Электронно-цифровой влагомер

Электронно-цифровой влагомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЙ ВЛАГОМЕР, содержащий аатчик-кон|Денсатор , включенный в контур измерительного генератора, выхоц которого через первый вхоц первой схемы совпацения соепинен с первым входом агорой схемы совпадения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выхоа которого подключен к второму входу второй схемы совпадения, а второй выход соединен с первым входом третьей схемы совпадения, опорный генератор , выход которого подключен соответственно к первому входу четве{ той схемы совпадения, которая соеаинена с третьим входом второй схемы совпааения, к последовательно соепиненным первому входу пятой схемы совпааення, второму входу третьей схемы совпааения и первому входу 3-разряаного десятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого связан с терморезистором, а выход подключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питания и контакты включения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него дополнительно введены программное управляющее устройство, состоящее из последовательно соединенных трех многоразрядных двоичных делителей и триггера, шестая схема совпадения, триггер питания , а также блок сброса и индикации разрядов источника питания, причем вход программного управляющего yctpoйcтвa соединен с вь1ходом опорного генератора , первый выход - соответственно с вторыми входами первой и четвертой схем совпадения и первым входом шее- : той схемы совпадения, а второй выход - с первым входом триггера питания, втоi рой вход шестой схемы совпааения под- , ключен к второму выходу 12-раарядного (Л счетчика, а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и третий входы триггера питания соответственю соединены с контактами включения и выходом источника питания, а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разряда источел ника питания, последний выходом соедиlN3 нен с вторыми входами сброса 12-раз со рядного счетчика, 3-разрядного десятич00 ного счетчика и вторым входом программного управляющего устройства. 2. Влагомер по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что блок сброса и индикации разряда источника питания состоит из двух генераторов тока различной полярности, выходы которых соединены между собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора вклю-. чей переменный резистор, а в базовую иепь транзистора второго генератора два стабилитрона, и инвертора, два входа

СОЮЗ С08ЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИХ

3(51) 5 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЯЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3446570/18-25 (22) 01.06.82 (46} 07.11.83. Бюл. И 41 (72) l0. П. Бурштейн, В.Е. Елизаров, IO. К. Иванов, П. ll. Кузнецов, Е. 3. Полонецкий, Ю. П. Секанов, Д. А. Смиловенко и И. С. Шкуропацский (53) 620.171.33 (088.8) (56) 1. Авторское свицетельство СССР

hh 593129, кл. С 01 N 27/22, 1978.

2. Патент СБА Ив 4080563, кл. Q, 01 Й 27/26, опублик. 1977 (прототип). (54) (57) 1. ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЙ

ВЛАГОМЕР, соцержаший цатчик-кон,денсатор, включенный в контур измерительного генератора, выхоц которого через первый вход первой схемы совпацения соецинен с первым вхоцом второй схемы совцацения и через нее с первым вхоцом 12-разряцного счетчика, первый выхоц которого поцключен к второму вхоцу второй схемы совпацения, а второй выхоц соецинен с первым вхоцом третьей схемы совпацения, опорный генератор, выхоц которого поцключен соответственно к первому вхоцу четвертой схемы совпадения, которая соецинена с третьим вхоцом второй схемы совпацения, к послецовательно соединенным первому вхоцу пятой схемы совпа» дения, второму входу третьей схемы совпацения и первому вхоцу З«разряцного цесятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый ахоп которого связан с терморезистором, а выхоц поцключен к второму вхоцу пятой схемы совпацения, источник питания и контакты включения, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности

ÄÄSUÄÄ 1052981 А и нацежности измерений, в него цополнительно ввецены программное управл»юшее устройство, состоящее из послецбва тельно соециненных трех многоразряцных цвоичных целителей и триггера, шестая схема совпацения, триггер питания, а также блок сброса и инцикации разряцов источника питания, причем ахи программного управляющего устройства соецинен с выхоцом опорного генератора, первый выхоц - соответственно с вторыми вхоцами первой и четвертой схем совпацения и первым вхоцом шестой схемы совпацения, а второй выхоц »« с первым вхоцом триггера питания, вто» рой вхоц шестой схемы совпацения поц-, ключен к второму выхоцу 12-раэряцного счетчика, а выхоц - к второму sxoay блока температурной компенсации, вто» рой и третий вхоцы триггера питания соответственю соецинены с контактами включения и выхоцом источника питания, а выхоц поцключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и ннцикации раэряца источника питания, послецний выхоцом соецинен с вторыми вхоцами сброса 12-раэ» ряцного счетчика, 3-разряцного цесятичного счетчика и вторым вхоцом программного управляющего устройства.

