RU2713091C1 - Photocompensation hygrometer - Google Patents
Photocompensation hygrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713091C1 RU2713091C1 RU2019123386A RU2019123386A RU2713091C1 RU 2713091 C1 RU2713091 C1 RU 2713091C1 RU 2019123386 A RU2019123386 A RU 2019123386A RU 2019123386 A RU2019123386 A RU 2019123386A RU 2713091 C1 RU2713091 C1 RU 2713091C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- hygrometer
- magnetoelectric
- galvanometer
- photocompensation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/10—Measuring moisture content, e.g. by measuring change in length of hygroscopic filament; Hygrometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для измерения объемной доли влаги в газах и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to the field of analytical instrumentation, is intended to measure the volume fraction of moisture in gases and can be used in various industries.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники [патент RU 2413935 С1, опубликован 10.03.2011] известен гигрометр, содержащий чувствительный элемент и измерительную схему. Работа гигрометра основана на измерении объемной доли влаги газа при постоянном расходе газа. Чувствительный элемент выполнен в виде кулонометрической ячейки, в которой влага поглощается сорбентом. Под действием напряжения от источника постоянного тока, приложенного к электродам кулонометрической ячейки, определяется количество поглощенной влаги. Измерительная схема включает в себя линию подачи анализируемого газа и стабилизатор расхода.The prior art [patent RU 2413935 C1, published 03/10/2011] known hygrometer containing a sensitive element and a measuring circuit. The operation of the hygrometer is based on measuring the volume fraction of gas moisture at a constant gas flow rate. The sensitive element is made in the form of a coulometric cell in which moisture is absorbed by the sorbent. Under the action of voltage from a direct current source applied to the electrodes of the coulometric cell, the amount of absorbed moisture is determined. The measuring circuit includes a sample gas supply line and a flow stabilizer.
Недостатком известного устройства является отсутствие автоматического режима работы, обусловленного низкими статическими и динамическими характеристиками.A disadvantage of the known device is the lack of an automatic mode of operation due to low static and dynamic characteristics.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по устранению вышеуказанного недостатка известного технического решения.The present invention is directed to solving the technical problem of eliminating the aforementioned disadvantage of the known technical solution.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в автоматизации процесса определения влагосодержания в газах путем повышения чувствительности показаний и быстродействия работы гигрометра за счет использования:The technical result that is achieved in the present invention is to automate the process of determining the moisture content in gases by increasing the sensitivity of the readings and the speed of the hygrometer through the use of:
- пневмооптического преобразователя в виде магнитоэлектрического гальванометра с жестко закрепленным на его растяжках чувствительным элементом - пластиной, на которую воздействуют струи сравнительного газа и дозы анализируемого газа;- a pneumo-optical converter in the form of a magnetoelectric galvanometer with a sensitive element rigidly fixed on its stretch marks - a plate, which is affected by jets of comparative gas and the dose of the analyzed gas;
- дифференциальной равновесной электрической схемы с подключенным в обратной связи регистрирующим прибором.- differential equilibrium electric circuit with a recording device connected in feedback.
Более конкретно, технический результат достигается фотокомпенсационным гигрометром, содержащим чувствительный элемент, реагирующий на изменение влагосодержания влажного контролируемого газа, в виде пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, и измерительную схему из двух ветвей подачи сравнительного осушенного газа, в одну из которых подключен дозатор влажного контролируемого газа, и пневмооптического преобразователя в виде магнитоэлектрического гальванометра, включающего рамку с током, помещенную в зазоре постоянного магнита, и оптическую часть, содержащую источник света, конденсор, диафрагму, зеркало, отраженный луч света от которого регистрируется сдвоенным фотосопротивлением, включенным в дифференциальную равновесную электрическую схему с расположенными в ней источниками питания, в обратной связи которой подключен регистрирующий миллиамперметр для определения контролируемого параметра.More specifically, the technical result is achieved by a photocompensation hygrometer containing a sensing element that responds to changes in the moisture content of the wet controlled gas in the form of a plate rigidly fixed to stretch marks of a magnetoelectric galvanometer, and a measuring circuit of two supply branches of comparative dried gas, one of which is connected to a wet meter controlled gas, and a pneumo-optical converter in the form of a magnetoelectric galvanometer, including a frame with a current, the optical part containing the light source, a condenser, a diaphragm, a mirror, the reflected light beam from which is registered by a double photo-impedance, included in the differential equilibrium electric circuit with the power sources located in it, in the feedback of which a recording milliammeter for definition of the controlled parameter.
