Электронно-цифровой влагомер Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

которого подключены к точке сое айне- . ния выхоцов обоих генераторов, а выход

через резистор соединен с входом первого генератора, тока.

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 совпа- аення, 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

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным устройствам для измерения влажности сыпучих материалов в полевых условиях, и может быть использовано цля измерения влажности кормовых материалов и фураж ного зерна. Известен емкостный измеритель концентраций, содержащий датчик-конден сатор, генератор, блок температурной компенсайии С 11 В данном устройстве используется преобразование температуры в напряжен постоянного тока, а затем с помощью нелинейного блока термопоправка в анал говой форме вводится в результат измерения. Такая конструкция устройства не позволяет применять его в цифровых, экспресс-влагомерах.. Кроме того, на личие нелинейного блока усложняет прибор и снижает его точность. Наиболее близким к предлагаемому является электронно-цифровой влагомер, I содерзжаший датчик-конденсатор, включен ный в контур измерительного генератора выход которого через первый вход первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совцадения и . через нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выход которого подключен к второму входу второй схемы совпадения, а второй выход включен на первый вход третьей схемы совпадения, опорный генератор, выход которого соединен соответственно через первый вход четвертой схемы совпадения с третьим входом второй схемы совпадения л последовательно соединенными первым входом пятой схемы совпадения, вторым входом третьей схемы совпадения и первым входом 3-разрядного десятичног счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого .связан с терморезистором, а выход подключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питания и контакты 12 J , В известном устройстве, использув щем емкостный способ измерения щаж-ности, для повышения точности оператор вводит поправку на температуру объекта. Для этого Б рабочей камере датчикаконденсатора установлен датчик температуры материала, сигнал которого поступает в блок температурной компенсации и по команде оператора корректирует окончательный результат измерения влажности. При таком сп х;обе введения температурной поправки имеется большая неопределенность момента ее ввода. 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 равновесия в системе исследуемый материал термоцатчик, устанавливается не сразу, а Б 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 вводится различная поправка, т.е. блок температурной компенсации в этом случае вносит дополнительную случайную погрешность. Кроме того, в известном устройстве при длительной эксплуатации происходит снижение напряжения батарей питания. Это ведет к изменению режимов узлов влагомера, в частности изменяется частота опорного генератора и длительность импульса блока температурной компенсации, может произойти сбой в работе счетчиков. Первое приводит к значительным погрешностям при измерении влажности, второе снижает надежность работы влагомера. , Цель изобретения - повышение точности и надеишости измерений влажности сыпучих материалов. Поставленная цель цостигается тем, что в электронио-цифровой влагомер, содержащий датчик-конаенсатор, включенный в контур измерительного генератора, выхоа которого через первый вход первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпадения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выход которого подключен к второму входу второй схемы совпадения, а второй выход соединен с первым входом третье схемы в совпадения, опорный генератор, которого подключен соответственМО к первому входу четвертой схемы совпадения, которая соединена с третьим входом второй схемы совпадения, к последовательно соединенным первому входу пятой схемы совпадения, второму входу третьей схемы совпадения и первому входу 3-разрядного десятичного счетчика, блок температурной компенсац первый вход которого связан с терморезистором, а выход подключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питания и контакты включения, дополнительно введены программное управля1ошее устройство, состоящее из последовательно соединенных трех многоразрядных двоичных деталей и триггера, шеста схема совпадения, триггер питания, а также блок сброса и индикации разрядов источника питания, причем вход программного управляющего устройства соединен с выходом опорного генератора, первыйвычоа -соответствпннос вторыми входами первой и четвертой схем совпадения и первым входом шестой схемы совпадения, а второй выхоа - с первым входом триггера питания, второй вход шестой схемы совпадения подключен к второму выходу 12-разрядного счетчика а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и трети 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 входами, сброса 12-разряцно счетчика, 3-разрядного десятичного счетчика и вторым входом программног управляющего устройства. Крюме того, блок сброса и индикации разряда источника питания состоит из двух генераторов тока различной полярности, выходы которых соединены ме ду собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора включен переменный резистор, а в базовую цепь транзистора второго генератора - два стабилитрона, и инвертора, два входа которого подключены 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 индикации разряда источника питания. Влагомер состоит из датчика-конденсатора 1, включенного в контур измерительного генератора 2, выход которого через первый вхоц, первой схемы 3 совпацения соединен с первым входом второй схемы 4 совпадения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика 5. Первая схема 3 совпадения выполнена в вице стробируюшего делителя на два с использованием микросхемы К176ТМ1. Первый выход 12-разрядного счетчика 5подключен к второму входу второй схемы 4 совпадения, а второй выход соответственно соединен с первым входом третЕзей схемы 6 совпадения и вторым входом шестой схемы 7 совпадения. Опорный генератор 8 соединен соответственно с первым входом четвертой схемы 9 совпадения, которая соединена с третьим Бхоцом второй схемы 4 совпадения, послеповательно соединенными первым