RU2369863C2 - Device for measurement of air humidity - Google Patents
Device for measurement of air humidity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2369863C2 RU2369863C2 RU2007146538/28A RU2007146538A RU2369863C2 RU 2369863 C2 RU2369863 C2 RU 2369863C2 RU 2007146538/28 A RU2007146538/28 A RU 2007146538/28A RU 2007146538 A RU2007146538 A RU 2007146538A RU 2369863 C2 RU2369863 C2 RU 2369863C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistance
- temperature sensor
- sensor
- alternating voltage
- contact
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологическому контролю ядерно-энергетических установок (ЯЭУ), в частности, контролю влажности воздуха в боксах для размещения трубопроводов главного циркуляционного контура, а также влажности воздуха в тепловой изоляции трубопроводов и в объеме гермозоны реакторных установок, использующих водяной теплоноситель.The invention relates to the technological control of nuclear power plants (NPPs), in particular, to control air humidity in the boxes for placement of pipelines of the main circulation circuit, as well as air humidity in the thermal insulation of pipelines and in the hermetic zone of reactor plants using a water coolant.
Известно устройство [1], состоящее из блока питания, генератора электромагнитного излучения, усилительно-регистрирующего блока и датчика влажности, выполненного в виде емкостного трансформатора. Первичная пластина емкостного трансформатора является передающей антенной, соединенной с генератором для облучения исследуемого образца, а вторичная пластина является приемной антенной, подключенной к усилительно-регистрирующему блоку. Между первичной и вторичной пластинами размещена нулевая пластина. Пластины датчика размещены в одной плоскости параллельно поверхности анализируемого материала.A device [1] is known, consisting of a power supply unit, an electromagnetic radiation generator, an amplifying-recording unit and a humidity sensor made in the form of a capacitive transformer. The primary plate of a capacitive transformer is a transmitting antenna connected to a generator for irradiating the test sample, and the secondary plate is a receiving antenna connected to an amplifier-recording unit. Between the primary and secondary plates there is a zero plate. The sensor plates are placed in one plane parallel to the surface of the analyzed material.
Работа устройства основана на принципе регистрации наведенного потенциала двойного электрического слоя частиц, содержащих сорбированную влагу, при воздействии на них электромагнитным излучением ультразвуковой частоты. Величина наведенного потенциала имеет экспериментальную зависимость от содержания влаги.The operation of the device is based on the principle of recording the induced potential of a double electric layer of particles containing absorbed moisture when exposed to electromagnetic radiation of ultrasonic frequency. The magnitude of the induced potential has an experimental dependence on the moisture content.
Недостатком известного устройства является отсутствие технического средства для контроля температуры исследуемого материала, что снижает точность измерений влажности материала и увеличивает погрешность ее определения. Кроме того, техническая реализация устройства препятствует внедрению его на ядерно-энергетических установках, так как в условиях высоких температур и воздействия радиационного излучения электронное оборудование, размещаемое в непосредственной близости от датчика влажности, становится неработоспособным.A disadvantage of the known device is the lack of technical means to control the temperature of the investigated material, which reduces the accuracy of measuring the moisture content of the material and increases the error of its determination. In addition, the technical implementation of the device impedes its implementation in nuclear power plants, since under high temperatures and exposure to radiation, electronic equipment located in the immediate vicinity of the humidity sensor becomes inoperative.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для измерения влажности воздуха по патенту РФ [6]. Устройство обеспечивает измерение относительной влажности воздуха путем регистрации изменений электрической емкости сенсора влажности за счет диффузии молекул воды в специальный сорбирующий пленочный конденсатор [2] с учетом температуры воздуха в точке контроля. Реализация контроля температуры воздуха выполняется с помощью резистивного сенсора температуры, размещаемого в непосредственной близости от емкостного сенсора влажности [3, 4, 5]. Резистивный сенсор температуры подключается к электронному преобразователю, работающему на постоянном токе, с помощью трех- или четырехпроводной линии. Согласование емкостного сенсора влажности с сигнальной линией реализуется с помощью согласующего трансформатора, обеспечивая возможность разнести емкостной сенсор влажности, резистивный сенсор температуры с электронными преобразователями на расстояние до 100÷150 м.The closest in technical essence to the claimed device is a device for measuring air humidity according to the patent of the Russian Federation [6]. The device provides a measurement of the relative humidity of the air by recording changes in the electric capacitance of the humidity sensor due to the diffusion of water molecules into a special sorbing film condenser [2] taking into account the air temperature at the control point. The implementation of air temperature control is performed using a resistive temperature sensor located in the immediate vicinity of a capacitive humidity sensor [3, 4, 5]. The resistive temperature sensor is connected to the direct current electronic converter using a three- or four-wire line. The matching of the capacitive humidity sensor with the signal line is implemented using a matching transformer, providing the ability to separate the capacitive humidity sensor, the resistive temperature sensor with electronic converters to a distance of 100 ÷ 150 m.
К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточную чувствительность, так как величина относительной влажности воздуха зависит от параметров согласующего трансформатора, которые в условиях высоких температур и воздействия радиационного излучения могут изменяться в широких пределах, что в свою очередь, увеличивает погрешность измерения относительной влажности воздуха, а также высокую трудоемкость и стоимость устройства за счет использования неоднотипных электронных преобразователей и большого количества проводов сигнальных линий.The disadvantages of the known device include insufficient sensitivity, since the relative humidity of the air depends on the parameters of the matching transformer, which under high temperatures and exposure to radiation can vary within wide limits, which in turn increases the error in measuring the relative humidity of the air, and high complexity and cost of the device due to the use of heterogeneous electronic converters and a large number of wires with gnalnyh lines.
