи вибіркового підсилювача відповідних де DU'зм1 - зміщення функції перетворення. кодів числових значень коефіцієнтів підсилення. Пристрій реалізує декілька тактів вимірювання При цьому на цифровому відліковому пристрої 23 та обчислення результатів проміжних вимірювань. повинні висвітлювались одні й ті же значення наСлід підкреслити, що цифровий вимірювач волопруг, що отримані в результаті перетворення вихігості повітря здійснює вимірювання товщини плівдного потоку оптичного ІЧ-випромінювання з вихоки вологи на поверхні дзеркала 13, температуру ду джерела 1 при двох положеннях автоматичного оточуючого середовища та температуру охолоперемикача 17. дження дзеркала 13. Встановлення необхідних значень коефіцієнтів Для вимірювання температури використовупідсилення здійснюється одночасно зі зміною поється перетворювач „температура-код" 15. ложення автоматичного перемикача 17 по команді Згідно зі способом надлишкових вимірювань, з мікро-контролера 22. Як видно з рисунку, вхід що реалізується, спочатку формують потік оптичкерування автоматичного перемикача 17 підклюного ІЧ-випромінювання нульової потужності Φ00 чений до одного з виходів регістру шостого порту ({Ф00}=0). Це здійснюється шляхом виключення мікроконтролера 22. Завдяки цьому визначення джерела 1 потоку оптичного випромінювання по потужності потоку послабленого ІЧкоманді з мікроконтролера 22. В результаті на вивипромінювання здійснюється при практично іденході аналого-цифрового перетворювача 21 з'являтичних вимірювальних каналах. ється код числа N0 = S01U0 = S01(S'л1Ф00е -k п ×С0 d0 - A 3 + DU'зм1) = S01DU'зм1 , (4) де S01 - крутість перетворення аналогоцифрового перетворювача, що характеризує числове значення зміщення (чи дрейф нуля) функції перетворення вимірювального каналу. Код числа (4) запам'ятовується в оперативному запам'ятовуючому пристрої мікроконтролера 22. Далі, по команді з мікроконтролера 22, включається джерело 1 оптичного ІЧ-випромінювання. Нормований за значенням потужності потік оптичного ІЧ-випромінювання Ф0 через елементи 3, 4, 5, 7, 8 і 12 поступає на дзеркало 13 під заданим кутом падіння (див. рисунок). Одночасно він модулюється (переривається) за допомогою обтюраторного диску 7. Останній приводиться у рух за допомогою двигуна 5. Частота його обертання не перевищує 500-600 об/хв. Одночасно потік оптичного ІЧ-випромінювання через напівпрозору пластину 12 поступає на другий фотоприймач 11. По команді з мікроконтролера 21 автоматичний перемикач 17 встановлюється у положення, протилежне зображеному на рисунку. Потужність потоку оптичного випромінювання, що пройшов через блоки 3, 4, 5, 7, 8 і 12 на фотоприймач 11, перетворюється у напругу, яка через блоки 17, 19, 20 і 21 підсилюється, синхронно детектується і перетворюється у код числа Νф. Останній запам'ятовується у оперативному запам'ятовуючому пристрою мікропроцесора 22. Далі вимірюється і перетворюється у код відповідного числа потужність потоку оптичного випромінювання, що відбився від поверхні дзеркала 13 при початковій та невідомій за значенням товщині Ddx плівки молекул води, що утворилася на ній при температурі Тдп відбиваючої поверхні дзеркала 13 рівної температурі Тос оточуючого середовища, тобто при {Тос} = {Тдп}. По команді з мікроконтролера 22 автоматичний перемикач 17 переводиться у положення, показане на рисунку. 