Краткое описание чертежаBrief Description of the Drawing
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого фотокомпенсационного гигрометра.In FIG. 1 presents a diagram of the proposed photocompensation hygrometer.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Фотокомпенсационный гигрометр включает в себя измерительную схему, состоящую из пневмооптического преобразователя 1, дозатора 2 и узла установки расхода газа (воздуха) 3. Дозатор 2 управляется программируемым логическим контроллером 4.The photo-compensation hygrometer includes a measuring circuit consisting of a pneumo-
Пневмооптический преобразователь 1 гигрометра состоит из магнитоэлектрического гальванометра 5, рамка 6 которого помещена в зазоре постоянного магнита 7. На подвижной части магнитоэлектрического гальванометра 5 жестко закреплены зеркало 8 и пластина 9. Ток к рамке подводится по токопроводам 10. Нормально к поверхности пластины 9 установлены два сопла 11(1) и 11(2), к каждому из которых подведены дифференциальные ветви сравнительного осушенного воздуха СГ и через которые обеспечивается силовое воздействие сравнительного осушенного воздуха СГ давлением Р на пластину 9. К одной из дифференциальных ветвей, включающей сопло 11(1) подключен дозатор 2, на который подается влажный контролируемый газ ВГ и сравнительный осушенный воздух СГ.The pneumatic-
Оптическая часть магнитоэлектрического гальванометра 5 состоит из источника света 12, подающего через конденсор 13 и диафрагму 14 луч света на зеркало 8. Отраженный от зеркала 8 луч света падает на дифференциальный фоторезистор 15, включенный в электрическую дифференциальную схему, которая состоит из источников напряжения Е1 и Е2 и нагрузочного сопротивления Rн. Выходной ток I в цепи обратной связи регистрируется миллиамперметром 16.The optical part of the
В дозатор 2 входит дозируемый объем 17, величина которого подбирается при настройке прибора, и пневмораспределитель 18. В узел установки расхода воздуха 3 включены два переменных дросселя 19, регулирующие необходимые расходы сравнительного осушенного воздуха СГ, и ротаметры 20 для контроля этих расходов. Вентиль 21 служит для отключения дифференциальной пневматической схемы.
Питание дифференциальной пневматической схемы гигрометра осуществляется от сети, давление Р которой контролируется манометром 22. Для подготовки сравнительного осушенного воздуха СГ питание проходит через влагоотделитель 23 и осушитель 24. Для исключения влияния изменения температуры пневмооптический преобразователь 1 и дозатор 2 термостатируются.The differential pneumatic circuit of the hygrometer is powered from the network, the pressure P of which is controlled by a
Дозируемый объем 17 влажного контролируемого газа ВГ вводится в цепь сравнительного осушенного воздуха СГ с помощью управляющих сигналов t и подающихся с программируемого логического контроллера 4 на пневмораспределитель 18.The dosed
Работа гигрометра осуществляется следующим образом. В исходном положении при сигнале t с программируемого логического контроллера 4 влажный контролируемый газ ВГ заполняет дозируемый объем 17, а сравнительный осушенный воздух СГ проходит к обоим соплам 11(1) и 11(2) и оказывает одинаковое силовое воздействие на пластину 9. При этом режиме пластина 9 находится в равновесии, ток в цепи обратной связи отсутствует и регистрирующий миллиамперметр 16 фиксирует условный нулевой сигнал.The operation of the hygrometer is as follows. In the initial position, at a signal t from the
При переключении программируемого логического контроллера 4 в режим анализа в канал сопла 11(1) впрыскивается доза влажного контролируемого газа ВГ из дозируемого объема 17. Обладающая другой плотностью доза влажного контролируемого газа ВГ при выходе из сопла поворачивает на определенный угол пластину 9, зеркало 8 и рамку 6 магнитоэлектрического гальванометра 5. Отраженный луч света изменяет освещенность дифференциального фоторезистора 15, в результате чего появляется ток в обратной цепи, который согласно закону Фарадея приводит к появлению магнитоэлектрической силы, компенсирующей изменение силы действия струй на пластину 9. Величина тока в цепи обратной связи пропорциональна разности плотностей влажного контролируемого газа ВГ и сравнительного осушенного воздуха СГ. При разбалансе входной пневматической схемы струи газа, вытекающие из сопел 11(1) и 11(2), отклоняют пластину 9 с зеркалом 8. Перемещение отраженного от зеркала луча света вызывает перераспределение световых потоков на поверхностях двух половин дифференциального фотосопротивления 15. Разбаланс электрической дифференциальной схемы приводит к появлению тока в цепи отрицательной обратной связи, состоящей из сопротивления Rн, миллиамперметра 16 и рамки 6 магнитоэлектрического гальванометра 5. Образующийся при этом магнитоэлектрический момент Мэл компенсирует механический момент Мм от действия струи на поверхность пластины 9.When the
При натекании струи сравнительного осушенного воздуха СГ на пластину 9 сила Fсг действия струи потока на поверхность определяется выражением:When a stream of comparative dried SG air flows onto the
где ρсг - плотность сравнительного осушенного воздуха СГ; Sc11(2)=πdс11(2) 2 - площадь выходного отверстия сопла 11(2); dc11(2) - диаметр выходного отверстия сопла 11(2); - объемная скорость.where ρ cg - the density of the comparative dried air SG; S c11 (2) = πd c11 (2) 2 is the area of the outlet of the nozzle 11 (2); dc 11 (2) is the diameter of the outlet of the nozzle 11 (2); - space velocity.
