Главная страница  Измерения влажности 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [ 80 ] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

лед не успевает образоваться и однозначно измеряется температура точки росы. Можно также пренебречь явлением гистерезиса и описать объект линейным инерционным звеном с передаточной функцией:

2-ъР

Значение постоянной времени Т2-3, строго говоря, зависит от т (при т«)°С); практически можно считать r2..3=const (в малоинерционных гигрометрах Г-з не превышает нескольких секунд);

б) при г<Ткр скорость охлаждения и нагрева уменьшается и соответственно увеличивается время, необходимое для образования льда и его испарения. Эти процессы сопровождаются гистерезисом, которым уже нельзя пренебречь. Однако в системе, удовлетворяющей в целом гипотезе фильтра (благодаря относительно большой инерционности холодильника),. допустима гармоническая линеаризация звена 2-3, имеющего петлевую " (гистере-зисную) релейную характеристику. Более грубо его можно аппроксимировать линейным звеном с запаздыванием Тд, Т. е. передаточной функцией статического объекта второго порядка:

-г,р

Величина является функцией измеряемого значения т и может достичь десятков секунд. Температура точки льда определяется однозначно лишь при т;<-35-7--40°С - конденсат образуется сразу в твердой фазе. Для диапазона - 35*г-20°С существует некоторая неоднозначность при определении фазового состояния конденсата фотоэлектрическим детектором и целесооб- разно введение в регулирующее устройство звена задержки, обеспечивающего замерзание всего конденсата.

Если учесть, что управляемый выпрямитель {9 на рис. 7-11) аппроксимируется безынерционным звеном, то задача синтеза системы при принятых упрощающих допущениях сводится к оптимальному выбору закона регулирования и настроек регулятора 4.

Целесообразно использовать для этого моделирование на аналоговых ЭВМ, ввиду того что, как уже отмеча-лось, основные параметры системы {Т, Tz-з, Тз) являют-



ся функциями переменной t и могут рассматриваться как постоянные лишь для определенных диапазонов изменения т. Наиболее подходящим критерием качества регулкрования для расматриваемой системы является минимизация интегральной квадратичной оценки, при которой существенно уменьшается максимальное отклонение, но допускается некоторая колебательность про-цесса.

В {Я. 7-14] показано, что для диапазона т>-20°С оптимальным является регулятор пропорционального типа; для т-20 °С (объект со звеном чистого запаздывания) рекомендуется изодромный регулятор (типа ПИ).

Выбор оптимальной настройки регулятора несложен, ее пи диапазон изменений достаточно узок, чтобы считать параметры звеньев постоянными (например, для -35s <т<-20"С или -50<т<-ЗБХ). Задача усложняется при необходимости иметь гигрометр для широкого диапазона т, например -50т+20°С. Можно использовать регулятор типа ПИ с настройкой по средним значениям параметров, однако в некоторых участках диапазона т качество регулирования будет очень низким.

Радикальное решение заключается в применении регулятора с автоматической перенастройкой (изменением параметров) в функции измеряемой температуры т, что, однако, усложнит структуру регулятора и, следовательно, гигрометра в целом. Паллиативом является автоматическая коррекция системы, причем корректирующее воздействие может формироваться в функции текущих значений температуры точки росы или силы тока термоэлектрического модуля. Оба эти параметра характеризуют динамику образования росы (льда), т. е. величину dafdt.

Погрешность измерения можно вычислить, исходя из уравнения Клаузиуса-Клапейрона (6-1). Абсолютная погрешность измерения упругости водяного пара е, соответствующая погрешности измерения температуры точки росы (льда) Дт, будет:

Ае - е

где - температура точки росы. Погрешность измерения относительной влажности f составит:

-Ат =--



Таким образом, погрешность измерения относительной влажности определяется погрешностями измерения температуры точки росы (Лт) и температуры воздуха (АЕ); при этом предполагается правильное определение фазы конденсата. В свою очередь погрешность имеет две составляющие: первая формируется в результате влияния рассмотренных выше факторов; вторая - погрешность системы измерения температуры зеркальца - анализируется и минимизируется известными методами измерительной техники. Общая погрешность современных автоматических гигрометров точки росы не превышает ±0,5°С, а для очень низких точек льда и широкодиапазонных приборов ±0,8-4-1°С.

Инерционность гигрометра точки росы уменьшается с увеличением скорости вентиляции и повышением абсолютной влажности воздуха. Для улучшения вентиляции иногда предусматривают сопло, направляющее исследуемый газ узкой струей на поверхность зеркальца, и уменьшают до возможных пределов массу зеркальца. Особенно важно следить за тем, чтобы скорость потока воздуха над поверхностью зеркальца была достаточно высокой, если измерения проводятся при низких температурах.

Постоянная времени современных автоматических гигрометров точки росы, как правило, не превышает нескольких секунд. Дальнейшее увеличение быстродействия гигрометра, необходимое, например, для зондирования атмосферы, достигается применением наименее инерционных измерителей температуры и -предельным уменьшением массы зеркальца. Конструкция датчика должна обеспечивать минимальный теплообмен с окружающей средой, максимальную подачу и отвод тепла к зеркальцу и от него.

Известны многочисленные конструкции автоматических гигрометров точки росы. Применение в них термоэлектрического охлаждения было предложено в 1955 г. [Л. 7-16]. В последующие годы в СССР было разработано много гигрометров с полупроводниковыми термоэлектрическими холодильниками (Л. 0-1]; зарубежные приборы этого типа описаны в {Л. 0-2 и 0-9].

Было также разработано несколько других модификаций обычного метода точки росы; рассмотрим наиболе интересные. .

Вихревые гигрометры основаны на использовании вихревого эффекта {Л. 7-17], реализуемого вихре-




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [ 80 ] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132]

0.0293