По курсу «Защита интеллектуальной собственности
КАФЕДРА «МЕТАЛЛУРГИЯ»
Курсовая работа
По курсу «Защита интеллектуальной собственности
И авторских прав»
на тему:
«СОДЕРЖАНИЕ и СТРУКТУРА ПАТЕНТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ»
Группа:142-431
Студент: Царегородцева С.Е.
Проверил: доц. Белелюбский Б.Ф.
Москва 2017 г
Содержание
Введение3
1.Гигрометр. История создания. Виды гигрометров 4
1.1. Весовой (абсолютный) гигрометр 7
1.2. Волосной гигрометр 7
1.3. Плёночный гигрометр 10
1.4. Электролитический гигрометр 11
1.5. Керамический гигрометр 13
1.6. Конденсационныйгигрометр 14
1.7. Электронные гигрометры 28
1.8. Психрометр 30
2.Гигрометр психрометрический вит 34
3. Патент G01N25/62 гигрометр психрометрический с помощью психрометрических средств, например термометров с влажными и сухими шариками 42
Заключение49
Список используемой литературы50
Введение
В состав земной атмосферы входит воздух, который необходим человеку для существования. Воздух состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водорода и других веществ. И состав воздуха должен соответствовать нормативам для нормального функционирования живых организмов. Так важнейшими показателями, определяющими состояние окружающей среды, является температура и влажность воздуха.
Влажность является очень важным показателем, влияющим
на самочувствие людей, врачи рекомендуют уделять внимание ее уровню
в комнатах, используя соответствующие приспособления. В приложении к данному реферату представлена информация о последствиях повышенной влажности и сухого воздуха в помещении для человека.
Влажность воздуха измеряется прибором, называемым гигрометром.
Установленный в комнате прибор поможет вовремя выявить отклонения влажности от оптимальных для человека величин (25-60% RH при температуре 18-25°С) и скорректировать ее увлажнителями в случае засухи или установкой дополнительных вытяжек, вентиляторов или утеплителей в случае чрезмерной доли влаги в воздухе.
В данном исследовании будут представлены виды гигрометров, показаны характеристики приборов, принципы работы, а также будет представлен патент G01N25/62 гигрометр психрометрический с помощью психрометрических средств, например термометров с влажными и сухими шариками.
Целью исследования: изучение патента.
Задачи исследования:
1. Расмотреть виды гигрометров.
2. Расмротреть конкретные приборы ВИТ-1 и ВИТ-2.
3. Расмотреть патент.
4. Рассмотреть принцип работы патентного гигрометра.
Абсолютная влажность (точка насыщения)
Абсолютная влажность показывает такое количество водяного пара, которое содержится в определенном объеме воздуха.
Воздух, как смесь газа и пара, всегда содержит водяной пар. Водяной пар создает определенное давление, которое называют давлением водяного пара. Оно является частью всего барометрического давления газа.
Давление водяного пара и соответственно абсолютная влажность воздуха могут повышаться при определенной температуре только до предела насыщения. Это максимально возможное давление называют давлением насыщения.
Точка насыщения
При дальнейшем поступлении водяного пара образуется конденсация. Избыточное количество водяного пара проявляется в виде дождя, тумана или конденсата. Насыщенное состояние при этом сохраняется. Если насыщенный теплый воздух охлаждается, то также происходит конденсация. Теперь охлажденный воздух будет впитывать меньше влаги. Температура, при которой это происходит, называется температурой точки насыщения. Она указывается в °С. С помощью точки насыщения можно установить давление водяного пара влажного воздуха по кривой давления водяного пара. Итак, точка насыщения является единицей измерения количества воды во влажном воздухе. Величина абсолютной влажности воздуха подбирается в зависимости от данных расчетных требований.
Относительная влажность
Относительная влажность воздуха это отношение фактически имеющейся, т.е. абсолютной влажности воздуха к максимально возможной влажности воздуха при данной температуре. Относительная влажность воздуха представляет собой безразмерную величину. Она является передаточным числом и указывается в %.
При высокой температуре воздух может поглощать больше влаги, чем при низкой. Максимальная влажность, которую может поглотить воздух, называется влажностью насыщения. До насыщения давление водяного пара и следовательно относительная влажность пропорциональна всему барометрическому давлению. Так как давление насыщения зависит только от температуры, относительная влажность воздуха также зависит от температуры. Относительная влажность уменьшается, если температура повышается и наоборот.