Для исключения указанных недостатков, в устройство для измерения влажности воздуха, содержащее емкостной сенсор влажности, резистивный сенсор температуры, генератор переменного напряжения, усилитель переменного напряжения, электронный преобразователь сопротивления резистивного сенсора температуры в напряжение (ток), ко входу которого с помощью сигнальной линии подключен резистивный сенсор температуры, измеритель уровня переменного напряжения, функциональный блок, выход которого подсоединен к регистратору, причем выход генератора переменного напряжения соединен линией с одним из контактов емкостного сенсора влажности, ко второму контакту которого подключена первичная обмотка согласующего трансформатора, второй конец которой соединяется линией с генератором переменного напряжения, а ко вторичной обмотке согласующего трансформатора подключена сигнальная линия, второй конец которой подсоединен к усилителю переменного напряжения, выход усилителя переменного напряжения соединен со входом измерителя уровня переменного напряжения, выход которого соединен с одним из входов функционального блока, второй вход функционального блока подключен к выходу электронного преобразователя сопротивления резистивного сенсора температуры в напряжение (ток), реле, переключающие контакты реле, эталонный конденсатор, эталонное сопротивление, предлагается:To eliminate these drawbacks, a device for measuring air humidity containing a capacitive humidity sensor, a resistive temperature sensor, an alternating voltage generator, an alternating voltage amplifier, an electronic resistance transducer of a resistive temperature sensor into a voltage (current), to the input of which a resistive signal is connected temperature sensor, AC voltage level meter, function block, the output of which is connected to the recorder, and the generator output AC voltage is connected by a line to one of the contacts of the capacitive humidity sensor, to the second contact of which the primary winding of the matching transformer is connected, the second end of which is connected by a line to the alternating voltage generator, and a signal line is connected to the secondary winding of the matching transformer, the second end of which is connected to the alternating voltage amplifier , the output of the AC voltage amplifier is connected to the input of the AC voltage level meter, the output of which is connected to one m of the inputs of the functional unit, the second input of the function block is connected to the output of the electronic converter temperature resistance of the resistive sensor to the voltage (current), relays, switching relay, the reference capacitor, the reference resistance, it is proposed:
- реле, которое с помощью линии управления реле подсоединить к источнику питания реле;- a relay, which is connected to the relay power source using the relay control line;
- первый нормальнозамкнутый контакт реле подсоединить ко второму контакту емкостного сенсора влажности;- connect the first normally closed contact of the relay to the second contact of the capacitive humidity sensor;
- первый нормальноразомкнутый контакт реле подсоединить ко второму контакту эталонного стабильного конденсатора;- connect the first normally open relay contact to the second contact of the reference stable capacitor;
- второй нормальнозамкнутый контакт реле подсоединить ко второму контакту резистивного сенсора температуры;- connect the second normally closed contact of the relay to the second contact of the resistive temperature sensor;
- второй нормальноразомкнутый контакт реле подсоединить ко второму контакту эталонного высокоточного резистора;- connect the second normally open relay contact to the second contact of the reference high-precision resistor;
- ко второму контакту емкостного сенсора влажности через первый нормальнозамкнутый контакт реле подключить первый контакт низкоомного прецизионного резистора;- connect the first contact of the low-impedance precision resistor to the second contact of the capacitive humidity sensor through the first normally closed relay contact;
- второй контакт низкоомного прецизионного резистора соединить линией подачи переменного напряжения с генератором переменного напряжения;- connect the second contact of the low-resistance precision resistor with an alternating voltage supply line to an alternating voltage generator;
- к контактам соединения низкоомного прецизионного резистора и емкостного сенсора влажности подключить сигнальную линию;- connect a signal line to the connection contacts of a low-resistance precision resistor and a capacitive humidity sensor;
- второй конец сигнальной линии подсоединить ко входным клеммам усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности;- connect the second end of the signal line to the input terminals of the AC amplifier of a capacitive humidity sensor;
- величину сопротивления низкоомного прецизионного резистора обеспечить не менее чем в 100÷200 раз меньше модуля комплексного сопротивления емкостного сенсора влажности и равной волновому сопротивлению сигнальной линии подключения к усилителю переменного напряжения емкостного сенсора влажности;- to provide the resistance value of the low-resistance precision resistor not less than 100 ÷ 200 times less than the complex resistance module of the capacitive humidity sensor and equal to the wave resistance of the signal line connecting to the alternating voltage amplifier of the capacitive humidity sensor;
- выход генератора переменного напряжения соединить линией подачи переменного напряжения с первым контактом емкостного сенсора влажности, с первым контактом эталонного стабильного конденсатора и с первым контактом высокоомного прецизионного резистора;- connect the output of the alternating voltage generator with an alternating voltage supply line to the first contact of the capacitive humidity sensor, to the first contact of the reference stable capacitor and to the first contact of the high-resistance precision resistor;
- второй контакт высокоомного прецизионного резистора соединить с первым контактом резистивного сенсора температуры и первым контактом эталонного высокоточного резистора;- connect the second contact of the high-resistance precision resistor to the first contact of the resistive temperature sensor and the first contact of the reference high-precision resistor;
- второй контакт резистивного сенсора температуры через второй нормальнозамкнутый контакт реле соединить линией подачи переменного напряжения с генератором переменного напряжения;- connect the second contact of the resistive temperature sensor through the second normally closed relay contact with the alternating voltage supply line to the alternating voltage generator;
- к контактам соединения высокоомного прецизионного резистора, резистивного сенсора температуры и эталонного высокоточного резистора подключить сигнальную линию;- connect a signal line to the connection pins of a high-resistance precision resistor, a resistive temperature sensor, and a reference high-precision resistor;
- второй конец сигнальной линии подсоединить к входным клеммам усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры;- connect the second end of the signal line to the input terminals of the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor;
- величину сопротивления резистивного сенсора температуры обеспечить не менее чем в 100-200 раз меньшей сопротивления высокоомного прецизионного резистора и равной волновому сопротивлению сигнальной линии подключения к усилителю переменного напряжения резистивного сенсора температуры;- the resistance value of the resistive temperature sensor should be provided no less than 100-200 times lower than the resistance of the high-resistance precision resistor and equal to the wave resistance of the signal line connecting to the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor;
- выход усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры соединить со входом измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры;- the output of the amplifier of the alternating voltage of the resistive temperature sensor is connected to the input of the level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the resistive temperature sensor;
- второй вход функционального блока подсоединить к выходу измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры.- connect the second input of the function block to the output of the level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the resistive temperature sensor.
В частном случае исполнения устройства предлагается в каналах измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры применять однотипные унифицированные усилители переменного напряжения и измерители уровня выходного сигнала усилителей переменного напряжения.In the particular case of the device, it is proposed to use the same type of unified AC voltage amplifiers and output signal level meters for AC amplifiers in the measurement channels of a capacitive humidity sensor and a resistive temperature sensor.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства, где приняты следующие обозначения: 1 - генератор переменного напряжения; 2 - емкостной сенсор влажности (СС); 3 - измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности; 4 - измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры; 5 - источник питания реле; 6 - первый нормальнозамкнутый контакт реле; 7 - первый нормальноразомкнутый контакт реле; 8 - линия подачи переменного напряжения; 9 - линия управления реле; 10 - регистратор; 11 - высокоомный прецизионный резистор (Rq2); 12 - низкоомный прецизионный резистор (Rq1); 13 - реле; 14 - резистивный сенсор температуры (RT); 15 - сигнальная линия; 16 - сигнальная линия; 17 - усилитель переменного напряжения емкостного сенсора влажности; 18 - усилитель переменного напряжения резистивного сенсора температуры; 19 - функциональный блок; 20 - эталонный стабильный конденсатор (СЭ); 21 - эталонный высокоточный резистор (RТЭ); 22 - второй нормальнозамкнутый контакт реле; 23 - второй нормальноразомкнутый контакт реле.The drawing shows a structural diagram of the proposed device, where the following notation: 1 - alternating voltage generator; 2 - capacitive humidity sensor (C C ); 3 - a meter for the output signal of an amplifier of an alternating voltage of a capacitive humidity sensor; 4 - a meter for the output signal of an amplifier of an alternating voltage of a resistive temperature sensor; 5 - relay power supply; 6 - the first normally closed contact of the relay; 7 - the first normally open relay contact; 8 - line supply AC voltage; 9 - relay control line; 10 - registrar; 11 - high resistance precision resistor (Rq 2 ); 12 - low resistance precision resistor (Rq 1 ); 13 - relay; 14 - resistive temperature sensor (R T ); 15 - signal line; 16 - signal line; 17 - AC amplifier capacitive humidity sensor; 18 - AC amplifier resistive temperature sensor; 19 is a functional block; 20 - reference stable capacitor (C E ); 21 - reference high-precision resistor (R TE ); 22 - the second normally closed contact of the relay; 23 - the second normally open relay contact.
Устройство для измерения влажности воздуха содержит емкостной сенсор влажности (СС) 2, резистивный сенсор температуры (RT) 14, эталонный стабильный конденсатор (СЭ) 20, высокоомный прецизионный резистор (Rq2) 11, реле 13, первый нормальнозамкнутый контакт реле 6, первый нормальноразомкнутый контакт реле 7, второй нормальнозамкнутый контакт реле 22, второй нормальноразомкнутый контакт реле 23, низкоомный прецизионный резистор (Rq1) 12, эталонный высокоточный резистор (RТЭ) 21, генератор переменного напряжения 1, линию подачи переменного напряжения 8.A device for measuring air humidity contains a capacitive humidity sensor (C C ) 2, a resistive temperature sensor (R T ) 14, a reference stable capacitor (C E ) 20, a high-resistance precision resistor (Rq 2 ) 11, relay 13, the first normally closed contact of relay 6 , the first normally open contact of the relay 7, the second normally closed contact of the relay 22, the second normally open contact of the relay 23, the low-impedance precision resistor (Rq 1 ) 12, the reference high-precision resistor (R TE ) 21, the alternating voltage generator 1, the alternating voltage supply line 8 .