9 87044 10 Потужність відбитого від поверхні дзеркала 13 ІЧ-випромінювання збільшується у kл рази. Це екта послабленого потоку оптичного ІЧвівалентно збільшенню поглинання потужності випромінювання описується рівнянням величин потоку оптичного ІЧ-випромінювання плівкою води, товщина якої перевищую попереднє значення на -k п ×С 0 × Dd x - A 3 , Ф1 = Ф 0 е {Dd0}. де Ddxi - початкова та невідома за значенням Слід зазначити, що суттєве значення на похитовщина плівки молекул води при температурі бку вимірювання має високоточне встановлення дзеркальної відбиваючої поверхні, яка дорівнює потужності потоку оптичного випромінювантемпературі Тос оточуючого середовища. ня Ф'3 k лФ0 , який у kл рази перевищує потуж= Зазначений потік оптичного ІЧність попереднього потоку оптичного ІЧвипромінювання за допомогою параболічного дзевипромінювання. Для забезпечення контролю точркала 9 фокусується на оптичний вхід фотоприймача 10. На виході фотоприймача 10 формується Ф' ності встановлення потужності потоку 3 у kл раз напруга, яка підсилюється за допомогою вибіркобільшої, автоматичний перемикач 17 за командою вого підсилювача 19 з центральною частотою рівз мікроконтролера 22 переводиться у положення, ною частоті обертанні обтюраторного диску 7. Дапротилежне показаному на рисунку. У код числа ли підсилена змінна напруга синхронно NkФ перетворюється підсилена потужність потоку детектується за допомогою синхронного детектора оптичного випромінювання, що пройшла через 20 і поступає на аналого-цифровий перетворювач напівпрозору пластину 12 на другий фотоприймач 21. На виході останнього з'являється код числа 11 і вимірювальний канал. По команді з мікроконтN1 = S 0 U1 = S 0 (S л1Ф0 е -k п × С 0 × Dd х - A 3 + DU зм1) . (5) ролера 22 обчислюється значення коефіцієнта Код числа (5) поступає в оперативний запам'япідсилення товуючий пристрій мікроконтролера 22 і запам'яNkF - N0 k 'л = (7) товується. NF - N0 Після цього, по команді з мікроконтролера 22, Отриманий результат порівнюється з заданим включається мікроохолоджувач 16. Останній починає охолоджувати дзеркальну відбиваючу поверхкоефіцієнтом kл. При k 'л ¹ k л , по команді з мікро ню дзеркала 13 протягом заданого інтервалу часу контролера 22 переміщують сірий клин до полоΔt0 по заданому мікроконтролером 22 закону. За ження, про якому встановлюється рівність інтервал часу Δt0 на поверхні дзеркала 13 виникає (конденсується) плівка води товщиною dxi за рахуk 'л= k л . У цьому випадку потік оптичного ІЧнок ефекту випадіння роси при охолодженні. випромінювання, що поступає на поверхню дзерПотужність відбитого від дзеркала 13 потоку кала 13 буде точно у kл рази відрізнятися від пооптичного ІЧ-випромінювання, що пройшов через переднього. плівку води товщиною dxi та поступив на перший Потужність відбитого потоку оптичного ІЧфотоприймач 10, описується рівнянням величин випромінювання, що пройшов через плівку води, яка складається з початкової плівки молекул води Ф 2 = Ф0 е -k п ×С 0 ×( Dd x + d xi ) - A 3 , невідомої за значенням товщини Ddx, що виникає де dxi- приріст товщини плівки води за час Δt0 при початковій температурі оточуючого середовиохолодження. ща, а також через плівку води товщиною dxi + Dd0, У вимірювальному каналі зазначений послабщо створилася за результатом охолодження дзерлений потік оптичного 14-випромінювання перекальної відбиваючої поверхні, описується рівнянтворюється у змінну напругу, підсилюється, синням величин хронно детектується та перетворюється у код числа Ф3 = k лФ0 е -k п ×С 0 ×( Dd x + d xi + Dd 0 ) - A 3 . ' Ф е-k п ×С0 ×( Ddх +d xi )- A 3 + DU' ) . (6) N2i = S0U2i = S0 (S л1 0 Потік оптичного ІЧ-випромінювання Ф3 за дозм1 помогою фотоприймача 19 перетворюється у наДалі код числа N2i (6) автоматично поступає у пругу, підсилюється, синхронно детектується за оперативний запам'ятовуючий пристрій мікроконтдопомогою синхронного детектора 20 і перетворолера 22, де й запам'ятовується. рюється у код числа Через інтервал часу t1, витраченого на вимірювання та запам'ятовування напруг, по команді з мікроконтролера 22, потужність потоку оптичного N3i = S0U3i = S0 (S'л1k лФ0е-k п ×С0 ×( Ddх +dxi + Dd0 )-A3 + DU'зм1) (8) в момент часу ti+1, коли {d'xi} = {dxi} + {Dd0}, за допомогою аналого-цифрового перетворювача 21. Код числа N3i (8) автоматично поступає у оперативний запам'ятовуючий пристрій мікроконтролера 22, де й запам'ятовується. Далі, за командою з мікроконтролера 22, обчислюють товщину плівки води згідно з рівнянням числових значень ln[(N1 - N0 ) / (N2i - N0 )] . (9) ln k л - ln[(N2i - N0 ) / (N3i - N0 )] Код числа (9) поступає у оперативний запам'ятовуючий пристрій мікроконтролера 22, де й запам'ятовується. При досягненні обчисленого значення (9) товщини плівки води апріорі заданого і нормованого значення N d = {dн } , тобто при N d = N d , виNd = {dxi } = {Dd0 } × xi Н x н 11 87044 12 значають температуру охолодження Ттр поверхні ретворення опору у напругу; Dад2 - адитивна подзеркала 13. хибка; S 'л2 = S л2 (1 + g л2 ) - крутість перетворення У тих випадках, коли N d х ¹ N d н , знову переопору у напругу з урахуванням впливу дестабілітворюють у код числа N3i+1 вже потужність відбитозуючих факторів та зміни їх параметрів у часі; Sл2 го та послабленого потоку оптичного ІЧномінальна за значенням крутість перетворення випромінювання Ф0 і Ф'0, що пройшли через плівку опору у напругу; gл2 - відносне відхилення крутості. конденсованої води збільшену за товщиною за час Протягом часу визначення коду числа (5) доDt02 ({Dt02} = {Dt0} + {t1} + {t1i}, де t1i - приріст часу датково перетворюють у код числа витраченого на обчислення поточного значення товщини dxi плівки, на вимірювання і запам'ятову(11) N01 = S02U01 = S02 (S'л2І0R0 + DU'зм2 ) , вання потужностей послаблених потоків оптичного де U01 - падіння напруги на нормованому за ІЧ-випромінювання напруг N2(i+1) і N3(i+1)). Отримане значенням опорі R0 стабільного резистора від значення коду числа N3i+1 запам'ятовується. струму І0. На рисунку цей резистор не показаний. Ще раз обчислюють товщину Nd x ( i +1) плівки Від є складовою частиною перетворювача 15. Значення опору R0 резистора пропорційне води згідно з зазначеним рівнянням числових зназначенню температури T01, тобто чень (9) і порівнюють отриманий результат з апріR0 = SRT01, (12) орі заданим і нормованим значенням N d н . де SR - крутість перетворення температури у Процеси перетворення та обчислення закінопір. чуються в момент часу tk досягнення (з заданою В той же самий момент часу визначення коду точністю) обчисленого значення товщини плівки числа N2i - при визначенні товщини плівки, переводи апріорі заданого і нормованого значення творюють у код числа N02, значення опору Rcp сенNdн . Про дійсне значення вологості повітря судять сора температури 14, яке пропорційне значенню температури Tос оточуючого середовища (Rос за електронними таблицями з урахуванням дійс=SR×Tос): них значень температур Тос і Tтр середовища, відповідно, до охолодження і після охолодження. (13) N02 = S 02U02 = S 02 (S 'л2І0R oc + DU'зм2 ) Як видно з рівняння вимірювань (9), результат дe U02=S'л2I0Roc + DU'зм2. визначення товщини плівки води не залежить від По команді з мікроконтролера 22, у перетвопараметрів S 'л1 і DU'зм1 функції перетворення рювачі “температура-код” 15 здійснюється послідовне включення опорів Roc чутливого елементу і вимірювального каналу (блоки 19-21) та від їх теопору Ro нормованого за значенням резистора, мпературної та часової нестабільності. Викорисчерез які проходить струм І0. Завдяки цьому встатання нормованого за значенням опору резистивновлюється сумарний опір R2 (R2=SR·T02, де {R2} = ного навантаження 18 забезпечує формування {R0} + {Rос}). Падіння напруги U03 на сумарному вхідної напруги вимірювального каналу при часоопорі буде пропорційне умовній температурі Т02 вому розділенні і узгодження входу вибіркового ({Т02} = {Т01} + {Тос}), тобто підсилювача 19 з виходами фотоприймачів 10 і 11. (14) U03=S'л2I0R2 + DU'зм2 