Виды гигрометров
1) Весовой (абсолютный) гигрометр – сочетание некторого количества трубок, которые заполнены специальным веществом, поглощающим влагу;
2) Волосной гигрометр – состоит из волоса, меняющего свою длину в зависимости от количества влаги в помещении;
3) Плёночный гигрометр – состоит из пленки, которая растягивается, если влажность повышена и сжимается, если влажность понижена;
4) Электролитический (электрический) гигрометр – стеклянная пластина, которая покрыта электролитом, уровень электролита изменяется в зависимости от влаги;
5) Керамический гигрометр – измеряется с помощью электрического сопротивления от поверхности смеси из глины;
6) Конденсационный гигрометр – состоит из специального зеркальца на котором образуется конденсат, по количеству которого определяется влажность воздуха;
7) Электронные гигрометры (используют различные принципы);
8) Психрометр – используется соотношение показаний, в разности увлажненного и сухого термометров.
Волосной гигрометр
Действие волосного гигрометра (Рисунок 1.2.1, 1.2.2) основано на свойстве обезжиренного волоса, способного изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.
Волосяной гигрометр – прибор, использующийся для определения влажности окружающей среды. Может применяться для контроля микроклимата помещений.
Волосяной метеорологический гигрометр используется для выявления относительной влажности окружающей среды. Диапазон измерения составляет от 30 до 80%. Он широко используется для постоянного контроля одной из составляющих микроклимата помещения. Применяется преимущественно для постановки разнообразных опытов, в ходе которых проходит замер влажности.
Гигрометр волосяной в своей конструкции имеет несколько частей:
металлическая рама. Является основой всей конструкции;
человеческий волос. Он обязательно должен быть обезжирен;
шкив. Через него перекидывается конец волоса (свободный) с маленьким грузом;
стрелка и шкала с делениями, каждое из которых соответствует одному проценту влажности.
Также в конструкции устройства присутствует специальный регулировочный винт, который может влиять на расположение стрелки. Он используется только при проверке гигрометра или при его регулировке.
 |  |
| Рисунок 1.2.1 Волоснойгигрометр | Рисунок 1.2.2. Волосной гигрометр М-19, 1985 г. |
Принцип действия волосяного гигрометра основывается
на естественном изменении длины обезжиренного человеческого волоса
в зависимости от влажности окружающей среды.
При изменении микроклимата помещения длина волоса уменьшается или увеличивается. Вследствие этого происходит ослабление/увеличение натяжения волоса, которое влияет на шкив. Он поворачивается в соответствии с изменением влажности и воздействует на стрелку, конец которой свободно перемещается по специальной шкале с нанесенными на ней делениями. Так можно увидеть точные показатели влажности окружающей среды.
Для того чтобы получить точные результаты, необходимо знать основные правила использования прибора. Сначала нужно правильно его установить. Он должен находиться на уровне глаз для того, чтобы было легче увидеть показания. Можно установить его вертикально на любую плоскую поверхность или просто повесить на стену. Рядом с устройством не должно присутствовать источников сильных вибраций, а также источников холода или тепла. Во время проверки результатов нужно стараться не дышать на сам гигрометр, иначе он может выдать не совсем точные показания.
Перед началом работы необходимо проверить расположение стрелки. Ее конец должен находиться на уровне нулевого деления. Если замечается отклонение, при помощи регулировочного винта положение стрелки меняют так, чтобы она находилась точно на нуле.
После подготовительных мероприятий можно начинать измерение. Нужно знать, что для получения точных результатов необходимо подержать гигрометр в помещении некоторое время. Одно деление, находящееся на шкале, соответствует одному проценту влажности. Каждое десятое деление для удобства пользователя пронумеровано.
Волосяной гигрометр – чувствительное устройство, которое может реагировать на самые незначительные неполадки в его конструкции. Именно поэтому нужно четко соблюдать правила хранения и использования прибора. Запрещено хранить устройство в непосредственной близости от источников тепла. Температура воздуха в помещении, где хранится устройство, должна быть выше 0 градусов по Цельсию, а относительная влажность не должна превышать 80%.
Перед началом работы необходимо постучать пальцем по самому устройству. Нельзя использовать его в помещениях, где температура выходит за пределы диапазона в -30 — +45 градусов по Цельсию. Регулировочный винт в своем нормальном состоянии поворачивается плавно, без рывков. Он должен допускать отклонение от начального расположения стрелки на 10 делений и в ту, и в другую сторону.
