УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

В практике часто возникает задача измерения и поддержания влажности воздуха. Известны следующие методы измерения влажности газов: абсорбционно-массовый, конденсационный, психрометрический, электрический и по точке росы.

Наибольшее применение нашел психрометрический метод — благодаря своей простоте и достаточно высокой точности измерения. Психрометрический метод основан на зависимости между скоростью испарения влаги в окружающую среду и влажностью самой среды. В этом методе измеряется разность температур — температуры tc, измеренной обычным термометром, и температуры tm, измеренной термометром с увлажненной поверхностью термочувствительной части. Приборы, работающие на этом принципе, называют психрометрами. Они имеют два термометра. Термочувствительная часть одного из них непрерывно увлажняется водой из специального резервуара. Вследствие испарения влаги с поверхности мокрого термометра, он покажет более низкую температуру, чем сухой термометр, показывающий действительную температуру газа. Чем меньше относительная влажность газа ф, тем интенсивнее испарение влаги с мокрого термометра и тем ниже температура tm мокрого термометра. Следовательно, тем больше разность

f = tc - tm

Имеется зависимость между относительной влажностью воздуха ф и психрометрической разностью f. Относительную влажность с достаточной для практических целей точностью можно определить по показаниям сухого и мокрого термометров с помощью психрометрической номограммы, приведенной на рис.1.

Как видно из номограммы, один из возможных вариантов поддержания определенной относительной влажности ф заключается в том, чтобы при данной температуре воздуха tc, которая измеряется сухим термометром, поддерживать температуру tm, измеренную мокрым термометром. Другими словами, в качестве сухого термометра можно использовать терморезистор. В качестве мокрого термометра удобно использовать аналогичный терморезистор (в защитном кожухе), на который можно надеть "чулок" из хлопчатобумажной ткани, один конец которого опущен в сосуд с водой. Считаем, что оба термометра находятся в замкнутом воздушном объеме.

На рис.2 показана схема терморегулятора, который используется для поддержания температуры tm и может включить устройство, увеличивающее влажность воздуха (водяной насос, пульверизатор и т.п.), а затем отключить его по достижении заданной tm. Температура выключения (tm выкл ) регулируется подстроечным потенциометром RP1, а температура включения (tm вкл.) — потенциометром RP2. Разность между двумя этими величинами tm пропорциональна диапазону, в котором изменяется относительная влажность воздуха. С помощью предлагаемого устройства можно достичь диапазона порядка 5...10% в воздушном объеме около 15 м3.

Схема терморегулятора реализована на основе компаратора напряжения DA (K521CA3), который через транзистор VT управляет реле К. Со своей стороны, реле с помощью контакта К1-1 включает и выключает устройство регулирования влажности. На неинвер-тирующий вход DA с помощью делителя, образованного R2 и R3, подается опорное напряжение, равное половине напряжения питания (6 В). Термодатчик RK типа ТРН-22000 вместе с подстроечным потенциометром RP1 подключены к инвертирующему входу DA. Очевидно, что при комнатной температуре необходимо с помощью RP1 задать на выводе 3 напряжение, на 2...3 В превышающее напряжение на выводе 2 (6 В); тогда, при подаче питания на терморегулятор, реле К срабатывает. Это приводит к включению через контакты К1-1 исполнительного устройства, которое начинает увеличивать влажность воздуха. Оно работает до тех пор, пока относительная влажность воздуха не достигнет максимального значения, пропорционального температуре tm выкл. При этой температуре напряжения на выводах 2 и 3 DA одинаковы, так как сопротивление термодатчика RK при нагревании уменьшается. Компаратор DA переключается, VT запирается, и реле К выключается. Это приводит к уменьшению влажности и продолжается до тех пор, пока температура tm не падает до значения tm вкл, которое пропорционально минимальной величине влажности. Реле К снова включается, и влажность воздуха начинает увеличиваться. Индикация работы реле К осуществляется светодиодом "Влага".

Настройка. Прежде чем размещать датчик RK в защитном кожухе, нужно проверить срабатывание реле К при выбранных температурах — tm ВыКЛ.и tm вкл Это можно сделать, поместив датчик в подходящую термокамеру, температура в которой измеряется термометром, или в воздушный объем, в котором будет поддерживаться необходимая влажность. В крайнем случае, если не требовать точного соответствия заданной температуре, проверку можно осуществить, приближая RK к зажженной электрической лампочке. В этом случае при нагревании датчика до определенной температуры реле К должно выключиться, а при удалении его от лампочки — снова включиться. Между общим проводом и выводом 3 компаратора DA желательно включить цифровой вольтметр. Выключение реле К должно произойти в тот момент, когда напряжение на выводе 3 приблизится к напряжению на выводе 2 DA. С помощью RP1 напряжение на выводе 3 устанавливается при комнатной температуре примерно равным 8...9 В. Окончательная настройка осуществляется после того как датчик RK устанавливается в защитном алюминиевом кожухе, заполненном тепло-проводящей пастой, конструкция которого подобна резервуару ртутного термометра. На датчик одевается влажный хлопчатобумажный "чулок", второй конец которого опускается в воду, налитую в миниатюрную ванночку. Ванночка закрепляется возле датчика. Рядом размещается второй "чулок", натянутый на ртутный термометр, принятый за эталонный. Ванночка, датчик RK и резервуар эталонного термометра должны находиться в том воздушном объеме, влажность которого необходимо стабилизировать. В этом же объеме можно установить сосуд с водой и исполнительный механизм устройства, которое будет увеличивать влажность. По номограмме рис.1 определяются величины температур tm выкл. и tm вкл., пропорциональные минимальной и максимальной влажностям.

Проводники от термодатчика обязательно должны быть экранированы. В процессе настройки может оказаться, что нет необходимости в установке tm вкл , поскольку если требуется поддержание влажности с высокой точностью, температуры tm выкл. и tm вкл. будут отличаться всего лишь на 0,5...1°С. В этом случае между выводами 2 и 7 DA включается резистор с сопротивлением 1...1.5 МОм, точная величина которого определяется в процессе настройки. Чем больше это сопротивление, тем больше сближаются температуры tm выкл. и tm вкл — ВПЛОТЬ ДО разумного минимума диапазона регулирования.

Для поддержания постоянной температуры tc в замкнутом воздушном объеме необходим вентилятор, который перемешивает воздух в нем. Обязательным условием точного измерения влажности является обдувание влажного термометра воздухом с постоянной скоростью (в психрометре типа 1470 требуется скорость 2,4 м/с.

В нашем конкретном случае обдув производится вентилятором, который перемешивает воздух. При эксплуатации этого устройства необходимо контролировать наличие воды в резервуаре исполнительного механизма, регулирующего влажность, и уровень воды в ванночке, обеспечивающей увлажнение корпуса датчика RK.

Другие страницы сайта