2. Влагомер по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок сброса и инцнкации раэряца источника питания состоит из цвух генераторов тока разлячной полярности, выхоцы которых соецинены межцу собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора вклю- .. чен переменный резистор, а в базовую цепь транзистора второго генераторацва стабилитроиа, и инвергора, цва вхоца которого подключены к точке соецине» ния выходов обоих генераторов, а выход

1052981 через резистор соединен с входом первого генераторв, тока, 1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным ус ройствам цля измерения влажности сыпучих материалов в полевых условиях, и может быть использовано для измерения 5 влажности кормовых материалов и фуражного зерна.

Известен емкостный измеритель концентраций, содержащий цатчик-конденсатор, генератор, блок температурной компенсации 5 1 g .

В данном устройстве используется преобразование температуры в напряжение постоянного тока, а затем с помощью нелинейного блока термопоправка в анало- 15 говой форме вводится в результат измерения. Такая конструкция устройства не позволяет применять его в цифровых экспресс-влагомерах., Кроме того, наличие нелинейного блока усложняет 20 прибор и снижает его точность.

Наиболее близким к прецлагаемому является электронно-цифровой влагомер, содержащий датчик-конденсатор, включенный в контур измерительного генератора, выход которого через первый ахоп первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпацения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выход которого 30 поцключен к второму входу второй схемы совпацения, а второй выход включен на первый вхоц третьей схемы совпацения, опорный генератор, выхоц которого соединен соответственно через первый вход четвертой схемы совпадения с третьим входом второй схемы совпацения и последовательно соециненными первым вхоцом пятой схемы совпадения, вторым вхоцом третьей схемы совпадения и 40 первым вхоцом 3-разряцного цесятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый ахоп которого, связан с терморезистором, а выхоц подключен к второму вхоцу пятой схемы совпадения, 45 источник питания и контакты (2 ), В известном устройстве, использующем емкостный способ измерения влаж2 ности, цля повышения точности оператор вводит поправку на YeMrlepaTypy обьекта. ,Для этого в рабочей камере цатчикаконценсатора установлен цатчик температуры материала, сигнал которого поступает в блок температурной компенсации и по команде оператора корректирует окончательный рэзультат измерения влажности. При таком способе введения температурной поправки имеется большая неопрецеленность момента ее ввоца. Это вызвано тем, что различные среды имеют отличные друг от друга теплофизические характеристики, что обуславливает неодинаковое время уста новления теплового равновесия, после которого надо начинать измерение. Датчик температуры обладает инерционностью и сигнал на его выходе„соответствующий моменту установления теплового равнове» сия в системе исслецуемый материалтермоцатчик, устанавливается не сразу, а в течение определенного времени. Таким образом, при одной и той же температуре контролируемых материалов в зависимости от длительности установления теплового равновесия и момента ввода температурной коррекции в результат измерения ввоцится различная поправка, т.е. блок температурной компенсации в этом случае вносит дополнительную случайную погрешность, Кроме того, в известном устройстве при цлительной эксплуатации происхоцит снижение напряжения батарей питании, Это вецет к изменению режимов раб ты узлов влагомера, в частности изменяется частота опорного генератора и цлительность импульса блока температурной компенсации, может произойТи сбой в работе счетчиков . Первое приводит к значительным погрешностям при измерении влажности, второе снижает нацежность работы влагомера., Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений влажности сыпучих материалов.

3 10529

Поставленная цель достигается тем, что в электронно-цифровой влагомер, соаержаший патчик-конаенсатор, включенный B контур измерительного генератора, выход которого через первый ехоп первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпадения и через нее с первым вхоаом

12-разрядного счетчика, первый выход которого подключен к второму входу второй схемы совпадения, а второй выход соединен с первым вхопом третьей. схемы в совпадения, опорный генератор, выход .которого подключен соответствен но к первому входу четвертой схемы совпадения, которая соединена с третьим

Ф

Bxoaotvf второй схемы cOBIIBfjeHHR к последовательно соединенным первому входу пятой схемы совпадения, второму входу третьей схемы совпадения и пер вому входу 3-разрядного десятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый ахоп которого связан с терморезистором, а выход поаключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питания и контакты включения, дополнительно введены программное управляюшее устройство, сосгояшее из последовательно соединенных трех многоразрядных пвоичных деталей и триггера, шестая

30 схема совпапения, =риггер питания, а также блок сброса и инпикации разрядов источника питания, причем вход программного улравляюшего устройства соединен с выходом опорного генератора, лервыйвыcoa-cooTBRIcTBRHHDc вторыми входами первой и четвертой схем совладения и первым входом шестой схемы совладения, а второй выход - с первым входом триггера питания, второй вхоп шестой схемы совладения подключен к второму выходу 12-разрядного счетчика, а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и третий входы триггера питания соответственно соединены с контактами включения и выходом источника питания, а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разряда источника питания, последний выходом соединен с вторыми вхопами сброса 12-разрядного счетчика, 3-разрядного десятичного счетчика и вторым входом программного управляюшего устройства.