Выход генератора переменного напряжения 1 соединен линией подачи переменного напряжения 8 с первым контактом емкостного сенсора влажности 2, с первым контактом эталонного стабильного конденсатора 20 и с первым контактом высокоомного прецизионного резистора 11. Ко второму контакту емкостного сенсора влажности 2 через первый нормальнозамкнутый контакт реле 6 подключен низкоомный прецизионный резистор 12. Второй контакт низкоомного прецизионного резистора 12 соединен линией подачи переменного напряжения 8 с генератором переменного напряжения 1. Первый нормальноразомкнутый контакт реле 7 подсоединен ко второму контакту эталонного стабильного конденсатора 20. Второй контакт высокоомного прецизионного резистора 11 соединен с первым контактом резистивного сенсора температуры 14 и первым контактом эталонного высокоточного резистора 21. Второй контакт резистивного сенсора температуры 14 через второй нормальнозамкнутый контакт реле 22 соединен линией подачи переменного напряжения 8 с генератором переменного напряжения 1. Второй нормальноразомкнутый контакт реле 23 подсоединен ко второму контакту эталонного высокоточного резистора 21.The output of the alternating voltage generator 1 is connected by an alternating voltage supply line 8 to the first contact of the capacitive humidity sensor 2, to the first contact of the reference stable capacitor 20 and to the first contact of the high-resistance precision resistor 11. To the second contact of the capacitive humidity sensor 2, a low-resistance relay is connected to the second contact of the capacitive humidity sensor 2 precision resistor 12. The second contact of the low-impedance precision resistor 12 is connected by an alternating voltage supply line 8 to an alternating voltage generator 1. The first normally open contact of relay 7 is connected to the second contact of the reference stable capacitor 20. The second contact of the high-resistance precision resistor 11 is connected to the first contact of the resistive temperature sensor 14 and the first contact of the reference high-precision resistor 21. The second contact of the temperature sensor 14 through the second normally closed contact of the relay 22 is connected by an alternating voltage supply line 8 to an alternating voltage generator 1. The second normally open contact of the relay 23 is connected to the second contact of the reference high-precision resistor 21.
Емкостной сенсор влажности (СС) 2 используется для измерения относительной влажности воздуха (φ). Изменение электрической емкости емкостного сенсора влажности составляет ~30% от исходной величины при изменении относительной влажности от 0 до 100%.A capacitive humidity sensor (C C ) 2 is used to measure relative humidity (φ). The change in the electric capacity of the capacitive humidity sensor is ~ 30% of the initial value when the relative humidity changes from 0 to 100%.
Резистивный сенсор температуры 14 используется для измерения температуры воздуха (Т). В качестве резистивного сенсора температуры 14 используется термопреобразователь сопротивления. Изменение величины сопротивления резистивного сенсора температуры составляет ~40% от исходной величины при изменении температуры от 0 до 100°С.Resistive temperature sensor 14 is used to measure air temperature (T). As a resistive temperature sensor 14, a resistance thermoconverter is used. The change in the resistance value of the resistive temperature sensor is ~ 40% of the initial value when the temperature changes from 0 to 100 ° C.
Генератор переменного напряжения 1 предназначен для питания емкостного сенсора влажности 2 и резистивного сенсора температуры 14. Генератор переменного напряжения 1 вырабатывает гармоническое переменное напряжение с частотой f и амплитудой Uг. Частота f выбирается из условия 1/2πfСС<<Ra, где СС - емкость емкостного сенсора влажности 2 (пФ); Ra - активное сопротивление (сопротивление изоляции) емкостного сенсора влажности 2 (Ом). Частота f выбирается в диапазоне от 16 до 50 кГц.The alternating voltage generator 1 is designed to power a capacitive humidity sensor 2 and a resistive temperature sensor 14. The alternating voltage generator 1 generates a harmonic alternating voltage with a frequency f and amplitude Uг. The frequency f is selected from the condition 1 / 2πfС С << Ra, where С С is the capacitance of the capacitive humidity sensor 2 (pF); Ra is the active resistance (insulation resistance) of the capacitive humidity sensor 2 (Ohms). The frequency f is selected in the range from 16 to 50 kHz.
Эталонный высокоточный резистор (RТЭ) 21 используется в режиме проверки работоспособности канала измерения резистивного сенсора температуры 14. Величина эталонного высокоточного резистора (RТЭ) 21 выбирается равной величине сопротивления резистивного сенсора температуры 14 при любой заданной температуре (Тзад, °С).The reference high-precision resistor (R TE ) 21 is used in the test mode of the measurement channel of the resistive temperature sensor 14. The value of the reference high-precision resistor (R TE ) 21 is chosen equal to the resistance value of the temperature sensor 14 at any given temperature (T ass , ° C).
Эталонный стабильный конденсатор (СЭ) 20 используется в режиме проверки работоспособности канала измерения емкостного сенсора влажности 2. Величина эталонного стабильного конденсатора (СЭ) 20 выбирается исходя из заданного значения (Тзад, °С) и заданного значения относительной влажности (φзад, %), рассчитываемой по формуле (1).The reference stable capacitor (C E ) 20 is used in the mode of checking the operability of the measurement channel of the capacitive humidity sensor 2. The value of the reference stable capacitor (C E ) 20 is selected based on the set value (T back , ° С) and the set value of relative humidity (φ back , %) calculated by the formula (1).
Низкоомный прецизионный резистор (Rq1) 12 предназначен для формирования переменного напряжения в канале измерения емкостного сенсора влажности 2, пропорционального величине емкости емкостного сенсора влажности 2. Сопротивление низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12 выбирается из условия Rq1<|XC|, где |ХС|=1/2πfCC - модуль комплексного сопротивления емкостного сенсора влажности 2. Переменное напряжение Uг на выходе генератора переменного напряжения 1 создает в электрической цепи, составленной из емкостного сенсора влажности 2 и низкоомного прецизионного резистора 12, ток IC, равный IС=Uг/(ХС+Rq1). С учетом требуемой точности измерений (0,5÷1,0%) величина сопротивления низкоомного прецизионного резистора 12 должна быть не менее чем в 100÷200 раз меньше модуля комплексного сопротивления емкостного сенсора влажности 2, и ток IC определяется выражением IС=Uг/ХС. Выходное переменное напряжение канала измерения емкостного сенсора влажности, равное падению напряжения на сопротивлении низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12, определяется выражением UС=IC·Rq1=Uг·Rq1·j2πfCC и линейно связано с измеряемым параметром - емкостью емкостного сенсора влажности 2.The low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12 is designed to generate an alternating voltage in the measurement channel of the capacitive humidity sensor 2, which is proportional to the capacitance of the capacitive humidity sensor 2. The resistance of the low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12 is selected from the condition Rq 1 <| X C |, where | X C | = 1 / 2πfC C is the integrated resistance module of the capacitive humidity sensor 2. The alternating voltage Ug at the output of the alternating voltage generator 1 creates an electric circuit composed of a capacitive humidity sensor 2 and is low resistance th precision resistor 12, the current I C equal to I C = Ug / (X C + Rq 1 ). Given the required measurement accuracy (0.5 ÷ 1.0%), the resistance value of the low-impedance precision resistor 12 should be at least 100 ÷ 200 times less than the complex resistance module of the capacitive humidity sensor 2, and the current I C is determined by the expression I C = Ug / X C. The output alternating voltage of the measurement channel of the capacitive humidity sensor, equal to the voltage drop across the resistance of the low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12, is determined by the expression U С = I C · Rq 1 = Uг · Rq 1 · j2πfC C and is linearly related to the measured parameter - the capacitance of the capacitive humidity sensor 2.