Если волос загрязнился, его необходимо помыть. Для этого стрелку аккуратно прижимают к шкале так, чтобы она не меняла своего положения при воздействии на волос. Сам волос осторожно протирают мягкой кисточкой, которая предварительно была смочена в дистиллированной воде.
Основное преимущество волосяного гигрометра – то, что показания относительной влажности воздуха никак не зависят от его температуры, чем не могут похвастаться электролитические гигрометры. Плюсом представленного устройства также является то, что он не потребляет никакую энергию – процесс замера основан лишь на механических действиях.
К недостаткам гигрометра можно отнести то, что для установления показаний человек должен самостоятельно их просмотреть. Самый главный его минус — низкая (по сравнению с психрометрическими, электронными и другими гигрометрами) точность измерений. Именно поэтому сейчас он используется только в качестве наглядного материала при постановке опытов в различных учебных заведениях.
Плёночный гигрометр
Плёночный гигрометр (Рисунок 1.3.1) имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.
Рисунок 1.3.1. Плёночный гигрометр (1 – мембрана, 2 – стрелка, 3 – шкала)
Электролитический гигрометр
В электролитическом гигрометре (Рисунок 1.4.2) пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость показаний от температуры.
Рисунок 1.4.1. Схема электролитического гигрометра с подогревным датчиком
(1 – трубка, 2 – стеклянная вата, 3 – спирали, 4 – термометр сопротивления,
5 – измерительный прибор)
Рисунок 1.4.2. Электролитический гигрометр
В электролитическом гигрометре в качестве влаго-чувствительного элемента используется хлористый литий. Насыщенный раствор хлористого лития нагревается до температуры, при которой парциальное давление водяного пара над раствором равно парциальному давлению паров в окружающей атмосфере. Следовательно, по принципу действия электролитические гигрометры с подогревным преобразователем аналогичны гигрометрам точки росы, но обладают тем преимуществом, что нагреть преобразователь значительно легче и проще, чем охладить зеркало в приборах точки росы.
В некоторых электролитических гигрометрах (Рисунок 1.4.1) чувствительная к влаге поверхность представляет собой нить из стекловолокна, намотанную в виде спирали с небольшим шагом вокруг параллельно расположенных платинированных проволок. Для любых значений относительной влажности и температуры электрическое сопротивление гигрометра может быть измерено мостом переменного тока.
Следовательно, по принципу действия электролитические гигрометры с подогревным датчиком аналогичны гигрометрам точки росы. Преимуществом этих гигрометров является то, что нагрев датчика осуществить значительно легче и проще, чем охлаждение зеркала в гигрометрах точки росы.
Керамический гигрометр
Этот вид гигрометров чаще всего используется для контроля влажности в жилых помещениях. Он отличается довольно простой конструкцией, а принцип его работы основан на механических действиях. Твердая или пористая керамическая масса, в состав которой также входят металлические элементы, имеет электрическое сопротивление. Его уровень напрямую зависит от влажности в помещении. Для правильного функционирования механического гигрометра керамическая масса должна состоять из некоторых окислов металла. Причем в качестве основы используется глина, кремний и каолин.
Керамический гигрометр (Рисунок 1.5.1) основан на измерении уровня электрического сопротивления поверхности из глины или керамики прохождению электричества сквозь нее (твердой и пористой певерхности). Этот уровень сопротивления также имеет свойство изменяться в зависимости от влажности окружающего воздуха.
Рисунок 1.5.1. Керамический гигрометр
Конденсационный гигрометр
Принцип действия конденсационного гигрометра основан на измерении количества конденсата, который скапливается на стеклянных поверхностях. Узкий луч света направляется на специальное охлаждаемое зеркало. Из-за воздействия света на нем начинают проявляться капли воды или кристаллы льда. Вмонтированный под зеркало электронный термометр замеряет показания, после чего преобразовывает их в значение относительной влажности воздуха.
