Электронный влагомер

Электронный влагомер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналнстнйескнх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{ii)744305 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено240378 (21) 2595457/18-25 (53)M. Кл с присоединением заявки ¹â€”

G 01 N 27/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300б.80. Бюллетень ¹ 24

Лата опубликования описания 300880 (53) УДК 551.508..7(088.8) (72) Авторы изобретения

Л. Л. Ермин, A. И. Мартяшин и В. Ф. Рябов (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ВЛАГОМЕР

Изобретение относится к области автоматического измерения влажности материалов по реактивной составляющей емкостного преобразователя в условиях широкого изменения сквозной проводимости и поляриэационных потерь в исследуемом веществе и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов, например зерна.

Известен электронный влагомер с автоматической стабилизацией активных потерь сквозной проводимости), содержащей основной высокочастотный и вспомогательный ниэкочастот- 15 ный мосты, генераторы высокой и низкой частоты, детектор и фазочувствительный усилитель 11 .

Принцип действия влагомера заключается в стабилизации сквозной проводимости исследуемого материала с помощью малоинерционного терморезистора, нить косвенного нагрева которого включена в фазочувствительную цепь усилителя небаланса низкочастот-25 ного моста.

Основными недостатками известного влагомера являются узкий диапа,зон стабилизации сквозной проводимости и невысокая точность измере- 30

2 ния, так как в устройстве отсутствует компенсация поляризационных потерь. Кроме того, трудность подбора и стабилизации характеристики терморезистора, невозможность полного устранения влияния сигналов ВЧ и ИЧ мостов друг на друга, а также большая погрешность детектирования ВЧ сигнала в целом не позволяют реализовать высокоточное устройство.

Известно также устройство для измерения физико-химических характеристик вещества по его диэлектрической постоянной, предназначенное для измерения влажности веществ, содержащее автогенератор тока, ключ, катушку индуктивности, емкостной преобразователь, автогенератор напряжения и частотомер $2j.

В устройстве предусмотрена компенсация потерь от сквозной проводимости, поляризационных потерь, которая заключается во введении в .колебательный контур, образованный. преобразователем и катушкой индуктивности, отрицательных сопротивлений.

Основным недостатком известного устройства является недостаточный диапазон измерения влажности, обусловленный узким диапазоном изменейия отрицательных сопротивлений и допустимого значения сквозной проводймости, в катаром возникает автогенераторный режим, а также необходимость предварительной установки выходных сопротивлений автогенераторов, а в моночастотном режиме необходимость ручной настройки контура на заданную частоту, что предопределяет невысокую точность и громоздкость устройства.

Из известных устройств. наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электронный влагомер, содержащий емкостной пре(образователь, первая клемма которого соединена с прямым выходом генератора несимметричного прямоугольного напряжения, а вторая клемма — co входом операционного усилителя с опорным элементом в цепи отрицательной обратной связи, нуль-орган и индикатор (3) . 20

Основным недостаткам изве(THoI влагомера является недостаточная точность измерения, обусловленная тем, что в эквивалентной схеме преобразователя не учтена геометрическая емкость,д5 пустого преобразователя и емкость, характеризующая мгновенную поляризацию в исследуемом веществе.

Другим недостатком известнога влагомера является относительно узкий: диапазон измерения влажности в связи с тем, что при изменении влажности зерна, например от 11Ъ до 50%, сопротивление резистора сквозной проводимости изменяется в пределах от де:ятков мегаом да единиц килоом. При такой широкой вариации изменение крутизны вершины импульса генератора настолько велико, что операционный усилитель быстро входит в насыщение и работоспособность схемы нарушает- 4О ся.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения влажности. 45

Поставленная цель достигаетсн тем, что в известное устройство дополнительно введены параллельно соединенные компейсирующий конденсатор и управляемый резистор, фильтр нижних частот, дифференциатор и преобразователь напрнжения в унифицированный сигнал, причем инверсный выход генератора прямоугольных напряжений соединен со входом операционного усилителя через параллельно соединенные коМпенсирующий конденсатор и управляемый резистор, фильтр нижних частот соединен с управляемым резистором и выходом операционного усилителя, который непосредственно под- фО ключен к одному иэ входов преобразователя напряжения, а второй вход преобразователя связан с выходом операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор и нуль-орган выход преобразователя подсоединен к индикатору.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого влагомера; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Влагомер для сыпучих веществ содержит контактный емкостной преобразователь 1, эквивалентная схема которого представлена конденсаторами 2 и 3 с емкостями Со и С„„ соответственно, характеризующимй первую геометрическую емкость пустого преобразователя, а вторая емкость мгновенной поляризации (электранной и ионной) в исследуемом веществерезисторами 4 и 5 соответственно сквозной проводимости с сопротивлением R и резистором поляризационных потерь с сопротивлением r, а также конденсатором б, характеризующим релаксационную поляризацию емкостью

C„, кроме того, генератор 7 несимметричного прямоугольного напряжения, саедиченный через датчик 1 со входом операционного усилителя 8, обратной связи которогс включен опорный конденсатор 9 с емкостью С<, компенсирующий конденсатор 10 с емкостью

Ск, включенный параллельно управляемому резистору 11, соединяющему инверсный выход генератора 7 со входом усилителя 8, фильтр 12 нижних частот, через который выход усилителя. 8 соединен с управляющим входом резистора 11, кроме того, к выходу усилителя 8 подключены последовательно соединенные преобразователь 13 напряжения в унифицированный сигнал и индикатор 14, а также дифференциатор 15, через нуль-орган 16 соединенный с управляющим входом преобразователя 13.