Высокоомный прецизионный резистор (Rq2) 11 предназначен для формирования переменного напряжения в канале измерения резистивного сенсора температуры, пропорционального величине сопротивления резистивного сенсора температуры 14. Сопротивление высокоомного прецизионного резистора (Rq2) 11 выбирается из условия Rq2>RТ, где RТ - величина сопротивления резистивного сенсора температуры 14. Переменное напряжение Uг на выходе генератора переменного напряжения 1 создает в электрической цепи, составленной из высокоомного прецизионного резистора 11 и резистивного сенсора температуры 14, ток IT, равный IT=Uг/(Rq2+RT). С учетом требуемой точности измерений (0,5÷1,0%) величина сопротивления высокоомного прецизионного резистора 11 должна быть не менее чем в 100÷200 раз больше сопротивления резистивного сенсора температуры 14, и ток IT определяется выражением IT=Uг/Rq2. Выходное переменное напряжение канала измерения резистивного сенсора температуры 14, равное падению напряжения на сопротивлении резистивного сенсора температуры (RT) 14, определяется выражением UT=IT·RT=Uг·RT/Rq2 и линейно связано с измеряемым параметром - сопротивлением резистивного сенсора температуры 14.The high-resistance precision resistor (Rq 2 ) 11 is designed to generate an alternating voltage in the measurement channel of the resistive temperature sensor, proportional to the resistance of the temperature sensor 14. The resistance of the high-resistance precision resistor (Rq 2 ) 11 is selected from the condition Rq 2 > R T , where R T - the resistance value of the resistive temperature sensor 14. The alternating voltage Ug at the output of the alternating voltage generator 1 creates an electric circuit composed of a high-resistance precision resistor 11 and a resistive temperature sensor 14, a current I T equal to I T = Ug / (Rq 2 + R T ). Taking into account the required measurement accuracy (0.5 ÷ 1.0%), the resistance value of the high-resistance precision resistor 11 should be no less than 100 ÷ 200 times greater than the resistance of the temperature resistance sensor 14, and the current I T is determined by the expression I T = Uг / Rq 2 . The output alternating voltage of the measuring channel of the resistive temperature sensor 14, equal to the voltage drop across the resistance of the resistive temperature sensor (R T ) 14, is determined by the expression U T = I T · R T = Ug · R T / Rq 2 and is linearly related to the measured parameter - resistance RTD 14.
Реле 13 обеспечивает подключение эталонного стабильного конденсатора (СЭ) 20 и эталонного высокоточного резистора (RТЭ) 21 в цепи измерения емкости емкостного сенсора влажности 2 и сопротивления резистивного сенсора температуры 14, соответственно, в режиме проверки работоспособности.Relay 13 provides the connection of a reference stable capacitor (C E ) 20 and a reference high-precision resistor (R TE ) 21 in the circuit for measuring the capacitance of a capacitive humidity sensor 2 and the resistance of a resistive temperature sensor 14, respectively, in the mode of operability testing.
Первый нормальнозамкнутый контакт реле 6 обеспечивает соединение второго контакта емкостного сенсора влажности 2 и низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12 канала измерения емкостного сенсора влажности 2.The first normally closed contact of relay 6 provides the connection of the second contact of the capacitive humidity sensor 2 and low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12 of the measurement channel of the capacitive humidity sensor 2.
Второй нормальнозамкнутый контакт реле 22 обеспечивает соединение второго контакта резистивного сенсора температуры (RT) 14 по линии подачи переменного напряжения 8 с генератором переменного напряжения 1 канала измерения резистивного сенсора температуры (RТ) 14.The second normally closed contact of the relay 22 provides the connection of the second contact of the resistive temperature sensor (R T ) 14 via the alternating voltage supply line 8 with the alternating voltage generator 1 of the measurement channel of the resistive temperature sensor (R T ) 14.
Первый нормальноразомкнутый контакт реле 7 обеспечивает соединение второго контакта эталонного стабильного конденсатора (СЭ) 20 с низкоомным прецизионным резистором (Rq1) 12 в режиме проверки работоспособности канала измерения емкостного сенсора влажности 2.The first normally open contact of the relay 7 provides the connection of the second contact of the reference stable capacitor (C E ) 20 with a low-impedance precision resistor (Rq 1 ) 12 in the test mode of the measurement channel of the capacitive humidity sensor 2.
Второй нормальноразомкнутый контакт реле 23 обеспечивает соединение второго контакта эталонного высокоточного резистора (RТЭ) 21 по линии подачи переменного напряжения 8 с генератором переменного напряжения 1 в режиме проверки работоспособности канала измерения резистивного сенсора температуры (RT) 14.The second normally open contact of the relay 23 provides the connection of the second contact of the reference high-precision resistor (R TE ) 21 via the alternating voltage supply line 8 with the alternating voltage generator 1 in the mode of checking the operability of the measurement channel of the resistive temperature sensor (R T ) 14.
Линия подачи переменного напряжения 8 обеспечивает подачу переменного напряжения с частотой f и амплитудой Uг с выхода генератора переменного напряжения 1 в цепи канала измерения емкостного сенсора влажности и канала измерения резистивного сенсора температуры. Тип линии подачи переменного напряжения 8 (кабель с волновым сопротивлением ρл=50 Ом) выбирается из условий передачи без потерь напряжения переменного напряжения с частотой f и амплитудой Uг с выхода генератора переменного напряжения 1 и оптимизации типов сигнальных линий устройства.The alternating voltage supply line 8 provides the alternating voltage with a frequency f and amplitude Ug from the output of the alternating voltage generator 1 in the circuit of the measurement channel of the capacitive humidity sensor and the measurement channel of the resistive temperature sensor. The type of AC voltage supply line 8 (cable with wave resistance ρ l = 50 Ω) is selected from the transmission conditions without loss of AC voltage with frequency f and amplitude Ug from the output of AC voltage generator 1 and optimization of the signal line types of the device.
Устройство для измерения влажности воздуха также содержит измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3, измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4, источник питания реле 5, линию управления реле 9, регистратор 10, сигнальную линию 15, сигнальную линию 16, усилитель переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17, усилитель переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18, функциональный блок 19.The device for measuring air humidity also includes an output signal level meter of the AC voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 3, an output signal level meter of the AC amplifier of the resistive temperature sensor 4, a relay power supply 5, a relay control line 9, a recorder 10, a signal line 15, a signal line 16, an alternating voltage amplifier of a capacitive humidity sensor 17, an alternating voltage amplifier of a resistive temperature sensor 18, a function block 19.
Реле 13 с помощью линии управления реле 9 соединено с источником питания реле 5. К контактам соединения низкоомного прецизионного резистора 12 и емкостного сенсора влажности 2 подключена сигнальная линия 15. Второй конец сигнальной линии 15 подсоединен ко входным клеммам усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17. К контактам соединения высокоомного прецизионного резистора 11, резистивного сенсора температуры 14 и эталонного высокоточного резистора 21 подключена сигнальная линия 16. Второй конец сигнальной линии 16 подсоединен ко входным клеммам усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18. Выход усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 соединен со входом измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3. Выход усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18 соединен со входом измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4. Выход измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3 соединен с одним из входов функционального блока 19. Второй вход функционального блока 19 соединен с выходом измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4. Выход функционального блока 19 подсоединен к регистратору 10.Relay 13 using the control line of relay 9 is connected to the power source of relay 5. To the connection pins of the low-resistance precision resistor 12 and the capacitive humidity sensor 2, the signal line 15 is connected. The second end of the signal line 15 is connected to the input terminals of the AC amplifier of the capacitive humidity sensor 17. K The signal line 16 is connected to the connection terminals of the high-resistance precision resistor 11, the resistive temperature sensor 14, and the reference high-precision resistor 21. The second end of the signal line 16 is connected not connected to the input terminals of the ac voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18. The output of the ac voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 17 is connected to the input of the output signal level meter of the capacitive humidity sensor 3. The output of the ac voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 18 is connected to the input of the output signal level meter amplifier of an alternating voltage of a resistive temperature sensor 4. The output of the amplifier output signal level meter the alternating voltage of the capacitive humidity sensor 3 is connected to one of the inputs of the function block 19. The second input of the function block 19 is connected to the output of the level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the resistive temperature sensor 4. The output of the function block 19 is connected to the recorder 10.
