БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ТКАНИ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/02 G01N27/22 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для непрерывного бесконтактного определения влажности движущихся текстильных материалов и бумаги.

Известно устройство для измерения малых влагосодержаний диэлектриков, содержащее усилитель, фазоинвертор, детектор, индикатор и измерительный мост, одно из плеч которого содержит последовательно соединенные компенсационный элемент, регулируемый конденсатор и параллельно соединенные кварцевый резонатор и контролируемый диэлектрик [1].

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является бесконтактный датчик влажности текстильных материалов, содержащий измерительный мост, два смежных плеча которого содержат соответственно первый и второй резисторы, смежное с первым третье плечо содержит первый конденсатор, соединенный с первым выводом кварцевого резонатора и первым электродом емкостного датчика, который взаимодействует через воздушный зазор с влажной тканью при огибании ею металлического вала, являющегося вторым электродом, соединенного с шиной заземления и вторым электродом кварцевого резонатора, а четвертое плечо содержит параллельно соединенные второй конденсатор и последовательно соединенные третий резистор и компенсационный элемент, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами указателя и выходами детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами усилителя и первым и вторым входами фазоинвертора, первый и второй выходы которого соединены соответственно со смежным с третьим плечом выводом первого резистора и смежными выводами второго и третьего резисторов, соединенного с первым выходом компенсационного элемента, второй выход которого соединен с шиной заземления и первым входом усилителя, второй вход которого соединен со смежными выводами первого и второго резисторов.

Однако известные устройства не обеспечивают достаточной точности при бесконтактном измерении в широком диапазоне изменений влажности ткани.

Цель изобретения - повышение точности измерения влажности ткани за счет увеличения чувствительности известного устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройстве, размещенном в корпусе 1 (см. фиг. 1), которое содержит измерительный мост, два смежных плеча которого содержат соответственно первый и второй резисторы, смежное с первым третье плечо содержит первый конденсатор, который через параллельно соединенные кварцевый резонатор и емкостный датчик, взаимодействующий с движущейся влажной тканью через воздушный зазор определенной величины, соединен с шиной заземления, а четвертое плечо содержит параллельно соединенные второй конденсатор и последовательно соединенные третий резистор и компенсационный элемент, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами указателя и выходами детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами усилителя и первым и вторым входами фазоинвертора, первый и второй выходы которого соединены соответственно со смежным с третьим плечом выводом первого резистора и смежными выводами второго и третьего резисторов, соединенного с первым выходом компенсационного элемента, второй выход которого соединен с шиной заземления и первым входом усилителя, второй вход которого соединен со смежными выводами первого и второго резисторов, первичный преобразователь в виде емкостного датчика, первый электрод 2 которого закреплен на диэлектрических держателях 3 на высоте z над движущейся влажной тканью 4 смещен вдоль направления движения ткани на некоторое расстояние L от точки соприкосновения ткани и металлического вала 5 (являющегося вторым электродом емкостного датчика), по которому проходит эта ткань.

Чувствительность устройства определяется зависимостью эквивалентного сопротивления R_ип элементов третьего плеча измерительного моста от параметров контролируемой влажной ткани. Эта зависимость выражается формулой

где R_q и С₀ - эквивалентное активное электрическое сопротивление и междуэлектродная емкость кварцевого резонатора;
С_п - емкость первого конденсатора;
ω - круговая частота электрического сигнала;
R_д и С_д - эквивалентные активное электрическое сопротивление и электрическая емкость датчика:


где С_З - эквивалентная электрическая емкость воздушного зазора между датчиком и тканью;
R_T и С_T - эквивалентные активное электрическое сопротивление и электрическая емкость влажной ткани, R_T монотонно убывает, а C_T монотонно возрастает при увеличении влажности ткани.

