УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к контактным измерителям и может быть использовано для экспресс-контроля влажности сыпучих материалов на ленте транспортера.

Известно устройство для измерения влажности сыпучих веществ, содержащее два электрода, погружаемые в измеряемую среду, генератор прямоугольных импульсов, два усилителя, подключенные параллельно выходу генератора, диффе- ренциальный разделитель напряжения, подключенный входами к выходам усилителей, функциональный преобразователь, с помощью которого выходное напряжение разделителя преобразуется в сигнал, пропорциональный влажности исследуемого вещества, вольтметр, при этом один из электродов подключен к выходу одного из усилителей, а другой - к их общему заземлению [1]. Недостаток этого устройства - низкая точность, связанная с тем, что информационный параметр (амплитуда импульса) при прохождении от измерительного преобразователя до выхода устройства претерпевает двойное преобразование, каждое из которых выполняется с той или иной степенью погрешности. Низкая точность обусловлена также тем, что при проведении конвейерных измерений движущегося материала результат контроля, представляющий собой некую усредненную величину, содержит в себе информацию, далекую от истинной из-за флуктуаций дисперсности материала.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее первичный и измерительный преобразователи, дифференциальный усилитель и компаратор, ключевую схему, потенциометрический усилитель с конденсатором, схему управления ключевой схемой, логическую схему И, элемент задержки с инвертирующим выходом, регистрирующий прибор, при этом выход измерительного преобразователя подключен к последовательно соединенным дифференциальному усилителю и компаратору, ключевая схема и потенциометрический усилитель соединены последовательно и включены между измерительным преобразователем и регистрирующим прибором, первый вход схемы И соединен с выходом компаратора, а другой ее вход подключен к компаратору через элемент задержки, выход логической схемы И подсоединен к входу схемы управления ключевой схемой [2].

Принцип действия устройства основан на выборке из входного сигнала измерительного преобразователя результата измерения в момент максимального контакта первичного преобразователя с измеряемой пробой. Недостаток устройства - низкая точность, обусловленная включением первичного преобразователя в цепь колебательного контура, изменение параметров которого (индуктивности или активного сопротивления) вследствие различных внешних факторов влияет на амплитуду выходного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения влажности сыпучих материалов, содержащее емкостной датчик в виде погружаемой в материал пары электродов, источник электрического сигнала (одиночного импульса), подключенный к одному из электродов, и пиковый детектор, вход которого соединен с другим электродом, а выход - с регистратором [3]. Принцип действия устройства основан на измерении параметров импульса тока, протекающего через контролируемый материал при подаче на емкостной датчик импульса постоянного напряжения. Недостаток устройства - невысокая точность при измерении влажности движущегося материала.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения влажности сыпучих материалов, содержащее емкостной датчик в виде погружаемой в материал пары электродов, источник электрического сигнала, подключенный к одному из электродов, и пиковый детектор, введены дополнительно таймер и эмиттерный повторитель, вход которого подключен к другому электроду, а выход - к входу пикового детектора; источник электрического сигнала выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, управляемого таймером; электроды, генератор прямоугольных импульсов и эмиттерный повторитель скомпонованы в едином корпусе и образуют блок измерительного преобразователя, соединенный с остальной частью схемы электрическими линиями связи.

Пиковый детектор выполнен в виде двух последовательно соединенных усилителей постоянного тока с зарядными конденсаторами емкостью С₁ и С₂, подклю- ченными ко входам первого и второго усилителей, соответственно, при этом С₁ << С₂, и параллельно конденсатору с емкостью С₂ включен разрядный ключ, управляемый от таймера.

Кроме того, устройство может быть снабжено управляемым от таймера механизмом подъема и опускания измерительного преобразователя.

Повышение точности измерения обеспечивается в предлагаемом устройстве следующим.

Во-первых, использование в качестве электрического сигнала не одиночного импульса, а импульсной последовательности позволяет нейтрализовать флуктуации дисперсности движущегося исследуемого материала в течение измерительного такта.

Во-вторых, размещение источника электрического сигнала в непосредственной близости от емкостного датчика нейтрализует влияние паразитной емкости соединительных проводов на емкостной датчик.

В-третьих, использование в качестве источника сигнала генератора прямоугольных импульсов позволяет получить более крутые передние фронты импульсов, подаваемых на емкостной датчик, в сравнении с прототипом. В сочетании с эмиттерным повторителем это позволяет с максимальной точностью передать на пиковый детектор наиболее информативный измеряемый параметр - максимальный зарядный ток - без влияния пологой части импульса. А это, в свою очередь, позволяет нейтрализовать влияние резистивной проводимости материала при повышенных значениях влажности.

Дополнительное влияние на повышение точности оказывает двухкаскадное исполнение пикового детектора с малой величиной входного конденсатора, обеспечивающее запоминание амплитуды отдельных импульсов без искажения переднего фронта.

Кроме того, на повышение точности влияет также периодический характер контактирования электродов измерительного преобразователя с исследуемым материалом, что позволяет уменьшить износ электродов, а, следовательно, обеспечить стабильность геометрических параметров первичного преобразователя, влияющих на его передаточную характеристику.