Источник питания реле 5 формирует напряжение для срабатывания реле 13.The power source of the relay 5 generates a voltage for the relay 13 to operate.
Линия управления реле 9 обеспечивает подачу напряжения на реле 13 от источника питания реле 5. Тип линии управления реле 9 - двухпроводный кабель типа "витая пара".The control line of relay 9 provides voltage to the relay 13 from the power source of relay 5. The type of control line of relay 9 is a two-wire twisted pair cable.
Усилитель переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 формирует на выходе переменное напряжение. Величина переменного напряжения на выходе усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 пропорциональна величине емкости емкостного сенсора влажности 2.The AC voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 17 generates an alternating voltage at the output. The value of the alternating voltage at the output of the amplifier of the alternating voltage of the capacitive humidity sensor 17 is proportional to the value of the capacitance of the capacitive humidity sensor 2.
Усилитель переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18 формирует на выходе переменное напряжение. Величина переменного напряжения на выходе усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18 пропорциональна величине сопротивления резистивного сенсора температуры 14.The alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18 generates an alternating voltage at the output. The magnitude of the alternating voltage at the output of the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18 is proportional to the resistance value of the resistive temperature sensor 14.
Измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3 формирует на выходе постоянное напряжение. Величина постоянного напряжения на выходе измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3 пропорциональна величине емкости емкостного сенсора влажности 2.The level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the capacitive humidity sensor 3 generates a constant voltage at the output. The value of the constant voltage at the output of the level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the capacitive humidity sensor 3 is proportional to the value of the capacitance of the capacitive humidity sensor 2.
Измеритель уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4 формирует на выходе постоянное напряжение. Величина постоянного напряжения на выходе измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4 пропорциональна величине сопротивления резистивного сенсора температуры 14.The level meter of the output signal of the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor 4 generates a constant voltage at the output. The value of the constant voltage at the output of the level meter of the output signal of the amplifier of the alternating voltage of the resistive temperature sensor 4 is proportional to the resistance value of the resistive temperature sensor 14.
Функциональный блок 19 предназначен для коррекции показаний относительной влажности φ с учетом температуры воздуха Т. Функциональный блок 19 выполняет операцию вычисления относительной влажности φ, решая уравнение вида:Functional block 19 is designed to correct the readings of relative humidity φ taking into account the air temperature T. Functional block 19 performs the operation of calculating relative humidity φ, solving an equation of the form:
где F - известная функция связи между емкостью СС емкостного сенсора влажности 2, температурой воздуха Т и относительной влажностью воздуха φ.where F is the known function of the connection between the capacitance C C of the capacitive humidity sensor 2, the air temperature T and the relative humidity φ.
Регистратор 10 фиксирует величину относительной влажности воздуха φ.The registrar 10 captures the value of the relative humidity φ.
Сигнальная линия 15 обеспечивает подачу выходного переменного напряжения UC канала измерения емкостного сенсора влажности, равное падению напряжения на сопротивлении низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12, ко входным клеммам усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17. Тип сигнальной линии 15 (кабель с волновым сопротивлением ρл=50 Ом) выбирается из условий передачи без потерь переменного напряжения UC. При подсоединении сигнальной линии 15 параллельно сопротивлению низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12 подключается комплексное сопротивление сигнальной линии 15. Условием передачи без потерь переменного напряжения UC является согласование импеданса сигнальной линии 15, входного сопротивления усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 и сопротивления низкоомного прецизионного резистора (Rq1) 12. В общем случае затухание сигнальной линии 15 ap с несогласованными параметрами определяется формулами [7]:The signal line 15 provides the output of the alternating voltage U C of the measurement channel of the capacitive humidity sensor, equal to the voltage drop across the resistance of the low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12, to the input terminals of the AC amplifier of the capacitive humidity sensor 17. Type of signal line 15 (wave cable ρ l = 50 Ohm) is selected from the transmission conditions without loss of alternating voltage U C. When the signal line 15 is connected in parallel with the resistance of the low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12, the complex resistance of the signal line is connected 15. The condition for transmission without loss of AC voltage U C is the matching of the impedance of the signal line 15, the input resistance of the AC amplifier of the capacitive humidity sensor 17 and the resistance of the low-resistance precision resistor (Rq 1 ) 12. In the general case, the attenuation of the signal line 15 a p with inconsistent parameters is determined by the formulas [7]:
где Uвых, Uвх - напряжения на выходе и входе сигнальной линии 15, соответственно, В;where U o , U I - voltage at the output and input of the signal line 15, respectively, V;
z0 - комплексное сопротивление источника сигнала (в нашем случае z0=Rq1 для канала измерения емкостного сенсора влажности), Ом;z 0 is the complex resistance of the signal source (in our case, z 0 = Rq 1 for the measurement channel of the capacitive humidity sensor), Ohm;
zB - комплексное входное сопротивление усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17, Ом;z B is the complex input impedance of the amplifier of an alternating voltage of a capacitive humidity sensor 17, Ohm;
zl - комплексное (волновое) сопротивление кабеля, Ом;z l is the complex (wave) resistance of the cable, Ohm;
l - длина кабеля, м;l - cable length, m;
α - коэффициент затухания в кабеле, определяемый выражениемα is the attenuation coefficient in the cable, determined by the expression
где R - погонное сопротивление кабеля, Ом/м;where R is the linear resistance of the cable, Ohm / m;
L - погонная индуктивность кабеля, Гн/м;L is the linear inductance of the cable, GN / m;
С - погонная емкость кабеля, Ф/м;C is the linear capacity of the cable, f / m;
G - погонная проводимость изоляции, 1/Ом·м;G - linear conductivity of insulation, 1 / Ohm · m;
γ - коэффициент распространения кабеля, определяемый выражением:γ is the coefficient of propagation of the cable, defined by the expression:
Параметры R, L, С, G являются функциями частоты [7]. Как видно из (3), при согласовании параметров, т.е. при выполнении равенстваParameters R, L, C, G are functions of frequency [7]. As can be seen from (3), when parameters are matched, i.e. when fulfilling equality
затухание в линии αp определяется выражением:the attenuation in the line α p is determined by the expression:
Величина а, как правило, незначительна для частотного диапазона до 100 кГц. Например, коаксиальный радиочастотный кабель типа РК-50-24-15 на частоте f=100 кГц имеет коэффициент затухания
Для случая (8) величина потерь (3%) будет постоянной и легко учитываемой в общем коэффициенте преобразования. Условие (8) строго может быть выполнено для канала измерения емкостного сенсора влажности, поскольку сопротивление Rq1 постоянно и выбрано равным волновому сопротивлению кабеля сигнальной линии 15. Таким образом, выходное переменное напряжение UC канала измерения емкостного сенсора влажности, равное падению напряжения на сопротивлении Rq1, переданное по сигнальной линии 15 на вход усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17, линейно связано с измеряемым параметром - емкостью емкостного сенсора влажности 2.For case (8), the loss value (3%) will be constant and easily taken into account in the overall conversion coefficient. Condition (8) can be strictly fulfilled for the measurement channel of the capacitive humidity sensor, since the resistance Rq 1 is constant and is chosen equal to the wave resistance of the signal line cable 15. Thus, the output alternating voltage U C of the measurement channel of the capacitive humidity sensor is equal to the voltage drop across the resistance Rq 1 , transmitted via a signal line 15 to the input of an AC amplifier of a capacitive humidity sensor 17, is linearly connected with the measured parameter - the capacity of the capacitive humidity sensor 2.