Наиболее простым из гигрометров конденсаторного типа является гигрометр Ламбрехта (Рисунок 1.6.1, 1.6.2). Этот прибор был разработан в 1875 году Эрнестом Фридрихом Вильгельмом Клинкерфусом, а уже в 1877 году был усовершенствован и изготовлен Вильгельмом Ламбрехтом. Основной частью этого прибора является металлическая цилиндрическая камера с никелированной передней стенкой, окруженной таким же кольцом, ось которого занимает горизонтальное положение. Одно основание цилиндра сделано снаружи блестящим. В цилиндрической камере имеются отверстия, в одно из них вставляется термометр и через него, с помощью пипетки наливается эфир в таком количестве, чтобы жидкость покрывала шарик термометра; другое отверстие служит для выхода воздуха, в третье впаяна металлическая трубочка, доходящая почти до самого дна. При помощи резиновой груши в эту трубочку медленно вдувается воздух, который проходит через слой эфира. При быстром испарении эфира происходит охлаждение стенки камеры и при некоторой температуре, ниже комнатной, водяной пар, находящейся в прилегающем к стене слое воздуха, станет насыщенным и начнет конденсироваться на поверхности камеры.
Температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.
В момент появления первых признаков росы (потускнение поверхности) прекращают продувание воздуха и быстро отсчитывают температуру t1 по термометру - точка появления росы. Через некоторое время потускнене начинает исчезать с поверхности 3 и в момент его исчезновения отсчитывают температуру t2 исчезновения росы. Обычно температура t1 немного ниже t2. За температуру точки росы берется среднее из этих двух отсчетов:
tср=(t1 + t2)/2
Точку росы определяют не менее 5 раз и рассчитывают ее среднее значение. Абсолютная влажность f определяется из таблицы зависимости давления и плотности насыщенного водяного пара от температуры точки росы (tср). Максимальная влажность определяется по той же таблице, но при комнатной температуре. Зная абсолютную и максимальную влажность, находим по формуле относительную влажность.
Конденсационный гигрометр – точный прибор, который славится высокой точностью измерений. Его использование позволяет получать точные данные о микроклимате в помещении.
 |  |
| Рисунок 1.6.1. Гигрометр Ламбрехта (конденсаторный) | Рисунок 1.6.2. Конденсаторный гигрометр (1- Металлическая коробка, 2 – Передняя станка, 3 – Кольцо, 4 – Теплоизолирующая прокладка, 5 – резиновая груша, 6 – термометр) |
Современные версии устройства оснащены дисплеем, на который выводятся полученные показания. Ввиду особого принципа действия прибора результат довольно точен, а погрешность – минимальна.
Чтобы пользование устройством было удобным и быстрым, его нужно правильно выбрать. Для каждого помещения существуют определенные нормы влажности воздуха. Исходя из этих данных, можно подобрать ту модель, которая сможет измерять влажность в этом диапазоне. Для спальни, детской и гостиной достаточен будет диапазон в 20-80%. Различные подсобные помещения (чердак, чулан), а также кухня требуют установки устройства, которое сможет измерить показания в пределах 10-90%. Если планируется установка его в бане, сауне или ванной комнате (во всех помещениях с повышенной влажностью), то нужно выбирать устройство с диапазоном измерения в 0-100%. Также при установке гигрометра в сауну или баню нужно обратить внимание на его максимальную рабочую температуру. Оптимальным показателем будет возможный нагрев до 120 градусов Цельсия.
При выборе представленного агрегата также нужно обратить внимание на его размер. Ввиду особого принципа действия габариты прибора заметно отличаются от габаритов аналогичных устройств. Если планируется установка агрегата в жилом помещении, лучше выбрать устройство, имеющее наименьшие размеры. Если это невозможно, необходимо выбрать правильное место размещения прибора, оградив его от механических воздействий.
Рисунок 1.6.3. Гигрометр конденсаторный
Еще один немаловажный фактор выбора – наличие дополнительных функций. Некоторые устройства помимо измерения относительной влажности воздуха способны замерить его температуру. Также они могут выдавать наименьшие и наибольшие значения, полученные ими за все время измерений. Если эти функции не нужны, есть смысл выбрать более дешевый вариант, не переплачивая за дополнительные опции.
Самым главным преимуществом конденсационного гигрометра является высокая точность измерений. Если электронная версия устройства допускает отклонение от настоящих показателей влажности в 5-10%, то конденсационный метод измерения дает наиболее точные результаты. К преимуществам представленного устройства также можно отнести высокую долговременную стабильность, долговечность и широкий диапазон измерений (0-100%).
К недостаткам можно отнести:
высокую сложность настройки;
сравнительную сложность измерения;
достаточно большие габариты;
влияние состава воздуха на точность измерений;
длительный срок измерения на нижней границе диапазона;
высокую сложность определения влажности на границе в 0 градусов Цельсия.