Кроме того, блок сброса и инпика- Ы ции разряда источника питания состоит иэ двух генераторов тока различной .псьлярности, выхопы которых соединены меж81 4 ду собой, причем в базовую цель транзистора первого генератора включен переменный резистор, а в базовую цель транзистора второго генератора — два стабилитрона, и инвертора, два входа которого попключены к точке соединения выходов обоих генераторов, а выход через резистор соединен с входом первого генератора тока, На фиг, 1 приведена структурная схема электронно-цифрового влагомера сыпучих материалов; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока сброса и инаикации разряда источника питания.

Влагомер состоит из датчика-конденсатора 1, включенного в контур измерительного генератора 2, выход которого через первый вхоа. первой схемы 3 совпадения соединен с первым вхопом второй схемы 4 совладения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика 5, Первая схема 3 совладения выполнена в виде стробируюшего делителя на ава с использованием микросхемы К176ТМ1.

Первый BblxoEt 12-разрядного счетчика 5. подключен к второму вхоау второй схемы 4 совлапения, B второй выход соответственно соединен с первым вхоаом третьей схемы 6 совпадения и вторым входом шестой схемы 7 совладения. Опорный генератор 8 соединен соответственно с первым входом четвертой схемы 9 совладения, которая соединена с третьим входом второй схемы 4 совпадения, последовательно соеаиненными первым вхоаом пятой схемы 10 совлааения, вторым входом третьей схемы 6 совпадения, которая соепинена с первым входом 3-разрядного десятичного счетчика 11, а также входом программного управляюшего устройства 12. Программное улравляюшее устройство 12 первым выхопом соединено соответственно с вторым вхопом первой схемы 3 совла» пения, четвертой схемы 9 совпадения и первым входом шестой схемы 7 совпадения, второй выход - с первым входом триггера 13 литания. Программное управляюшее устройство 12 состоит из послеповательно соединенных первого 9разрядного двоичного целителя 1 4, 6-пазояаного двоичного делителя 15, второго 9-разрядного двоичного аелителя 16 и триггера 17. Триггер 13 питания выполнен на транзисторах

КТ352Б, КТ342А.

Терморезис1ор 18 (CT1 ), установленный в рабочем пространстве аатчикаконаенсатора 1, включен на первый вход

105 блока 19 температурной компенсации, Нторой вход блока 19 температурной компенсации соединен с выходом шестой схемы 7 совпа.ленин, а выход поцключен к второму входу пятой схемы 10 совпадения, Блок 19 температурной компенсации представляет собой преобразователь температура-время, собранный, на цвух транзисторах микросхемы К159НТ16 и транзисторе КТ349Б, т.е. это ждуший мультивибратор на транзисторах разной проводимости. Источник 20 питания влагомера через третий вход триггера 13 питания подключен ко всем узлам влагомера, в том числе и к блоку 21 сброса и индикации разряца источника питания, выход которого соединен соответственно. с вторыми входами блока сброса 12разрядного счетчика 5, 3-разрядного цесятичного счетчика 11 и программного управляющего устройства 12.

Блок 21 сброса и индикации разряда источника питания (фиг. 2) выполнен на транзисторах Tl и Т2 (соответственно 1<Т349Б и KT 3424) и инверторе L13.4 микросхемы Е176ЛЕ5. Б базовую цепь транзистора Тl включен целитель напряжения, состояший из резистора Р 1 и R2, а в базовую цепь транзистора T2 - последовательно qea диода ",1 .1 1 и 1» 2. В эмиттерных цепях обоих транзисторов включены соответственно Р 3 II Р 4. Причем сопротивление R4 шунтировано с помощью конденсатора Cl, 1-1а транзисторах Тl и Т2, таким образом, собраны gaa генератора токе. разной полярности и включены встре-пч. gaa вхоца инвертора f13.4 подключены к точке соединения генераторов тоха. а выхоц чорез резистор Р5 соединен с базой транзистора, К второму вхоцу (фиг. 1 ) триггера 13 питания подключены .контакты 22 вклк нния, а индикатор 23 соецинен с .выходом . --разрядно "o десятичного счетчика 1l. . Злагом р (заботйот след JIOIIIHM Образом.