Сигнальная линия 16 обеспечивает подачу выходного переменного напряжения UT канала измерения резистивного сенсора температуры, равное падению напряжения на сопротивлении резистивного сенсора температуры (RT) 14, ко входным клеммам усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18. Тип сигнальной линии 16 (кабель с волновым сопротивлением ρл=50 Ом) выбирается из условий передачи без потерь переменного напряжения UT. При подсоединении сигнальной линии 16 параллельно сопротивлению резистивного сенсора температуры (RT) 14 подключается комплексное сопротивление сигнальной линии 16. Условием передачи без потерь переменного напряжения UT является согласование импеданса сигнальной линии 16, входного сопротивления усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18 и сопротивления резистивного сенсора температуры (RT) 14. В общем случае затухание сигнальной линии 16 ap с несогласованными параметрами [7] определяется формулами (2)÷(7), в которых для канала измерения резистивного сенсора температуры (RT) 14:The signal line 16 provides the output of the alternating voltage U T of the measuring channel of the resistive temperature sensor, equal to the voltage drop across the resistance of the resistive temperature sensor (R T ) 14, to the input terminals of the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18. Type of signal line 16 (cable with wave resistance ρ l = 50 Ohm) is selected from the transmission conditions without loss of alternating voltage U T. When the signal line 16 is connected in parallel with the resistance of the resistive temperature sensor (R T ) 14, the complex resistance of the signal line 16 is connected. The condition for transmission without loss of alternating voltage U T is matching the impedance of the signal line 16, the input resistance of the AC amplifier of the resistive temperature sensor 18 and the resistance of the resistive sensor temperature (R T) 14. in general, the attenuation of the signal line 16 with a p inconsistent parameters [7] is defined by the formulas (2) ÷ (7), in which A measurement channel resistive temperature sensor (R T) 14:
z0 - комплексное сопротивление источника сигнала (в нашем случае z0=RT для канала измерения резистивного сенсора температуры), Ом;z 0 is the complex resistance of the signal source (in our case, z 0 = R T for the measurement channel of the resistive temperature sensor), Ohm;
zB - комплексное входное сопротивление усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18, Ом;z B is the complex input resistance of an alternating voltage amplifier of a resistive temperature sensor 18, Ohm;
zl - комплексное (волновое) сопротивление кабеля, Ом.z l is the complex (wave) resistance of the cable, Ohm.
Для канала измерения резистивного сенсора температуры величина сопротивления RТ будет изменяться с изменением температуры. Поэтому точного согласования его с волновым сопротивлением сигнальной линии 16 во всем диапазоне изменений температуры не может быть выполнено. Оценим, к каким дополнительным погрешностям это приведет.For the measurement channel of the resistive temperature sensor, the resistance value R T will change with temperature. Therefore, its exact matching with the wave impedance of the signal line 16 in the entire range of temperature changes cannot be performed. Let us evaluate what additional errors this will lead to.
Пусть величина RТ зависит от температуры по закону:Let the value of R T depends on temperature according to the law:
где R0 - значение сопротивления резистивного сенсора температуры (RT) 14 (термопреобразователя сопротивления) при температуре Т0, Ом;where R 0 is the resistance value of the resistive temperature sensor (R T ) 14 (resistance thermoconverter) at a temperature T 0 , Ohm;
β - температурный коэффициент резистивного сенсора температуры (RT) 14 (термопреобразователя сопротивления), 1/Ом·°С.β is the temperature coefficient of the resistive temperature sensor (R T ) 14 (resistance thermoconverter), 1 / Ohm · ° С.
Пусть диапазон изменения температуры ΔТ=Тmax-Т0 составляет ΔТ=100°С. Тогда максимальная величина сопротивления резистивного сенсора температуры (RT) 14 (термопреобразователя сопротивления) составит: Rmax T=1.4R0 при β≅4·10-3 Oм-1·°C-l (платиновый термопреобразователь сопротивления).Let the temperature range ΔT = T max -T 0 be ΔT = 100 ° C. Then the maximum resistance value of the resistive temperature sensor (R T ) 14 (resistance thermal converter) will be: R max T = 1.4R 0 at β≅4 · 10 -3 Ohm -1 · ° C -l (platinum resistance thermal converter).
Выбираем величину R0 равной волновому сопротивлению сигнальной линии 16We choose the value of R 0 equal to the wave impedance of the signal line 16
Как следует из формулы (9), вследствие изменения сопротивления RТ произойдет рассогласование сигнальной линии 16 с выходным сопротивлением источника сигнала, что приведет к дополнительному увеличению затухания на величинуAs follows from formula (9), due to a change in the resistance R T , the signal line 16 will mismatch with the output resistance of the signal source, which will lead to an additional increase in attenuation by
В формуле (11) обозначены: z0=RT; zВ=zl=ρл.In the formula (11) are indicated: z 0 = R T ; z B = z l = ρ l .
Оценим максимальную величину второго члена (11) при RT=Rмах Т. Очевидно она будет равна:Let us estimate the maximum value of the second term (11) at R T = R max Т. Obviously, it will be equal to:
Полное максимальное затухание в сигнальной линии 16 при длине 200 м составит
При этом отношение выходного напряжения сигнальной линии 16 к входному напряжению сигнальной линии 16 уменьшится до величиныIn this case, the ratio of the output voltage of the signal line 16 to the input voltage of the signal line 16 will decrease to
Это приводит к максимальной не учитываемой погрешности измерения сопротивления резистивного сенсора температуры (RT) 14 (термопреобразователя сопротивления) ≈1%, что вполне допустимо при проведении измерений параметров влажности воздуха. Таким образом, выходное переменное напряжение UT канала измерения резистивного сенсора температуры, равное падению напряжения на сопротивлении RТ, переданное по сигнальной линии 16 на вход усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18, линейно связано с измеряемым параметром - сопротивлением резистивного сенсора температуры (RT) 14.This leads to a maximum unaccounted for error in measuring the resistance of the resistive temperature sensor (R T ) 14 (resistance thermal transducer) ≈1%, which is quite acceptable when measuring air humidity parameters. Thus, the output alternating voltage U T of the measuring channel of the resistive temperature sensor, equal to the voltage drop across the resistance R T , transmitted along the signal line 16 to the input of the alternating voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18, is linearly connected with the measured parameter - the resistance of the resistive temperature sensor (R T ) fourteen.
Далее в частном случае в каналах измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры используются однотипные унифицированные усилители переменного напряжения и измерители уровня выходного сигнала усилителей переменного напряжения.Further, in the particular case, the measurement channels of the capacitive humidity sensor and the resistive temperature sensor use the same type of unified AC voltage amplifiers and level meters of the output signal of AC voltage amplifiers.
Отметим достоинства устройства:Note the advantages of the device:
Как видно из схемы устройства (см. чертеж), для подсоединения емкостного сенсора влажности 2 к усилителю переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 и резистивного сенсора температуры 14 к усилителю переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18 необходимы три экранированные сигнальные линии 8, 15, 16 и одна двухпроводная линия для включения реле 9. При этом съем сигнала с резистивного сенсора температуры 14 (термопреобразователя сопротивления) эквивалентен способу съема с применением четырехпроводной линии.As can be seen from the device diagram (see drawing), to connect a capacitive humidity sensor 2 to an alternating voltage amplifier of a capacitive humidity sensor 17 and a resistive temperature sensor 14 to an alternating voltage amplifier of a resistive temperature sensor 18, three shielded signal lines 8, 15, 16 and one a two-wire line for activating the relay 9. In this case, the signal pick-up from the resistive temperature sensor 14 (resistance thermal converter) is equivalent to the method of pick-up using a four-wire line.
Измерения параметров емкостного сенсора влажности 2 и резистивного сенсора температуры 14 выполняются в устройстве на переменном токе одной частоты. Это позволяет применять однотипные усилители и измерители уровня напряжения в каналах измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры.The measurements of the capacitive humidity sensor 2 and the resistive temperature sensor 14 are carried out in the device on alternating current of the same frequency. This allows the use of homogeneous amplifiers and voltage level meters in the measurement channels of a capacitive humidity sensor and a resistive temperature sensor.