При переключении пневмораспределителя 18 по сигналу с программируемого логического контроллера 4 в поток сравнительного осушенного воздуха СГ вводится доза влажного контролируемого газа ВГ из дозируемого объема 17 плотностью ρвг, которая подается к соплу 11(1), оказывая силовое воздействие Fвг на поверхность пластины:When switching the
где ρвг - плотность влажного контролируемого газа ВГ; Sc11(1)=πdc11(1) 2 - площадь выходного отверстия сопла 11(1); dc11(1) - диаметр выходного отверстия сопла 11(1).where ρ vg is the density of the wet controlled gas of the VG; S c11 (1) = πd c11 (1) 2 is the area of the outlet of the nozzle 11 (1); d c11 (1) is the diameter of the outlet of the nozzle 11 (1).
В результате прохождения дозы влажного контролируемого газа ВГ через сопло 11(1) изменяются механические моменты сил, воздействующих на пластину:As a result of the passage of a dose of wet controlled VH gas through the nozzle 11 (1), the mechanical moments of the forces acting on the plate change:
где M1 - механический момент от силы действия Fсг; М2 - механический момент от силы действия Fвг; - площадь «следа» струи на пластине 9 при подаче струи из сопла 11(2); - площадь «следа» струи на пластине при подаче струи из сопла 11(1), h - расстояние от сопел до пластины, iц - расстояние оси симметрии площади «следа» струи от оси симметрии подвижной части магнитоэлектрического гальванометра 5, ψэ - потокосцепление.where M 1 - the mechanical moment of the force F c ; M 2 - the mechanical moment of the action force F vg ; - the area of the "trace" of the jet on the
Механический момент Мм соответствует разности механических моментов M1 и М2:The mechanical moment M m corresponds to the difference of the mechanical moments M 1 and M 2 :
Пренебрегая жесткостью упругих элементов подвижной части, запишем условие работы в установившемся режиме:Neglecting the stiffness of the elastic elements of the moving part, we write down the condition for operation in the steady state:
Равенство (VII) с учетом (III)-(V) имеет вид:Equality (VII) taking into account (III) - (V) has the form:
При одинаковых диаметрах выходных отверстий сопел dc11(1)=dc11(2), и площадях Sc11(1)=Sc11(2) и S11(1)=S11(2)=S выходной ток I будет равен:With the same nozzle exit diameters d c11 (1) = d c11 (2) , and areas S c11 (1) = S c11 (2) and S 11 (1) = S 11 (2) = S, the output current I will be equal to :
Зависимость плотности ρвг влажного контролируемого газа ВГ от влагосодержания w определяется из следующего выражения [Чуха М. Применение электролитического указателя влажности для измерения атмосферной влажности / В сб.: Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике, Том 1. Принципы и методы измерения влажности в газах. - Ленинград: Гидрометеорологическое издательство. - 1967, с. 461-467]:The dependence of the density ρ vg of the wet controlled VH gas on the moisture content w is determined from the following expression [Chukha M. Application of an electrolytic humidity indicator for measuring atmospheric humidity / V sb .: Humidity. Measurement and regulation in scientific research and technology,
где T - температура газа, K (принимается в 273 K при нормальных условиях); Рб - барометрическое давление (принимается Рб=760 мм рт.ст. при нормальных условиях); w - влагосодержание.where T is the gas temperature, K (taken at 273 K under normal conditions); P b - barometric pressure (taken P b = 760 mm Hg under normal conditions); w is the moisture content.