Автоматическое управления подъемом и опусканием измерительного преобразователя делает это устройство удобным при измерениях влажности движущегося на ленте транспортера материала.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для измерения влажности; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1, в корпусе которого размещены электроды 2, 3 с выступанием за его пределы, генератор 4 прямоугольных импульсов, эмиттерный повторитель 5. На некотором удалении от измерительного преобразователя (расстояние может составлять несколько десятков метров) размещены таймер 6, пиковый детектор 7, регистратор 8; в устройство входят также механизм 9 подъема и опускания преобразователя 1, выполненный в виде электромагнита, схема 10 управления механизмом 9. Кроме того, устройство может содержать выходной блок 11 для преобразования результатов измерения в сигнал, удобный для использования в системах АСУТП. Пиковый детектор 7 выполнен в виде двухкаскадной схемы и содержит усилители постоянного тока 12 и 13, к входам которых подключены зарядные конденсаторы 14 и 15. Параллельно конденсатору 15 подключен разрядный ключ 16, управляемый от таймера 6.

Устройства работает следующим образом. Перед погружением электродов 2, 3 в исследуемый материал, находящийся, например, на ленте транспортера, с помощью любого пробоформирующего устройства уплотняют поток материала, чтобы обеспечить постоянство плотности материала в зоне работы датчика. Измерительный преобразователь 1 опускают на контролируемый материал так, чтобы электроды 2 и 3 погрузились в него. Опускание осуществляют вручную или автоматически. При автоматическом опускании сигнал с выхода таймера 6 подается на схему 10 управления электромагнитом 9, якорь которого механически связан с измерительным преобразователем 1.

Таймер 6 задает периодический характер измерений (фиг. 2,а). Передним фронтом этого импульса (фиг. 2,б) осуществляется кратковременное замыкание разрядного ключа 16, что вызывает разряд конденсатора 15 - "обнуление" пикового детектора. Одновременно запускается генератор 4 прямоугольных импульсов (фиг. 2,в), продолжительность работы которого задается длительностью импульса с выхода таймера 6.

С выхода генератора 4 последовательность прямоугольных импульсов стабильной амплитуды подается на емкостной датчик 2, 3, включенный последовательно в измерительную цепь. Каждый импульс, проходя через сыпучий материал, видоизменяется по сравнению с первоначальной формой, при этом полезную информацию несет максимальный зарядный ток, как реакция на передний фронт импульса (фиг. 2,г). С емкостного датчика сигнал через эмиттерный повторитель 5 по линиям связи поступает на вход пикового детектора 7. Каждый импульс запоминается на короткое время t₁ на конденсаторе 14 малой емкости С₁, Емкость С₁ выбирается такой величины, чтобы заряд ее осуществился за время длительности фронта импульса. Затем конденсатор 14 разряжается через усилитель 12, включенный по схеме повторителя нап- ряжения, на конденсатор 15 с емкостью С₂ >> С₁, который осуществляет хранение напряжения до поступления импульса, имеющего большую амплитуду. При этом осуществляется подзаряд конденсатора 15 и сохранение на нем напряжения, равного максимальной из амплитуд импульсов V_m1 в данном такте измерения. Этот параметр сохраняется до следующего такта измерения и через усилитель 13 подается на регистратор 8. Он же может использоваться в системе АСУ ТП после преобразования в необходимую форму в блоке 11.

Максимальное значение амплитуды принимается за истинное значение влажности, т.к. соответствует наиболее однородному по плотности участку контролируемой пробы (это задается предварительной калибровкой прибора).

По окончании рабочего цикла измерительный преобразователь 1 поднимается, т. к. якорь электромагнита 9 возвращается в исходное положение. При этом электроды 2, 3 не подвергаются дополнительному износу.

Длительность такта измерения выбирается достаточно большой по сравнению с временем погружения электродов в контролируемый материал.

Перед началом следующего такта измерения сигналом с выхода таймера детектор "обнуляется" и процесс начинается сначала.

Использование: аналитическое приборостроение, экспресс-контроль сыпучих материалов в горнообогатительном производстве. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный преобразователь, в корпусе которого размещен емкостный датчик в виде пары электродов, погружаемых в контролируемый материал, генератор прямоугольных импульсов, эмиттерный повторитель. Устройство содержит также таймер, пиковый детектор, регистратор. Измерительный преобразователь связан с остальной частью схемы, дистанционно удаленной от него электрическими линиями связи. Устройство снабжено также управляемым от таймера механизмом подъема и опускания измерительного преобразователя. Использование устройства наиболее целесообразно при экспресс-контроле сыпучих материалов на ленте транспортера, например, в горнообогатительном производстве. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее емкостный датчик в виде погружной пары электродов, источник электрического сигнала, подключенный к одному из электродов, и пиковый детектор с регистратором, отличающееся тем, что в него введены таймер и эмиттерный повторитель, вход которого подключен к другому электроду, а выход - к входу пикового детектора, источник электрического сигнала выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, управляющий вход которого и управляющий вход пикового детектора соединены с выходом таймера, а электроды, генератор прямоугольных импульсов и эмиттерный повторитель объединены в общем корпусе и образуют блок измерительного преобразователя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пиковый детектор выполнен в виде двух последовательно соединенных усилителей постоянного тока с двумя зарядными конденсаторами, подключенными к входам соответственно первого и второго усилителей, причем емкость второго конденсатора значительно больше емкости первого и параллельно ему включен разрядный ключ, управляемый от таймера. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено управляемый от таймера механизмом подъема и опускания блока измерительного преобразователя.