11нкл работы прибора состоит из измерения влажности исследуемого обрез и и внесения термопоправкн в рз= зультат измерения. Перехоцом из оцнсго режима в другой, включением и

Отключением прибора по окончании измеy= íèII управляет программное управля ю шее; от ройс тво 1 2. Б ремя внесения термопоправхи выбрано с учетом цлител ьнос ти pñ таи Овце н ия тепл 000 ГО равно» весия для различных сельскохозяйствен81 6 ных материалов и инерционности терморезистора. Этим цостигается выход даз чика прибора на установившийся режим в диапазоне рабочих температур влагомера.

Исходным сигналом для включения электронно-цифрового впагомера служит замыкание контактов 22 включения, которые срабатывают в том случае, когда уплотнение образце происхоцит заданным усилием (более 8 кг). При замыкании контактов 22 включения триггер 13 питания устанавливается в другое устойчивое состояние, при этом от источника 20 питания поцается напряжение на все узлы прибора. После включения прибора начинают генерировать измерительный 2 и опорный 8 генераторы, блок 21 сброса и индикации разряда источника питания формирует сигнал сброса, обнуляюший J 2разрядный двоичный счетчик 5, 3-разрядный десятичный счетчик 11 и

6-разрядный цвоичный счетчик 15 программного управляюшего устройства

12.

Сигнал с измерительного генератора 2,, частота которого определяется циэлектрической проницаемостью образца, помещенного в датчик-конценсатор 1, поступает на схему 3 совпадения, выполня юшую функцию стробируюи,его делителя на д,ва. На схеме 3 совпадения присутствует сигнал программного управляющего устройства 12, разрешающий прохождение сигнала измерительного генератора на вторую схему 4 совпадения. Для четвертой схемы 9 совпацения сигнал программного унравляюшего устройства является запрещающим, поэтому сигнал с опорного генератора 8 на вторую схему 4 совпадения не проходит.

По окончании действия импульса сброса, сформированного блоком 21 сброса и индихадии разряда источника питания, начинается заполнение 12-разрядного цвоичного счетчика 5 сигналом измерительного генератора 2. При приходе на вход счетчика 5 2048 импульсов на его первом выходе появится сигнал, бл окируюший вторую схему 4 совпадения, и поступление импульсов на вход 12разрядного цвоичного счетчика 5 прекращается. С второго выхоца счетчика 5 снимается импульс, начало которого соответствует прихоцу на вход счетчика 5

1024 импульсов, а конец - 2048, и поступает на третью схему 6 совпадения, разрешая не время действия импульса про7 1052 хождение сигнала опорного генератора 8 на вхоц 3-разрядного аесятичного счетчика 11. Импульсы с опорного генерагора 8 поступают на вхоц третьей схемы 6 совпацения через пятую схему 10 совпадения коз 5 торая управляется программным управляюшим устройством 12 и открыта в режиме измерения влажности. Заполнение 3-разряцного десятичного счетчика ll проаолжается в течение действия р импульса, сформированного 12-разрядным двоичным счетчиком, 5, т.е. по окончании пействия этого импульса в послецнем окажется записано число К, равное количеству импульсов опорного генератора, которое успело пройти через третью схему 6 совпадения. f024.. 2

И=1

2н3Н где f +> — частота опорного генератора; 2О

; частота измерительного геиъм не ра тора.

Так как частота опорного генератора 8 выбрана постоянной и равна 1 11Гц, то привеценное выражение примет виц: д

1024 2

ИЬМ

Частота измерительного генератора 2

30 устанавливается при настройке исхоця из градуировочной таблицы. При заполнении gamma-конпенсатора 1 исследуемым материалом частота измерительного генератора 2 уменьшается, что привопиг к увеличению hl.

Через 16 с прибор переходит в режим внесения термопоправки в результат из мерения, За это время терморезистор 18 достигнет температуры исслепуемвго образца и выйдет на установившийся режим. Перехоц к внесению термопоправки происходит по сигналу, вырабатывае мому программным управляюшим устрой-} ством 12, при этом запрешается прохожцение сигнала от измерительного генератора 2 через первую схему 3 совпа» дения на вхоц 12-разрядного двоичного счетчика 5, разрешается прохождение сигнала опорного генератора 8 на вход

12-разряцного цвоичного счетчика 5 через четвертую схему 9 совпадения, разрешается прохождение сигнала с второго выхоаа 12-разряцного цвоичного счетчика 5 через шестую схему 7 совпадения на вхоц блока 19 температурной компенсации, формируется импульс сбро- . са для 12-разряпного двоичного счетчика 5.

981 8

По окончании действия импульса сброса начинается заполнение 12-разряаного двоичного счетчика 5 сигналом опорного генератора частотой 1 11Гц.