Слід зазначити, що для високоточного визнаНа виході перетворювача “температура-код” чення вологості повітря необхідно не тільки з ви15 з'являється код числа сокою точністю визначити (встановити) задану товщину плівки води на поверхні дзеркала 13, але (15) N03 = S02U03 = S02(S'л2І0R2 + DU'зм2 ) й визначити з великою точністю визначити значенякий поступає у оперативний запам'ятовуючий ня температур Тос і Ттр. Для цього також був викопристрій мікроконтролера 22 і запам'ятовується. ристаний метод надлишкових вимірювань. В момент часу досягнення товщини плівки У запропонованому цифровому вимірювачі конденсату вологи заданого значення у код числа вологості повітря додатково й паралельно з виміN04 за допомогою перетворювача “температурарюваннями потужностей потоків оптичного ІЧкод” 15 здійснюється перетворення у код значення випромінювання здійснюється високоточне виміопору Rтр сенсора температури 14, яке пропорційрювання температур Тос і Ттр за допомогою перене температурі охолодження Ттр конденсату (Rтр = творювача “температура-код” 15. SRTтp), тобто Припустимо, що функція перетворення перетворювача “температура-код” описується лінійним N04 = S 02U04 = S 02 (S 'л2І0R тр + DU'зм2 ) . (16) рівнянням величин виду Далі, по команді з мікроконтролера 22 обчисN0х = S 02U0 x = S 02 (S 'л2І0R x + DU'зм2 ) , (10) люється дійсне значення температури оточуючого середовища Тос і температури охолодження Ттр за де S02 - крутість перетворення напруги в код; І0 рівняннями числових значень: - нормований за значенням струм через опір резистора; Rx - опір чутливого елементу, значення якоN03 - N01 NT = NT (17) го пропорційне значенню відповідної температурі; oc 01 N03 - N02 U0x - напруга на вході аналого-цифрового переi творювача “температура-код” 15; DU'зм2 - напруга N 04 - N 01 NT = NT (18) N 03 - N 02 ' зміщення ({ DUзм2 } = { DUзм2 } + { Dад2 }); DUзм2 тр - оптимальне за значенням зміщення функції пе 01 13 87044 14 вимірювання вологості повітря за рахунок підвиде NT01 - нормоване (теоретично встановлещення точності визначення різниці температур не) значення температури ( NT01 = {T01} ; ідеально оточуючого середовища (повітря) та точки роси. При цьому ураховувалася умова досягнення тов' = S S І R = S I R ). N T = S 02U01 щини плівки води заздалегідь заданого значення 02 л2 0 0 00 0 01 шляхом її додаткового вимірювання. Про дійсне значення вологості повітря судять За рахунок використання способу та рівняння за електронними таблицями з урахуванням отринадлишкових вимірювань у запропонованому техманих значень температур Тос(17) і Ттр (18). нічному рішенні виключаються адитивні та мульЯк видно з рівнянь надлишкових вимірювань типолікативні складові похибок визначення товщи(17) і (18), результат визначення температур Тос і ни плівки води та дійсних значень температур; Ттр не залежить від параметрів S'л2 і DU'зм2 Функції виключаються похибки, що обумовлені темпераперетворення перетворювача “температура-код” турною та часовою нестабільністю параметрів 15 та від відхилень їх значень від оптимальних. функцій перетворення каналів. Завдяки викорисЯк вже зазначалося, про дійсне значення вотанню способу надлишкових вимірювань автомалогості повітря судять за електронними таблицями тично виключається вплив коефіцієнту поглинання з урахуванням отриманих значень температур (17) на результат вимірювання товщини плівки води. Ці і (18). Отримані значення температури також випереваги дозволяють створити цифровий вимірюсвітлюються на цифровому відліковому пристрою вач вологості повітря з підвищеною точністю вимі13. рювання. Таким чином, запропонований цифровий вимірювач вологості повітря забезпечує вирішення поставленої технічної задачі підвищення точності Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601