кожуха диаметром 24 мм) -50 г [Л. 7-13]. Источниками питания служат две батареи напряжением 8,2 в (со стабилизацией кремниевым стабилизатором) и 1,5 е, 2 а для питания термопары. Детектор росы имеет два фоторезистора и Фг (рабочий и опорный), включенные в два смежных плеча мостовой схемы, уравновешиваемой задающим потенциометром R. Выход моста подключен к трехкаскадному транзисторному усилителю; пер-

----0 8,В 0-

- +

Рис. 7-10. Принципиальная схема автоматического гигрометра точки росы.

вый раскад (на триодах Гь Тг) является дифференциальным, выходной Ti, питает термоэлектрический модуль М.

Перейдем теперь к рассмотрению характеристик гигрометра точки росы в целом. Для этого целесообразно описать гигрометр как динамическую автоматическую систему. Упрощенная структурная схема автоматического гигрометра с термоэлектрическим охлаждением [Л. 7-14], приведенная на рис. 7-11, базируется на экспериментальных динамических характеристиках отдельных элементов

Согласно [Л. 7-15] модуль в нагруженном состоянии можно описать параллельным согласованным соединением двух типовых линейных звеньев: неидеального диф-

Обозначения элементов и сигналов аналогичны принятым на функциональной схеме рис. 7-8.

ференцирующеГо и айериодмеского Первого Порядка с нелинейным оператором, зависящим от -значения напряжения на термоэлементе. Полученная автором экспериментальная переходная характеристика иагружен-ного модуля типа ТБМ-1 показывает, что при малых отклонениях входного воздействия допустима аппроксимация модуля апериодическим звеном первого порядка. Такая аппроксимация приемлема и для модуля вместе

Рис. 7-11. Структурная схема автоматического гигрометра точки росы. ? -приток тепла; 1? - тепловые потери.

С зеркальцем как элемент-а системы (звенья 5-6 и / на рис. 7-11), так как тонкое металлическое зеркальце лишь незначительно увеличивает постоянную времени самого модуля.

Значительно сложнее описание зеркала как объекта управления следящей системы /. Необходимо принять во внимание сложные физические процессы и внешние воздействия, определяющие динамику процесса образования слоя росы (льда), который в автоматических гигрометрах непрерывно чередуется с процессом частичного испарения. Важнейшими являются следующие факторы: а) фазовое состояние воды на поверхности зеркальца, неправильный учет которого влечет за собой погрешности измерения; б) переменная скорость охлаждения зеркальца, сильно уменьшающаяся с понижением т. Очень грубо эту скорость можно описать выражением daldt= =-k{T-Го), где а - толщина слоя конденсата; Т, То - текущее и равновесное значения температуры зеркальца; 16-1507 241

- кoэффицйeHt, завйсйЩий от Т и нёкоМрых Других величин (вентиляция зеркальца). Для льда и инея величина dajdT уменьшается в десятки и сотни раз по сравнению со значениями для росы; в) гистерезис характеристик слоя конденсата, в частности оптических, при образовании и испарении льда. Ширина гистерезисной петли зависит от значения т, толщины слоя льда, а также от скорости вентиляции зеркальца; г) влияние поверхностного натяжения криволинейной поверхности, т. е. радиуса кривизны и размера капелек (эффект Кельвина), а также концентрации растворенных веществ (эффект Рауля) на равновесное давление слоя конденсата; д) эффект старения рабочей поверхности зеркальца и ее загрязнений. Особенно опасны загрязнения, кон-. денсирующиеся при температурах, близких к измеряемым величинам т, а также в виде твердых частиц, создающих на охлаждаемой поверхности ядра конденсации.

В автоматических гигрометрах влияние некоторых из перечисленных факторов удается ослабить. Для устранения погрешностей от загрязнений применяется ряд мер, начиная с вертикального расположения охлаждаемой поверхности и фильтрации исследуемого газа и кончая периодической очисткой этой поверхности продувкой чистым осушенным воздухом или с помощью дополнительного нагревателя. Роль формы и размеров частиц слоя росы, а также переохлаждения или перегревания зеркальца уменьшается благодаря тому, что измерения выполняются при стабилизированных параметрах слоя конденсата. Однако влиянием этих и других факторов Полностью пренебречь нельзя. Математическая модель зеркальца, отражающая достаточно точно все влияющие факторы, была бы весьма сложной - нелинейной и с переменными коэффициентами.

Можно, однако, предложить упрощенную линейную модель. Характеристики объекта управления зависят не только от зеркальца и рассмотренных процессов, но и от принципа действия и параметров детектора росы; поэтому правильнее считать объектом совокупность зеркальца и детектора росы (звенья 2 и 3 на рис. 7-11) и описать его двумя моделями в зависимости от диапазона измеряемых температур точки росы т:

а) при тткр (Ti - критическое значение, равное -15-;-20°С) вследствие высокой скорости охлаждения, достигающей нескольких десятков градусов в минуту,