По приходу на вход счетчика 5 1024 импульсов на его втором выхоце появляется перепад напряжения, который через шестую схему 7 совпапения поступает в блок 19 температурной компенсации и запускает его. Блок 19 темеператур» ной компенсации работает в жцушем режиме и генерирует импульс, плительность которого пропорциональна температуре материала. Этот импульс поступает на вход пятой схемы 10 совпацения и на время его цействия запрешает прохождение импульсов опорного генера» тора 8 на третью схему 6 совпадения и через нее на 3-разряцный десятичный счегчик 11. Если препположить, что длительность импульса блока температурной компенсации равна нулю, то в этом случае на вход 3-разряцного аесятичного счетчика 11 поступят 1024 импульса.

Это обусловлено тем, что на 12-разрядный двоичный счетчик 5 и на 3-разряцный десятичный счегчик 11 сигнал прихоцит от опорного генератора 8, а схема 6 совпадения открыта на время действия импульса, который присутствует на втором выходе двоичного счетчика 5.

В результате показания прибора увеличи ваются на 2,4, так как цесятичный счетчик l l — З-разрядный.

Если же длительность импульса блока температурной компенсации составит

24 мкс, то изменения показания прибора не произойпет, так как пятая схема 10 совпацения будет закрыта на время поступления 24 импульсов опорного генера» тора 8, период следования которых равен 1 мкс, и на вхоа 3-разряцного десятичного счетчика 11 пройцет 1000 импульсов, которые не изменят показания прибора. Такой режим работы блока 19 температурной поправки устанавливается при 20 С. При увеличении темо пературы длительность импульса увеличивается, следовательно, показания прибора уменьшаются, а при уменьшении — увеличиваются. В этом случае при наной температуре исследуемого материала и различных моментах времени измерения в результат вносится одна и та же термопоправка, повышаюшая точность работы влагомера.

Блок 21 сброса и инцикации разряда источника питания работает слепуюшим об52981 10

ro счетчика 11 и обнуляет его. При этом на индикаторе высвечиваются три нуля, свицетельствуюшие о разряде источника питания. С помошью конценсато

5 ра С1 схема формирует импульс сброса при включении питания. Конденсатор С1 в момент включения прибора шунтирует резистор А4, что обуславливает увеличение тока транзистора Т2 на время

1О заряца этого конценсатора, после чего конденсатор С1 не влияет на работу схемы. Импульс сброса, появляюшийся . при включении прибора, используется для обнуления 12-разряцного двоичного счетчика 5, 3-разрядного десятичного счетчика 11 и 6-разрядного двоичного счетчика 1 5. рэния влажности.

10 разом (фиг. 2). Потенциал в точке соеди» нения коллекторов транзисторов Т1 и Т2 может быть либо низким, либо высоким и зависит от соотношения токов обоих генераторов. Ток транзистора Т2 постоянный и не зависит от напряжения источ ника питания, так как напряжение на базе транзистора стабилизировано цвумя стабилитронами L13. и Д2. Ток транзистора

Т1 изменяется пропорционально изменению напряжения источника питания, поскольку напряжение на базе этого транзистора снимается с части резистора -1.

Напр жение на базе транэйстора Т1,. устанавливается таким, чтобы при напряжении питания больше 7,5 В токи обоих транзисторов были равны. Если напряжение питания больше 7,5 Б, то потенциал точки соецинения коллекторов транзисторов высокий, если меньше20 низкий. Так как чувствительность описанной схемы сушественно зависит от сопротивления нагрузки, то с нагрузкой она согласована с помошью инвертора 03.4, имеюшего высокое входное

25 сопротивление. Для увеличения стабильности работы схемы последняя охвачена слабой положительной обратной связью, осушествляемой через резистор Р 5. При уМеньшении напряжения питания ниже порогового значения, равного 7,5 В, на выхоце инвертора g3.4 появляется высо» кий потенциал, который поступает на сбросовый вхоц 3-разрядного цесятичноТаким образом, применение электронно-цифрового влагомера позволяет повысить точность измерения влажности за счет снижения температурной погрешности, что достигается вводом термопоправки после наступления теплового равновесия в системе цатчик - исследуемый материал и выхоцом термореэистора на установившийся режим. Кроме того, блок сброса и индикации разряда источника питания с целью исключения ошибочной инцикации результата измерения автоматически отключают влагомер при снижении напряжения ниже порогового, чем также повышает точность и надежность изме1052981

Составитель В. Гусева

Редактор В. Петраш Техред C.Ìèãóíîââ

Корректор, С. Черни

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8862/43. Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/5