Работа влагомера происходит следующим образам.

С прямого выхода генератора 7 несимметричного прямоугольного напряжения на вход операционного усилителя (Оу) 8 поступает прямоугольное напряжение "Г,„ (й) с периодом 2Та, размахом амплйтуд 2 Ба и постоянной составляющей И,, С инверсного выхода генератора через управляемый резистор с сопротивлением В „ и компенсирующий конденсатор Ск на вход Оу 8 поступает инвертированное опорное напряжение uort(1).

Напряжение на выходе Оу 8 представляет суперпозицию следующих составляющих: ц ®=ц (g)qg (g) g (y) >g (y)-.

744305

0 (t) — (u,+0„) л

uR „()= — — (u ++u„) к л () (e гср)ц

B Интеавсме Е -t

Информативными параметрами являются емкости, характеризующие поляризационные процессы1 а именно С„„и Ср, имеющие наиболее линейную и стабильную зависимость от диэлектрической проницаемости, т. е. от влажности.

Параметры R, г и Со являются неинформативными и мешающими, так как они зависят не только от содержания влаги, но и от химического состава, структуры и других свойств вещества.

Устранение влияния мешающих параметров происходит. следующим об. разом. Влияние R устраняется с помощью канала компенсации, состоящего из фильтра 12 нижних частот и управляемого напряжением резистора 12, включенных в цепь отрицатель- 25 ной обратной связи ОУ 8 и в совокупности представляющих астатический регулятор. В случае неравенства R u

R. на выходе ОУ 8 появляется постоянная составляющая, которая виде- Зр ляется фильтром 12 и подается на управляющий вход резистора 11, изменяя его сопротивление R до выполнения равенства R = R . При полной компенсации постоянная составляющая 35 на выходе ОУ 8 отсутствует и соответственно

Компенсация геометрической ем- 4р кости С пустого преобразователя осу-, ществляется путем подачи инвертированного опорного напряжения через конденсатор 10, который подбирается иэ условия Ск — С 45

При компейсаций R и С напряжение на выходе ОУ 8 описывается выражением и (t)0 (t)+U (t)= "u — П - — U e" °

ОУ см сР сл о с о сл О 5Р причем от сопротивления r поляризационных потерь зависит лишь последний член, стремящийся к нулю при выполнении условия t )) С р.

При этом напряжение на выходе дифференциатора 15 пропорционально скорости изменения (первой производной) напряжения 0,1„ и, в частности скорости изменения члена, зависящего от r где с — постоянная времени дифференциатора. Момент, когда член, зависящий от r, приблизился к нулю с удов- 65 летворяющей нас точностью, фиксируется с помощью дифференциатора 15 и нуль-органа 16 и регулируется путем выбора соответствующего порога срабатывания нуль-органа U O. Начиная с момента t„, может быть измерено либо мгновенное значение напряжения либо его интегральное значение в интервале („ -ек1. Эту операцию осуществляет прес раэователь 13 напряжения в унифицированный сигнал, отражаемый индикатором 14.

Йспользование новых узлов и введение новых связей выгодно отличает предлагаемый влагомер от известного.

Во-первых, повышается точность измерения, так как устранение влияния основного меняющего фактора-сквозной проводимости — осуществляется не эа счет специальной обработки сигнала, имеющего весьма искаженную форму, а и наиболее точным методомкомпенсационным, с применением системы автоматического регулирования, не реагирующей на искажения формы переменной составляющей сигнала. В то же время уменьшается влияние сопротивления поляризационных потерь, так как интервал измерения выбирается не условно, как в известном, а с момента, когда погрешность, вносимая г, уменьшается до наперед заданных значений. Кроме того, объект измерения представлен более точной эквивалентной схемой и осуществлена компенсация емкости пустого датчика.

Во-вторых, расширяется диапазон измерения, за счет того, что использование одного управляемого резистора (например полевого транзистора) позволяет осуществить автоматическую компенсацию сквозной проводимос" ти при изменении последней во всем диапазоне изменения влажности без дополнительных переключений пределов и ухудшения чувствительности по емкостной составляющей.

Использование предлагаемого влагомера позволяет создавать точные, малогабаритные приборы, работающие в широком диапазоне изменения влажности.

Формула изобретения

Электронный влагомер, содержащйй емкостной преобразователь, первая клемма которого соединена с прямым выходом генератора несимметричного прямоугольного напряжения, а вто" рая клемма - co входом операционного усилителя с опорным элементом в

744305

ЦНИИПИ Заказ 3783/8 Тираж 10 19 Подписное

Филиал ПНП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 цепи отрицательной обратной связи, нуль-орган и индикатор,. о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьваения точности и расширения диапазона измерения, в него дополнительно введены параллельносоединенные компен- $ сирующий конденсатор и управляемый резистор, фильтр нижних частот, дифференциатор и преобразователь напряжения в унифицированный сигнал, причем инверсный выход генераторапрямоуголь- ð ного напряжения соединен со входом операционного усилителя через параллельно соединенные компенсирующий конденсатор и управляемый резистор, фильтр, нижних частот соединен с управляемым резистором и выходом операционного усилителя, который непосредственно подключен к одному иэ входов преобразователя напряжения. а второй вход преобразователя связан с выходом операционного усилителя через последовательно соединенные дифференциатор и нуль-орган, выход преобразователя подсоединен к индикатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 248297, G 01 N 27/22.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 417718, G 01 N 27/22.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2360100/18-25, кл. 6 01 и 27/22, 1976 (прототип).