Согласование импедансов сигнальных линий 15, 16 каналов измерений емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры, входного сопротивления усилителей переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 и резистивного сенсора температуры 18, величины сопротивления низкоомного прецизионного резистора 12 в цепи емкостного сенсора влажности 2 и величины сопротивления резистивного сенсора температуры 14 позволяет разнести сенсоры влажности и температуры (работоспособные в условиях высоких температур и воздействия радиационного излучения) на расстояние до 100-200 м от электронных преобразователей сигналов (неработоспособных в условиях высоких температур и воздействия радиационного излучения) и размещаемые в зонах обслуживаемых помещений с низким радиационным фоном и нормальными климатическими условиями, что обеспечивает возможность использования устройства на ядерно-энергетических установках.Coordination of the impedances of the signal lines 15, 16 of the measurement channels of the capacitive humidity sensor and the resistive temperature sensor, the input resistance of the AC amplifiers of the capacitive humidity sensor 17 and the resistive temperature sensor 18, the resistance value of the low-resistance precision resistor 12 in the circuit of the capacitive humidity sensor 2 and the resistance value of the resistive temperature sensor 14 makes it possible to distribute humidity and temperature sensors (operable under conditions of high temperatures and exposure to radiation radiation) to a distance of 100-200 m from electronic signal converters (inoperative at high temperatures and exposure to radiation) and placed in areas of serviced rooms with a low radiation background and normal climatic conditions, which makes it possible to use the device in nuclear power plants .
Устройство обеспечивает функции дистанционной проверки работоспособности каналов измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры.The device provides functions for remote checking the operability of the measurement channels of a capacitive humidity sensor and a resistive temperature sensor.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При подаче напряжения питания на устройство генератор переменного напряжения 1 формирует в цепи емкостного сенсора влажности 2 на низкоомном прецизионном резисторе 12 переменное напряжение, пропорциональное величине емкости емкостного сенсора влажности 2, а в цепи резистивного сенсора температуры 14 - переменное напряжение, равное падению напряжения на резистивном сенсоре температуры 14, пропорциональное величине сопротивления резистивного сенсора температуры 14. Сигналы переменного напряжения каналов измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры усиливаются в усилителе переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17 и усилителе переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18, детектируются в измерителе уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3 и измерителе уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4 и в виде напряжения постоянного тока поступают на функциональный блок 19, в котором производится вычисление величины относительной влажности воздуха с учетом температуры воздуха в точке контроля. Величина относительной влажности воздуха фиксируется в регистраторе 10.When a voltage is applied to the device, an alternating voltage generator 1 generates an alternating voltage in the circuit of the capacitive humidity sensor 2 on the low-resistance precision resistor 12, proportional to the capacitance of the capacitive humidity sensor 2, and an alternating voltage in the circuit of the resistive temperature sensor 14 equal to the voltage drop across the resistive sensor temperature 14, proportional to the resistance value of the resistive temperature sensor 14. Signals of the alternating voltage of the measurement channels of the capacitive sensor wet the temperature and the resistive temperature sensor are amplified in the ac voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 17 and the ac voltage amplifier of the resistive temperature sensor 18, are detected in the output level meter of the ac voltage amplifier of the capacitive humidity sensor 3 and the output level meter of the ac voltage amplifier of the resistive temperature sensor 4 and the form of direct current voltage is supplied to the functional block 19, in which the calculation of the relative tion with the humidity of air temperature at the control point. The value of the relative humidity is recorded in the recorder 10.
Режим проверки работоспособности осуществляется подачей напряжения на реле 13 от источника питания реле 5 по линии управления реле 9 двумя способами: автоматически - два раза в сутки, а также оперативно - в ручном режиме. При срабатывании реле 13 первый и второй нормальнозамкнутые контакты реле 6, 22 переключаются в положение первого и второго нормальноразомкнутых контактов реле 7, 23, соответственно. При этом в канале измерения емкостного сенсора влажности подключается эталонный стабильный конденсатор 20, а в канале измерения резистивного сенсора температуры подключается эталонный высокоточный резистор 21. Используя известные зависимости для относительной влажности воздуха и температуры, с требуемой точностью контролируются значения φзад, % и Тзад, °С и, таким образом, производится оценка исправности как каналов измерения емкостного сенсора влажности и резистивного сенсора температуры в отдельности, так и устройства в целом.The health check mode is carried out by applying voltage to the relay 13 from the power source of the relay 5 via the control line of the relay 9 in two ways: automatically - twice a day, and also promptly - in manual mode. When the relay 13 is activated, the first and second normally closed contacts of the relay 6, 22 are switched to the position of the first and second normally open contacts of the relay 7, 23, respectively. In this case, the reference stable capacitor 20 is connected in the measurement channel of the capacitive humidity sensor, and the high-precision reference resistor 21 is connected in the measurement channel of the resistive temperature sensor. Using the known dependences for the relative humidity and temperature, the values of φ back ,% and T back are controlled with the required accuracy, ° C and, thus, an assessment is made of the health of both the measurement channels of the capacitive humidity sensor and the resistive temperature sensor separately, and the device as a whole.
Пример конкретного исполнения устройства.An example of a specific implementation of the device.
Устройство для измерения влажности воздуха реализовано в приборе ИВТВ-2. Устройство состоит из датчика и блока усилителей-преобразователей (БУП). В корпусе датчика, выполненном из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, размещены (см. чертеж) емкостной сенсор влажности (СС) 2 типа НС1000 с диапазоном изменения емкости от 397 до 520 пФ при изменении относительной влажности воздуха от 0 до 100%, соответственно, реле типа РЭК80, высокоомный прецизионный резистор 11 типа С2-29в-0,125 (Rq2=20 кОм), низкоомный прецизионный резистор 12 типа С2-29в-0,125 (Rq1=49,9 Ом), резистивный сенсор температуры 14 типа 50П (Rт) с диапазоном изменения сопротивления от 50 до 70 Ом при изменении температуры воздуха от 0 до 100°С, соответственно, эталонный высокоточный резистор 21 типа С2-29в-0,125 (RТЭ=54,9 Ом - соответствует Тзад=25°С), эталонный стабильный конденсатор (СЭ) 20 типа К 10-73-1б (СЭ=510 пФ соответствует - φзад=85% при Тзад=25°С). Габаритные размеры датчика: ⌀ 50×160 мм. Масса датчика не превышает 1,0 кг.A device for measuring air humidity is implemented in the IVTV-2 device. The device consists of a sensor and a block of amplifiers-converters (BUP). In the sensor housing made of stainless steel grade 12X18H10T, there are placed (see the drawing) a capacitive humidity sensor (С С ) of type 2 НС1000 with a capacitance range of 397 to 520 pF when the relative humidity of the air changes from 0 to 100%, respectively, a relay type REK80, high-resistance precision resistor 11 type C2-29v-0.125 (Rq 2 = 20 kOhm), low-resistance precision resistor 12 type C2-29v-0.125 (Rq 1 = 49.9 Ohm), resistive temperature sensor 14 type 50P (R t ) with a resistance change range from 50 to 70 Ohms when the air temperature changes from 0 to 100 ° C, respectively, pubic precision resistor 21 type S2-29v-0,125 (R TE = 54.9 Ohms - represents T ass = 25 ° C), a stable reference capacitor (C e) 20 K-type 10-73-1b (C = E corresponds to 510 pF - φ ass = 85% at T ass = 25 ° C). Overall dimensions of the sensor: ⌀ 50 × 160 mm. The mass of the sensor does not exceed 1.0 kg.