Значение выражения (2) остается практически постоянным при изменении влажности, а значение выражения (3) имеет экстремум в точке, определяемой по выражению

Тогда максимальное значение эквивалентного сопротивления третьего плеча измерительного моста можно выразить формулой

Смещение первого электрода 2 емкостного датчика вдоль ткани 4 на некоторое расстояние L от точки соприкосновения металлического вала 5 и ткани 4, которая огибает этот вал, изменяет картину электростатического поля емкостного датчика, что приводит к увеличению пути силовых линий поля внутри полотна ткани, уменьшая таким образом эквивалентную емкость ткани С_T, что в свою очередь увеличивает значение выражения (5) и повышает чувствительность устройства к изменению влажности ткани.

На фиг. 1 приведена схема установки устройства, пунктирной линией показана схема установки прототипа.

На фиг. 2 приведены кривые зависимостей значений эквивалентного сопротивления третьего плеча измерительного моста от влажности ткани.

Кривая 1 получена при установке датчика над валом (пунктирная линия на фиг.1) на высоте Z=10 мм, кривая 2 получена при смещении датчика вдоль ткани на расстояние L=100 мм от точки соприкосновения металлического вала и ткани при сохранении высоты установки над тканью Z=10 мм. При сравнении кривых видно, что при смещении датчика вдоль ткани на расстояние L=100 мм от точки соприкосновения металлического вала и ткани чувствительность устройства к влажности возрастает как до точки экстремума, так и после нее примерно в 25 раз.

Разработанное устройство прошло производственные испытания на АО Зиновьевская Мануфактура г. Иваново, что зафиксированно в полученном акте о производственных испытаниях (Приложение 1), в котором подтверждается, что погрешность устройства составляет ±2% относительной влажности ткани в диапазоне рабочих влажностей 20...42%, при этом внешние условия в цехе не оказывают влияния на показания устройства.

Литература
1. А. с. 1049816 (СССР) G 01 R 17/06; G 01 R 27/26, Параметрический преобразователь малых влагосодержаний диэлектриков в электрический сигнал. Опубл. 23.10.83. Бюл. 39.

2. Сушкин С. В. , Савченко В.Е./ Бесконтактный датчик влажности текстильных материалов // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-99): Сборник материалов научно-технической конференции.-Ч.1. - Иваново: ИГТА, 1999. - 235 с.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для непрерывного бесконтактного определения влажности движущихся текстильных материалов и бумаги. Сущность изобретения заключается в том, что первичный преобразователь в виде емкостного датчика, закрепленного на диэлектрических держателях на некоторой высоте над движущейся влажной тканью, смещен вдоль направления движения ткани на определенное расстояние от точки соприкосновения ткани и металлического вала, по которому проходит эта ткань. Технический результат изобретения - повышение точности измерения влажности за счет увеличения чувствительности. 2 ил.

Бесконтактный датчик влажности ткани, содержащий измерительный мост, два смежных плеча которого содержат соответственно первый и второй резисторы, смежное с первым третье плечо содержит первый конденсатор, который через параллельно соединенные кварцевый резонатор и первичный преобразователь в виде емкостного датчика, установленного на определенной высоте над металлическим валом, соединенным с шиной заземления, по которому проходит влажная ткань, соединен с шиной заземления, а четвертое плечо содержит параллельно соединенные второй конденсатор и последовательно соединенные третий резистор и компенсационный элемент, первый и второй входы которого соединены с соответствующими входами указателя и выходами детектора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами усилителя и первым и вторым входами фазоинвертора, первый и второй выходы которого соединены соответственно со смежным с третьим плечом выводом первого резистора и смежными выводами второго и третьего резисторов, соединенного с первым выходом компенсационного элемента, второй выход которого соединен с шиной заземления и первым входом усилителя, второй вход которого соединен со смежными выводами первого и второго резисторов, отличающийся тем, что первичный преобразователь в виде емкостного датчика устанавливается со смещением вдоль направления движения ткани, на некотором расстоянии от точки соприкосновения ткани и металлического вала, по которому проходит эта ткань.