ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ САПРОПЕЛЯ ПОЧВЫ Российский патент 2023 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к устройствам для определения влажности.

Назначение изобретения - измерение влажности различных материалов, в частности сапропеля, используемого в сельскохозяйственном производстве, а также для определения влажности почвы в полевых условиях.

Известен влагомер, содержащий металлическое основание, которое соприкасается с контролируемым материалом одной внешней своей стороной, первичный преобразователь, образованный на металлическом основании, измерительную ячейку, которая установлена с внутренней стороны основания и подключена к первичному преобразователю, генератор гармонического зондирующего сигнала, электронное устройство измерения (патент на полезную модель RU 150395 U1 МПК 22/04, опубликовано 20.02.2015, автор Сизиков O.K. и др.).

Сущность изобретения

У данного влагомера первичный преобразователь представляет собой измерительный конденсатор, который образован первым и вторым электродами, выполненными из металла, стойкого к истиранию, причем первый электрод размещен в отверстии, выполненном во втором электроде, и закреплен на диэлектрической пластине.

Заявленное в качестве прототипа устройство влагомера для измерения влажности различных материалов в промышленных условиях, в частности бетонной смеси, предполагает необходимость соприкосновения с контролируемым материалом посредством преобразователя на металлическом основании и подключением к первичному преобразователю и генератору сигнала к электронному устройству измерения.

Недостатком данного влагомера является малая глубина зондирования и, соответственно, низкая точность измерения при неоднородном распределении влаги в объеме контролируемого материала. Создаваемые отдельными участками измерительного конденсатора электромагнитные поля имеют противоположную ориентацию и на удалении от конденсатора взаимно компенсируются. В результате электромагнитное поле данного влагомера проникают в контролируемый материал только вблизи поверхности первичного преобразователя.

В данном влагомере центральный проводник линии соединен с металлическим основанием только с одного своего конца. Второй конец центрального проводника закреплен диэлектрическими элементами конструкции. Стойкость влагомера к ударам, приходящимися ко второму концу центрального проводника, снижена.

Другим недостатком данного влагомера является сложность его конструкции.

Основным недостатком рассматриваемой полезной модели является промышленная направленность использования, исключающая возможность его использования в сельскохозяйственном производстве, в частности, при измерении влажности сапропеля или влажности почвы в полевых условиях.

Задачей предлагаемого устройства для измерения влажности является создание системы для использования в сельскохозяйственном производстве, обладающей повышенной точностью измерения влажности контролируемого материала, увеличения глубины зондирования, упрощения конструкции влагомера, повышение механической прочности и стойкости к ударным воздействиям при исследовании грунтов.

Техническим результатом предложенного изобретения является создание оптимальной упрощенной конструкции, в том числе рабочих устройств (электродов), приспособленных для измерения влажности материала-сапропеля или грунта, обеспечивающей необходимую глубину зондирования, малую инерционность прибора, простоту в эксплуатации.

Этот технический результат достигается необходимой формой электродов и соответствующей электронной схемой устройства, установленного на металлическом основании, создающей цепь зондирующего сигнала от устройства измерения к устройству регистрации.

Таким образом, система включает электронный блок регистрации и анализа электрозвуковой активности, выполнена в виде платы с расположенными на ней резисторами, полупроводниковыми диодами и другими элементами.

Система в целом приведена на фиг.1,2.

На фиг.1 приведена схема влагомера, включающая металлическое основание 1, обеспечивающая жесткость конструкции устройства, электронное устройство измерения влажности 3, ячейку влагомера измерительную 4, выходом обеспечивающую включение в цепь зондирующего сигнала между генератором гармонического сигнала 5 и излучателем (электродами), а выход подключен к устройству измерения и обработки данных с программным обеспечением 6, элемент электрической цепи с определенным значением электрического сопротивления 7, амплитудный детектор 8, второй детектор амплитуды 9 подключен параллельно к входу измерительной ячейки 4.

Существенным признаком изобретения является наличие резистивного сенсора влажности 10 в виде двух электродов.

На фиг.2 приведена схема резистивного сенсора в виде двух электродов 12 переменного резистора 10, материал, контролируемый 11, диэлектрик разделительный 13, крышка диэлектрическая 2 для вдавливания электродов в материал.

Устройство для измерения влажности материала функционирует следующим образом.

Генератор 5 перестраивает диапазон рабочих частот. При перестройке производят измерение напряжения на резисторе 7 с помощью амплитудного детектора 8, который преобразует высокочастотный сигнал в низкочастотный. Ячейка влагомера измерительная 4 обеспечивает измерение входного напряжения зондирующего сигнала, подаваемого на ячейку 4 генератором 5. Выход второго детектора амплитуды 9 подключен к устройству измерения 6.

Снимаемое с выхода детектора 8 напряжение пропорционально входному току резистивного сенсора влажности 10 в виде переменного резистора с двумя электродами 12, нажимной диэлектрической крышкой 2. Электроды вдавливаются в массу сапропеля или грунт 11, сами электроды разделены диэлектриком 13 и соприкасаются с материалом.

Для ограничения сигнала используется резистор 7 определенного значения.

Напряжение детектора 8 подается на вход устройства измерения, в котором производится определение его величины. Минимум этого напряжения достигается, когда входное сопротивление первичного преобразователя будет максимальным.

Частота, при которой достигается минимум напряжения на резисторе 7, является резонансной частотой электродного излучателя 12. По полученному значению резонансной частоты для контролируемого материала и частоте резонанса, полученному на открытом воздухе (в отсутствие контролируемого материала) определяют коэффициент замедления электромагнитной волны в материале. Далее по переводным таблицам, составленным для набора температур и заложенным в память процессора устройства измерения 6, производят вычисления содержания влаги в контролируемом материале.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству измерения влажности почвы, и может быть использовано для определения влажности сапропеля и почвы в полевых условиях. Повышение точности измерений влажности на необходимой глубине почвы является техническим результатом, который достигается необходимой формой электродов и соответствующей электронной схемой устройства измерения, установленного на металлическом основании, создающих цепь зондирующего сигнала от устройства измерения к устройству регистрации, при этом устройство содержит электронную схему резистивного сенсора влажности в виде двух разделенных диэлектриком электродов, которые с помощью диэлектрической крышки вдавливаются в массу сапропеля или грунта и соприкасаются с ними, а вырабатываемый сигнал, характеризующий степень влажности, поступает через ячейку в устройство обработки данных, в котором в соответствии с заложенными в память процессора данными с учетом набора температур проводят вычисление содержания влаги в контролируемом материале. 2 ил.

Влагомер, содержащий металлическое основание, которое соприкасается с контролируемым материалом одной внешней своей стороной, первичный преобразователь, образованный на металлическом основании, измерительную ячейку, которая установлена с внутренней стороны основания и подключена к первичному преобразователю, генератор гармонического зондирующего сигнала, электронное устройство измерения, причем измерительная ячейка включена в цепь зондирующего сигнала между генератором и первичным преобразователем, а выход измерительной ячейки подключен к устройству измерения, отличающийся тем, что устройство содержит крышку диэлектрическую, подключаемые к электронной схеме резистивного сенсора влажности два разделенных диэлектриком электрода, которые с помощью крышки вдавливаются в массу сапропеля или грунта, соприкасаются с ними, а вырабатываемый сигнал, характеризующий степень влажности, поступает через ячейку влагомера измерительную в устройство измерения и обработки данных по переводным таблицам для набора температур, заложенным в память процессора устройства измерения для вычисления содержания влаги в контролируемом материале.