гигрометр (варианты)

Формула изобретения

1. Гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала, и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, расположенный между источником излучения и плоским кольцевым отражателем, отличающийся тем, что конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

2. Гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, отличающийся тем, что источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике измерения влажности газов. Преимущественная область использования - прецизионное измерение точки росы газов.

Известны гигрометры, содержащие камеру, плоское круглое конденсационное зеркало, источник и приемник светового излучения (см., например, /1/, /2/).

Основной недостаток этих гигрометров заключается в том, что при сравнительно низких температурах образования росы, например ниже минус 60С, изменение интенсивности светового потока, отражаемого от поверхности конденсационного зеркала, мало. Поэтому начало этого изменения, соответствующее точке росы газа, на фоне большого сигнала очень трудно определить. В результате этого погрешность измерения точки росы газа существенно увеличивается.

Известен гигрометр, содержащий камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, конический отражатель, плоский кольцевой отражатель с механизмом осевого перемещения, зеркальная поверхность которого обращена к конденсационному зеркалу, а его диаметр меньше диаметра конденсационного зеркала, источник светового излучения, приемник светового излучения, расположенный между источником светового излучения и плоским кольцевым отражателем /3/, принятый за прототип.

В прототипе реализуется возможность увеличения изменения интенсивности светового потока, отражаемого от поверхности конденсационного зеркала в момент образования на нем росы. Однако одновременно с этим пропорционально увеличивается и интенсивность светового потока при отсутствии росы на конденсационном зеркале. То есть, как и в /1/, /2/, фактически необходимо определять малое изменение большой величины, что является существенным недостатком прототипа.

Результатом настоящего изобретения является повышение точности и чувствительности измерений точки росы газов.

Указанный результат достигается тем, что по варианту 1 в гигрометре, содержащем камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала, и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, расположенный между источником излучения и плоским кольцевым отражателем, конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры, а по варианту 2 в гигрометре, содержащем камеру, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало, два отражателя, один из которых снабжен механизмом осевого перемещения и выполнен плоским кольцевым с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала и рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу, источник и приемник светового излучения, источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом гигрометре по варианту 1 конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры, а по варианту 2 источник светового излучения расположен между приемником светового излучения и плоским кольцевым отражателем, обе поверхности которого выполнены рабочими, при этом конденсационное зеркало выполнено с рабочей поверхностью, поглощающей световые лучи, а другой отражатель выполнен в виде внутренней поверхности камеры.

Варианты практической реализации предлагаемого изобретения иллюстрируются чертежом, на котором показаны гигрометр в разрезе, по варианту 1 (Фиг.1) и гигрометр в разрезе, по варианту 2 (Фиг.2).

Гигрометр включает камеру 1, в которой на одной оси расположены плоское круглое конденсационное зеркало 2, плоский кольцевой отражатель 3 с механизмом осевого перемещения 4, источник светового излучения 5, приемник светового излучения 6, обойму 7 и теплоизоляционную прокладку 8.

Камера 1 может быть выполнена, например, сферической с цилиндрической частью (см. Фиг.1), конической с цилиндрической и сферической частями (см. Фиг.2), эллиптической, гиперболической и т.д. (на чертеже не показано). Внутренняя поверхность камеры 1 выполнена полированной в виде отражателя. Конденсационное зеркало 2 выполнено с рабочей поверхностью, способной поглощать световые лучи, например, с поглощательной способностью не менее 0,95. Плоский кольцевой отражатель 3, снабженный механизмом осевого перемещения 4, выполнен с диаметром, меньшим диаметра конденсационного зеркала 2, и с рабочей поверхностью, обращенной к конденсационному зеркалу 2. В центре плоского кольцевого отражателя 3 выполнен канал (отверстие), например, в виде усеченного конуса с большим диаметром, обращенным к конденсационному зеркалу 2, для увеличения интенсивности светового потока, поступающего к приемнику светового излучения 6 (в варианте 1) или излучаемого источником светового излучения 5 (в варианте 2).

В варианте 1 источник светового излучения 5, например светодиод, расположен в верхней части камеры 1 (см. Фиг.1), а приемник светового излучения 6, например фотодиод, установлен в обойму 7 и расположен между источником светового излучения 5 и плоским отражательным экраном 3.

В варианте 2 источник светового излучения 5 установлен в обойму 7 и расположен между плоским отражательным экраном 3 и приемником светового излучения 6 (см. Фиг.2), а приемник светового излучения расположен в верхней части камеры 1.

Гигрометр работает следующим образом. В варианте 1 (см. Фиг.1) световые лучи, исходящие от источника световых лучей 5, отражаясь от внутренней поверхности камеры 1, попадают на рабочую поверхность конденсационного зеркала 2 и, последовательно отражаясь от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2 и от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, практически полностью поглощаются. В результате этого при отсутствии росы на поверхности конденсационного зеркала 2 исключается возможность попадания световых лучей в приемник световых лучей. При образовании на поверхности конденсационного зеркала 2 росы в результате диффузного отражения световых лучей, которые, концентрируясь к центру конденсационного зеркала 2, попадают в приемник световых лучей 6 и вызывают скачкообразное появление сигнала в цепи детектора точки росы (на Фиг.1 не показано), который принимается за точку росы анализируемого газа.

В варианте 2 (см. Фиг.2) световые лучи, исходящие от источника световых лучей 5, последовательно отражаясь от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2 и от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, практически полностью поглощаются. Следовательно, в приемник световых лучей 6 световые лучи не попадают. При образовании на поверхности конденсационного зеркала 2 росы в результате диффузного отражения световых лучей от рабочей поверхности конденсационного зеркала 2, от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, обращенной к конденсационному зеркалу 2, от внутренней поверхности камеры 1, а также от рабочей поверхности плоского кольцевого отражателя 3, обращенной к приемнику световых лучей 6, попадают в приемник световых лучей 6 и вызывают скачкообразное появление сигнала в цепи детектора точки росы (на Фиг.2 не показано), который принимается за точку росы анализируемого газа.

По сравнению с прототипом предлагаемый гигрометр позволяет существенно повысить точность и чувствительность измерений точки росы газов. Так, например, в вариантах 1, 2 при отсутствии росы на конденсационном зеркале световые лучи, исходящие от источника светового излучения, практически полностью поглощаются (при двухкратном отражении от поверхности конденсационного зеркала с поглощательной способностью световых лучей не менее 0,95 интенсивность светового потока уменьшается до долей процента). В то же время при образовании на конденсационном зеркале росы возникает диффузное отражение световых лучей от всей его поверхности, которые, попадая в приемник световых лучей, вызывают существенное изменение его выходного сигнала. Таким образом, в отличие от прототипа отсутствие фона большого сигнала позволяет повысить точность и чувствительность измерений точки росы газов предлагаемым гигрометром.

Экономический эффект, ожидаемый от использования предлагаемого гигрометра, определить на данной стадии разработки не представляется возможным.

Источники информации:

1. М.А.Берлинер. Измерение влажности. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973, с. 234.

2. А.М.Натан. Автоматический гигрометр точки инея. В кн. Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике. Том I. Материалы международного симпозиума по влагометрии. Вашингтон, 1963 г. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967, с. 168.

3. Конденсационный гигрометр А.С. СССР №1695207, G 01 N 25/66, 1991.