Выходной ток (IX), учитывая (X), равен:The output current (IX), given (X), is:
Согласно выражению (XI) выходной ток фотокомпенсационного гигрометра зависит от влагосодержания w, температуры газа Т, барометрического давления Рб, объемной скорости , расстояния iц оси симметрии площади «следа» струи S от оси симметрии подвижной части магнитоэлектрического гальванометра 5, площади «следа» струи S и значения потокосцепления ψэ.According to the expression (XI), the output current of the photocompensation hygrometer depends on the moisture content w, gas temperature T, barometric pressure P b , space velocity , the distance i C of the axis of symmetry of the area of the "trace" of the jet S from the axis of symmetry of the moving part of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123386A RU2713091C1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Photocompensation hygrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019123386A RU2713091C1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Photocompensation hygrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713091C1 true RU2713091C1 (en) | 2020-02-03 |
Family
ID=69625145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019123386A RU2713091C1 (en) | 2019-07-25 | 2019-07-25 | Photocompensation hygrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713091C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816696C1 (en) * | 2022-02-07 | 2024-04-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet-photocompensated digital-to-analogue converter |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU58490A1 (en) * | 1937-09-25 | 1939-11-30 | М.С. Масленников | Instrument for measuring the moisture content of gases |
SU1003003A2 (en) * | 1979-01-04 | 1983-03-07 | Ивановский Экспериментально-Конструкторский Машиностроительный Институт | Gas humidity pickup |
JPH08178835A (en) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Shigemi Iida | Differential transformer type humidity sensor |
US20100031745A1 (en) * | 2007-08-09 | 2010-02-11 | Michael Haji-Sheikh | Nano-porous alumina sensor |
UA70911U (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-25 | Винницкий Национальный Технический Университет | Gas humidity measuring device |
-
2019
- 2019-07-25 RU RU2019123386A patent/RU2713091C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU58490A1 (en) * | 1937-09-25 | 1939-11-30 | М.С. Масленников | Instrument for measuring the moisture content of gases |
SU1003003A2 (en) * | 1979-01-04 | 1983-03-07 | Ивановский Экспериментально-Конструкторский Машиностроительный Институт | Gas humidity pickup |
JPH08178835A (en) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Shigemi Iida | Differential transformer type humidity sensor |
US20100031745A1 (en) * | 2007-08-09 | 2010-02-11 | Michael Haji-Sheikh | Nano-porous alumina sensor |
UA70911U (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-25 | Винницкий Национальный Технический Университет | Gas humidity measuring device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2816696C1 (en) * | 2022-02-07 | 2024-04-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet-photocompensated digital-to-analogue converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106872724B (en) | A kind of bionical air flow rate sensor that clinking combines | |
SE7601380L (en) | DEVICE FOR SATURATION OF THE FLOW OF RUNNING PRODUCTS | |
GB2148487A (en) | Apparatus for measuring smoke density | |
RU2713091C1 (en) | Photocompensation hygrometer | |
US3975947A (en) | Method of and apparatus for quantitative analysis | |
US3435660A (en) | Steam flow rate monitoring apparatus and method | |
JPH0868732A (en) | Gas concentration measuring instrument | |
US2473553A (en) | Method of and apparatus for measuring the film strength of liquids | |
CN102128860A (en) | Dynamic parameter measuring system for humidity sensor | |
CN201796000U (en) | Rapid precision mirror dew-point hygrometer | |
Makarov et al. | Impulse mode of physical and technical gases parameters control based on the jet force action effect | |
EP0698778B1 (en) | A small gas component addition apparatus | |
RU2683803C1 (en) | Photocompensuration gas density sensor | |
JP5364957B2 (en) | Trace moisture generator and standard gas generator | |
US20200166399A1 (en) | Airflow calibrator | |
RU2713087C1 (en) | Low pressure pneumatic pulse logging sensor | |
RU2713088C1 (en) | Jet pressure sensor | |
US2977842A (en) | Measuring method and apparatus | |
RU2509334C1 (en) | Gas flow controller | |
RU2583872C1 (en) | Hygrometer | |
RU2685433C1 (en) | Pneumatic gas density sensor | |
GB861344A (en) | An automatic correction device for a mass flowmeter | |
SU1121621A1 (en) | Method and device for hot-wire anemometer graduation | |
SU781647A1 (en) | Apparatus for monitoring closed article tightness | |
CN201107289Y (en) | Hygrometers |