На рынке измерительных приборов можно выделить несколько наиболее популярных конденсационных гигрометров. Одним из них является прибор серии DP от швейцарского производителя «MBW Electronik». Основное его преимущество – возможность использования для измерения влажности разнообразных инертных газов.
Также выделяется устройство серии S4000 от компании-производителя «MICHELL Instruments», которое может применяться для измерения влажности в различных трубопроводах, технологических системах и баллонах. Довольно распространено его использование в газовой и нефтяной промышленностях.
Из отечественных производителей наиболее популярна компания «Вымпел», выпускающая агрегат серии «Конг-Прима», также использующийся в разнообразных отраслях промышленности.
Существует подобный патент такого вида устройства.
| Классы МПК: | G01N25/66 путем определения точки росы |
| Автор(ы): | Матвеев Валерий Александрович (RU), Орлов Олег Федорович (RU), Берг Владимир Иванович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (RU) |
| Приоритеты: | подача заявки: 2009-08-31 публикация патента: 10.01.2011 |
Низкотемпературный гигрометр
Таблица 1.1 Патент G01N25/66, РФ 2408874
| Изобретение относится к области приборостроения, и может быть использовано для определения величины точки росы. Сущность: низкотемпературный гигрометр, содержит генератор света для формирования светового потока и два зеркала. Причем одно зеркало оборудовано системой охлаждения с термометром для охлаждения его поверхности в процессе определения значения точки росы. Температура другого зеркала поддерживается стабильной и равной температуре слоев, окружающих его, атмосферы. В качестве генератора света применяют полупроводниковый лазер или лазерный диод, или светодиод, или люминесцентный диод, формирующий световой поток. На пути генератора света расположена плосковыпуклая линза. Световой поток после линзы взаимодействует с делителем с возможностью расщепления на два луча равной интенсивности. Лучи направляют через плосковыпуклые и стержневые линзы на соответствующие зеркала. На пути отраженных от поверхности зеркал световых потоков установлены последовательно плосковыпуклые линзы и фотодетекторы. Фотодетекторы вырабатывают сигналы, пропорциональные интенсивности световых потоков. Указанные фотодетекторы своими выходами связаны с соответствующими двумя входами блока обработки информации. Третий вход блока обработки информации подсоединен к выходу полупроводникового термометра. Выходы упомянутого блока подключены к информационному табло и к системе охлаждения. При этом световой поток на своем пути от генератора света до фотодетекторов заключен в световоды. Технический результат: расширение диапазона рабочих температур, повышение точности измерений. 6 з.п. ф-лы, 1 ил. |
Рисунок 1.6.4. Низкотемпературный гигрометр
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к конструкции цифрового волоконно-оптического низкотемпературного гигрометра (ЦВНТГ), предназначенного для определения величины так называемой точки росы (ТР), т.е. температуры, при которой абсолютная влажность водяного пара в окружающей прибор атмосфере достигает уровня насыщения.
Из уровня техники известен гигрометр конденсационного типа, который по принципу действия подобен заявляемому анализатору влажности атмосферы (кн. Е.А.Штрауф, Молекулярная физика, Гос.издат.техн.-теор. лит.1949, стр.371). Основным элементом известного гигрометра является латунный барабан с никелированной торцевой поверхностью. Барабан заполняется эфиром и в процессе определения ТР атмосферы охлаждается благодаря продуванию сквозь него воздуха. Для регистрации момента достижения барабаном температуры, совпадающей со значением ТР, в специальное гнездо в нем вставляется термометр. При охлаждении зеркального (никелированного) торца барабана до ТР на нем начнет конденсироваться пар из прилегающего к нему слоя атмосферы. В результате чего зеркальный торец барабана становится матовым. Температура барабана в этот момент как раз совпадает с ТР окружающей гигрометр атмосферы.
Для облегчения регистрации момента затуманивания зеркальной поверхности торца барабана он окружен никелированным кольцом, сохраняющим температуру окружающего прибор слоя атмосферы и потому остающимся зеркальным.