Блок усилителей-преобразователей состоит из генератора переменного напряжения 1 (переменное напряжение с частотой f=16 кГц и амплитудой Uг=1,0 В), измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 3, измерителя уровня выходного сигнала усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 4, источника питания реле 5 типа PSM112, регистратора 10 на базе одноплатного компьютера Athena в стандарте PC-104, усилителя переменного напряжения емкостного сенсора влажности 17, усилителя переменного напряжения резистивного сенсора температуры 18, функционального блока 19. Габаритные размеры БУП: 300×153×370 мм. Масса БУП не превышает 8,0 кг. Датчик соединен с БУП с помощью линии подачи переменного напряжения 8, линии управления реле 9, сигнальной линии (канала измерения емкостного сенсора влажности) 15 и сигнальной линии (канала измерения резистивного сенсора температуры) 16.The amplifier-converter unit consists of an alternating voltage generator 1 (alternating voltage with a frequency of f = 16 kHz and amplitude Ug = 1.0 V), a level meter of the output signal of an alternating voltage amplifier of a capacitive humidity sensor 3, a measuring level of the output signal of an alternating voltage amplifier of a resistive sensor temperature 4, power supply of relay type 5 PSM112, recorder 10 based on Athena single-board computer in PC-104 standard, AC amplifier of capacitive humidity sensor 17, AC amplifier apryazheniya resistive temperature sensor 18, the function block 19. Dimensions BUP: 300 × 153 × 370 mm. The weight of BUP does not exceed 8.0 kg. The sensor is connected to the ECU using an AC voltage supply line 8, a relay control line 9, a signal line (channel for measuring a capacitive humidity sensor) 15 and a signal line (channel for measuring a resistive temperature sensor) 16.
Питание устройства осуществляется от сети переменного тока с напряжением (220+22, 220-33) В, частотой (50±1) Гц. Потребляемая мощность не превышает 50 Вт.The device is powered from an AC network with a voltage of (220 + 22, 220-33) V, frequency (50 ± 1) Hz. Power consumption does not exceed 50 watts.
Технический результат состоит в повышении точности измерения влажности воздуха.The technical result consists in increasing the accuracy of measuring air humidity.
Источники информацииInformation sources
1. Патент на изобретение РФ №2078335 от 27 апреля 1997 г. «Способ измерения влажности материалов и устройство для его осуществления», Труфанов В.Н.; Поляков Б.С.; Гамов М.И.; Шамитько Г.И.; Славгородский Н.И.; Труфанов А.В.; Ярделевский И.Б.1. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2078335 dated April 27, 1997 "Method for measuring the humidity of materials and a device for its implementation", Trufanov V.N .; Polyakov B.S .; Gamov M.I .; Shamitko G.I .; Slavgorodsky N.I .; Trufanov A.V .; Yardelevsky I.B.
2. Виглеб Г. Датчики. - М.: Мир, 1989.2. Vigleb G. Sensors. - M .: Mir, 1989.
3. Измерение параметров газообразных и жидких сред при эксплуатации инженерного оборудования зданий. Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1987.3. Measurement of parameters of gaseous and liquid media during the operation of engineering equipment of buildings. Reference manual. - M .: Stroyizdat, 1987.
4. Измерительные преобразователи температуры и влажности ИПТВ. Технические условия. ТУ 4227-005-13282997-97. Госстандарт Росс, ВНИИстандарт. Внесен в Реестр за №200/015990, 1997.4. Measuring transducers of temperature and humidity IPTV. Technical conditions TU 4227-005-13282997-97. Gosstandart Ross, VNIIstandard. It is entered in the Register for No.200 / 015990, 1997.
5. Средства измерений, допущенные к применению в РФ. Описания утвержденных типов. Выпуск 14 (114). - М.: ВНИИМС. 1997.5. Measuring instruments approved for use in the Russian Federation. Descriptions of approved types. Issue 14 (114). - M.: VNIIMS. 1997.
6. Патент на изобретение РФ №2184369 от 27 июня 2002 г. «Устройство для измерения влажности воздуха», Морозов С.А., Ковтун С.Н., Окладников В.М.6. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2184369 dated June 27, 2002 “Device for measuring air humidity”, Morozov SA, Kovtun SN, Okladnikov VM
7. Белоруссов Н.И., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели. - М.: Энергия, 1973 г.7. Belorussov N.I., Grodnev I.I. RF cables. - M .: Energy, 1973
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146538/28A RU2369863C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for measurement of air humidity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007146538/28A RU2369863C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for measurement of air humidity |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007146538A RU2007146538A (en) | 2009-06-20 |
| RU2369863C2 true RU2369863C2 (en) | 2009-10-10 |
Family
ID=41025544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007146538/28A RU2369863C2 (en) | 2007-12-12 | 2007-12-12 | Device for measurement of air humidity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2369863C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2583893C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method of checking pipeline leak control system |
| US20210131879A1 (en) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device and capacitance sensor device |
| RU2756850C1 (en) * | 2021-04-05 | 2021-10-06 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Moisture measuring channel |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116026374B (en) * | 2022-12-20 | 2024-04-16 | 广西桂科院新能源科技有限公司 | Signal optimization system for resistive sensor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5048336A (en) * | 1988-12-29 | 1991-09-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Moisture-sensitive device |
| RU2184369C1 (en) * | 2000-12-09 | 2002-06-27 | Морозов Славий Алексеевич | Device for measuring air humidity |
-
2007
- 2007-12-12 RU RU2007146538/28A patent/RU2369863C2/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5048336A (en) * | 1988-12-29 | 1991-09-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Moisture-sensitive device |
| RU2184369C1 (en) * | 2000-12-09 | 2002-06-27 | Морозов Славий Алексеевич | Device for measuring air humidity |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2583893C1 (en) * | 2014-12-30 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" | Method of checking pipeline leak control system |
| US20210131879A1 (en) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device and capacitance sensor device |
| US11674857B2 (en) * | 2019-10-30 | 2023-06-13 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Semiconductor device and capacitance sensor device |
| RU2756850C1 (en) * | 2021-04-05 | 2021-10-06 | Акционерное общество «Научно-технический центр «Диапром» | Moisture measuring channel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007146538A (en) | 2009-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0933632B1 (en) | Determing the viscosity of a fluid in a container | |
| RU2369863C2 (en) | Device for measurement of air humidity | |
| CN1205771A (en) | Temperature Transmitter with Online Calibration Using Thermal Noise | |
| EP2914968A1 (en) | Hot stick power analyzer | |
| CN101469978B (en) | Adjustable Amplitude Automatic Gain Compensation Method and Circuit for Ultrasonic Thickness Gauge | |
| Higuti et al. | Ultrasonic densitometer using a multiple reflection technique | |
| JP3488554B2 (en) | Solution sensor system | |
| JP2004093565A (en) | Filling level measuring apparatus | |
| Hu et al. | Control rod position measurement by two-electrode capacitance sensor in nuclear heating reactor | |
| Kalita et al. | Design and uncertainty evaluation of a strain measurement system | |
| CN201130136Y (en) | Apparatus for measuring particle size distribution of discrete particles | |
| RU2184369C1 (en) | Device for measuring air humidity | |
| CN107680873A (en) | A kind of device of Ultrasonic Nondestructive vacuum tube vacuum-degree | |
| CN207425715U (en) | A kind of device of Ultrasonic Nondestructive vacuum tube vacuum-degree | |
| Bechtold et al. | Accurate determination of the bulk electrical conductivity with the TDR100 cable tester | |
| RU2300088C1 (en) | Heat meter and method of measurement of heat energy of heat transfer agent in open heat supply water systems | |
| JP2747333B2 (en) | Microwave humidity meter | |
| US3593118A (en) | Apparatus for measuring the electrical conductivity of liquids having dielectric-faced electrodes | |
| Püttmer et al. | Ultrasonic density sensor—Analysis of errors due to thin layers of deposits on the sensor surface | |
| RU2374636C1 (en) | Method and gas analyser for determining local volume concentration of hydrogen, water vapour and air in vapour-gas medium using ultrasound | |
| Hauge | Finite element modeling of ultrasound measurement systems for gas. Comparison with experiments in air. | |
| WO2004059292A2 (en) | Probes for measurements of complex dielectric permittivity of porous and other materials and methods of use thereof | |
| Bjørndal | Acoustic measurement of liquid density with applications for mass measurement of oil | |
| JPH0375573A (en) | Method of non-contact measuring electric resistance of filament per unit length | |
| Antlinger et al. | A differential pressure wave-based sensor setup for the acoustic viscosity of liquids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160315 |