Известен также гигрометр конденсационного типа, который принят за прототип заявляемого анализатора влажности атмосферы, который состоит из полированной внутри металлической трубки, закрытой с одного торца матовым стеклом, а с другого - лупой окуляра. Трубка помещена в металлический сосуд, снабженный термометром и заполняемый эфиром, когда определение ТР ведется при температурах выше -40°С и жидким воздухом (кислородом), когда определение ТР ведется при температурах в диапазоне (-40 
-80)°С. Воздух в сосуде также принудительно циркулирует. Точность измерения ТР таким гигрометром составляет (0,1 0,2)°С, а при очень низких температурах - не более 1° (кн. С А.Г.Шереметьев, Волоконно-оптический гигрометр, М., Радио и связь, 1987 и кн. Г.Н.Горбунов (перевод с японского), Волоконно-оптические датчики, Л., Энергоатомиздат, 1991 г.)
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение диапазона рабочих температур и повышение точности определения значения точки росы и уменьшения габаритов.
Для достижения технического результата низкотемпературный гигрометр содержит генератор света для формирования светового потока, два зеркала, одно из которых оборудовано системой охлаждения с термометром для охлаждения поверхности зеркала в процессе определения значения точки росы, при этом температура другого зеркала поддерживается стабильной и равной температуре слоев, окружающих его, атмосферы, в качестве генератора света применен или полупроводниковый лазер, или лазерный диод, или светодиод, или люминесцентный диод, формирующий световой поток, на пути которого расположена плосковыпуклая линза, световой поток после которой взаимодействует с делителем с возможностью расщепления на два луча равной интенсивности, направляемых через плосковыпуклые и стержневые линзы на соответствующие зеркала, на пути отраженных от поверхности зеркал световых потоков установлены последовательно плосковыпуклые линзы и фотодетекторы, вырабатывающие сигналы, пропорциональные интенсивности световых потоков, указанные фотодетекторы своими выходами связаны с соответствующими двумя входами блока обработки информации, третий вход которого подсоединен к выходу полупроводникового термометра, а выходы упомянутого блока подключены к информационному табло и к системе охлаждения, при этом световой поток на своем пути от генератора света до фотодетекторов заключен в световоды.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы
- в качестве блока обработки информации был бы применен мультиметр, выполненный с кодерами, установленными на его входе с возможностью преобразования аналоговых сигналов в цифровые сигналы;
- система охлаждения была бы оборудована элементом Пельтье.
- термометр был бы выполнен полупроводниковым с аналоговым выходом, измеряющим температуру в °С охлаждаемого зеркала;
- делитель светового потока был бы выполнен в виде полупрозрачного зеркала.
- световоды выполнены двухслойными.
- мультиметр своим выходом связан с дисплеем с возможностью формирования в случае равенства преобразованных в цифровой вид выходных сигналов фотодетекторов, светового и цифрового сигналов, указывающих на то, что в данный момент времени температура термометра равна значению точки росы атмосферы.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно расширение диапазона рабочих температур и повышение точности определения значения точки росы и уменьшения габаритов.
Существенно, что при более низкой температуре чем ТР, на поверхности, соприкасающейся с паром, выделяются капли росы, которые при дальнейшем понижении температуры обращаются в лед. ЦВНТГ применяется, в частности, при проектировании и конструировании технических устройств, машин и механизмов, функционирующих при температурах (-40÷-100)°С, к таковым, например, относятся космические объекты, в конструкцию которых входят такие элементы, как управляющие клапаны. Очевидно, что из-за обледенения такого рода устройств, возможное при охлаждении их ниже ТР, управляющие элементы начнут давать сбои в их функционировании, поэтому знание ТР совершенно необходимо при проектировании указанных устройств.
Сущность изобретения более полно представлена на чертеже, где на чертеже изображен общий вид гигрометра.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно изобретению цифровой волоконно-оптический низкотемпературный гигрометр включает в себя генератор 1 света для формирования светового потока, два зеркала 2, 3, первое из которых - зеркало 2, оборудовано системой охлаждения 4 с термометром 5, выполненным предпочтительно полупроводниковым с аналоговым выходом, для осуществления охлаждения поверхности зеркала 2 в процессе определения значения точки росы, измеряющим температуру в °С охлаждаемого зеркала. Температура другого зеркала 3 поддерживается стабильной и равной температуре слоев окружающих его атмосферы. Предпочтительно оборудование системы охлаждения 4 элементом Пельтье.
В качестве генератора света 1 может быть применен или полупроводниковый лазер, или лазерный диод, или светодиод, или люминесцентный диод, формирующий световой поток, на пути которого расположена плосковыпуклая линза 6, световой поток после которой взаимодействует с делителем 7, предпочтительно выполнен в виде полупрозрачного зеркала с возможностью расщепления на два луча равной интенсивности, направляемых через плосковыпуклые и стержневые линзы 8 и 9 соответственно. На зеркала 2 и 3 соответственно на пути отраженных от поверхности этих зеркал световых потоков установлены последовательно плосковыпуклые линзы 10, 11 и фотодетекторы 12, 13, вырабатывающие сигналы, пропорциональные интенсивности световых потоков, указанные фотодетекторы 12 и 13 своими выходами 14 и 15 связаны с соответствующими двумя входами 16 и 17 блока 18 обработки информации. В качестве блока 18 обработки информации может быть применен мультиметр, выполненный с кодерами, установленными на его входе с возможностью преобразования аналоговых сигналов в цифровые сигналы.
Третий вход 19 блока 18 подсоединен к выходу 20 полупроводникового термометра 5, а выходы 21 и 22 упомянутого блока 18 подключены к информационному табло 23 и к системе охлаждения 4 соответственно.
Световой поток на своем пути от генератора света 1 до фотодетекторов 12 и 13 заключен в световоды 24, которые предпочтительно выполняются двухслойными.
В случае выполнения блока 18 в виде мультиметра, последний согласно описанной выше схеме, своим выходом связан с дисплеем - информационным табло 23, с возможностью формирования в случае равенства преобразованных в цифровой вид выходных сигналов фотодетекторов, светового и цифрового сигналов, указывающих на то, что в данный момент времени температура термометра равна значению точки росы атмосферы.
Следует отметить, что базовыми элементами структуры ЦВНТГ являются зеркала 2 и 3, на которые под некоторым углом падают лучи светового потока, выходящие из торцов световода 24. Сигнальный контур гигрометра запитывается от генератора света 1, от которого с помощью плосковыпуклой линзы 6 свет направляется на торец двухслойного световода 24, состоящего из световедущего сердечника малого диаметра и окружающей его оболочки. Распространяясь по сердечнику участка световода 24, свет попадает на поверхность делителя света 7, который представляет собой полупрозрачное зеркало, расщепляющее поток света на два луча приблизительно равной интенсивности (мощности). С помощью линз 8 и 9 свет внедряется в сердечники 25 участков световода 24. Следует отметить, что выходные торцы этих участков световода 24 представляют собой либо фолконы, либо стержневые линзы, которые фактически являются плосковыпуклыми линзами, фокусирующими свет на поверхностях зеркал 2 и 3. Отраженные от поверхностей зеркал 2 и 3 лучи света собираются плосковыпуклыми линзами 10, 11 и внедряются в сердечники световодов 24, а затем уже падают на входы фотодетекторов 12 и 13. Фотодетекторы 12,13 на своих выходах 14, 15 формируют аналоговые сигналы, пропорциональные интенсивностям лучей света, выходящим из торцов световодов 24 соответственно. В качестве фотодетекторов 12, 13 могут быть использованы обладающие высокой чувствительностью и стабильностью зеркала 2, 3, которые также высвечиваются на дисплее блока 23 в этот момент времени, и есть ТР слоев атмосферы, окружающих прибор.
Суть принципа действия прибора ЦВНТГ заключается в следующем. В исходный момент времени температуры зеркал 2, 3 и слоев атмосферы, окружающих прибор, равны между собой. Когда же прибор начнет работать, благодаря действию элемента Пельтье, температура зеркала 2 начнет плавно понижаться и достигнет значения ТР, на его поверхности появляются капли росы, которые частично поглощают, а частично рассеивают энергию светового потока, падающего на поверхность зеркала 2. В результате чего интенсивность света, попадающего на вход фотодетектора 12, оказывается меньше, чем интенсивность света, попадающего на вход фотодетектора 13. Вследствие этого на дисплее блока 23 возникает яркостная метка, выделяющая значение температуры, высвечиваемое на дисплее в тот же момент времени. Метка указывает на то, что температура зеркала 2, в данный момент времени, равна значению ТР окружающей прибор атмосферы.
Применение на практике заявляемого прибора ЦВНТГ позволяет достигнуть следующих целей:
- расширить диапазон вариаций температур атмосферы, в которой может функционировать прибор;
- повысить точность определения ТР;
- уменьшить габариты анализатора влажности;
- автоматизировать процесс определения ТР.
Определение точки росы с помощью ЦВНТГ может осуществляться без участия оператора, причем, в случае необходимости, получаемая информация относительно значения точки росы по той или иной линии связи может быть передана потребителю, находящемуся н