входом пятой схемы 1О совпадения, вторым входом третьей схемы 6 совпа- дения, которая соединена с первым входом З-разрядного десятичного счетчика 11, а также входом программного управляющего устройства 12. Программное управляющее устройство 12 первым выходом соединено соответственно с вторым входом первой схемы 3 совпадения, четвертой схемы 9 совпадения и первым входом шестой схемы 7 совпадения, вторхзй выход - с первым входом триггера 13 питания. Прюграммное управляющее устройство 12 состоит из последовательно соединенных первого 9разрядного двоичного делителя 14, 6-разоядного двоичного делителя 15, второго 9-разрядного дво1гчного делителя 16 и триггера 17. Триггер 13 питания выполнен на транзисторБ1х КТ352Б, КТ342А. Терморезистор 18 (СТ1), установленный в рабочем пространстве датчикаконденсатора 1, включен на первый вход 1 блока 19 температурной компенсации Второй вход блока 19 температурной компенсации соединен с выхоаом шестой схемы 7 совпа.дения, а выхоа подключен к второму вхоау пятой схемы 10 совпа аения. Блок 19 температурной компенса ции прецставляет собой преобразователь температура-время, собранный, на двух транзисторах микросхемы К159НТ16 и транзисторе КТ349Б, т.е. это жцуший мультивибратор на транзисторах разной проводимости. Источник 2О питания вла гомера через третий вход триггера 13 питания подключен ко всем узлам влаго мера, в том числе и к блоку 21 сброса и индикации разряда источника питания, выход которого соединён соответственно с вторыми входами блока сброса 12разрядного счетчика 5, З-разряцного цecяти шoгo счетчика 11 и програм у5ног упразляюшего устройства 12. Блок 21 сброса и индикации разряда источницш питания (фиг. 2) выполнен на транзисторах Т1 и Т2 (соответствен но КТ349В и КТ ) и инверторе Д3.4 микросхемы К176ЛЕ5. В ба аовую Цепь транзистора Т1 включен цв литель напряжения, состоящий из ре™ аисгора И 1 и R2, а в базовую цепь транзистора Т2 последовательно два диода pi и D2. В эмиттерных цепях обоих транзисторов включены соответ- ствешш РЗи R 4. Причем сопротивле- кие. R4 шунтировано с помощью концен- caTOf С1. На транзисторах Т1 и Т2, таким образом, собраны два генератора тока, разной поляр-юсти и включены встречно. Два входа инвертора /Л3.4. подключены к точке соединения генераторов тока, а выход через ;эезистор Й5 соединен с базой транзисторе. К в 1X5рому входу (фиг. 1) триггера 1 питания пошшючены контакты 22 , а индикатор 23 соединен с выходом 3- рззрло.ного десятичного счетчика 11. Влагомер работает следующим образом. ЦЕШЛ работы прибора состоит из измеренуш влажности исследуемого об резца и внесения термопоправки в ре™ зультат измерения. Переходом из оц-„ кого режима в другой, включением и отключеннем прибора по окончании изМ ;|кгний управляет программное управляющее ycTpolficTBo 12. Время внесения т-ермопоправки выбрано с учетом дли- телыюст.г установления теплового равно- вескя для раз,тичных сельскохозяйствен16ных материалов и инерционности терморезистора. Этим достигается выхоа цат чика прибора на установившийся режим в диапазоне рабочих температур влагомера. Исходным сигналом для включения электронно-цифрового влагомера служит замыкание контактов 22 включения, которые срабатывают в том случае, когда уплотнение образца происходит заданным усилием (более 8 кг). При замыкании контактов 22 включения триггер 13 питания устанавливается в другое устойчивое состояние, при этом ОТ источника 2О питания подается напряжение на все узлы прибора. После включения прибора начинают генерировать измерительный 2 и опорный 8 генераторы, блок 21 сброса и инаика дии разряда источншса питания формирует сброса, обнуляющий 12разрядный двоичный счетчик 5, 3-разрядный десятичный счетчик 11 и 6--разрядный двоичный,счетчик 15 программного управляющего устройства 12. Сигнал с измерительного гене)эато- ра 2, частота которого определяется аиэлектр}гческой проницаемостью образца, помещенного в датчик-конденсатор 1, поступает на схему 3 совпацения, выполняющую функцию стробирующего делителя на дэа. На схеме 3 совпаде« ния присутствует сигнал программного упр.авляющего устройства 12, разрешающий прохождение сигнала измерительного гене.ратора на вторую схему 4 совпа дения. Для четвертой схемы 9 совпаце- ния сигнал программного управляющего устройства является запрещающим, поэтому сигнал с опорного генератора 8 на вторую схему 4 совпадения не пр1эходит. По окончании действия импульса сбро« са, сформированного блоком 21 сброса и индтжации разряде источника питания, начинается запачнение 12-разряд-, ного двоичного счетчика 5 сигналом измерительного генератора 2. При прихо де на вход счетчика 5 2048 итугпульсов на его первом выходе появится сигнал, блоки руюший вторую схему 4 совпадения, и поступление импульсов на вход 12разрядного двоичного счетчика 5 прекращается. С второго выхода счетчика 5 снимается импульс, начало которого со ответствует приходу на вход 5 1Q24 импульсов, а конец - 2048, и. поступает на третью схему 6 совпадения, разрещая на время действ({я импульса прохождение сигнала опорного генератора 8 на вхоц З-разряцного цесятичного счетч ка И, Импульсы с опорного генератора 8 .поступают на вхоц третьей схемы 6 совпа ния через пятую схему 10 совпадения, которая управляется программным управляющим устройством 12 и открыта в режиме измерения влажности. Заполнение З-разрядного десятичного счетчика 11 продолжается в течение действия импульса, сформированного 12-разрядны двоичным счетчиком, 5, т.е. по окончании действия этого импульса в последнем окажется записано число N, равное количеству импульсов опорного генератора, которое успело пройти через третью схему 6 совпадения. 1024-2 где ( - частота опорного генератора частота измерительного генератора. Так как частота опорного генератора 8 выбрана постоянной и равна 1 МГц то приведенное выражение примет вид: -1024-2 Частота измерительного генер атора 2 устанавливается при настройке исходя из градуировочной таблицы. При заполнении датчика-конденсатора 1 исследуемым материалом частота измерительного генератора 2 уменьшается, что приводит к увеличению N. Через 16 с прибор переходит в режи внесения термопоправки в результат измерения. За это время терморезистор 18 достигнет температуры исследуемвго образца и выйдет на установившийся режим. Переход к внесению термопоправ ки происходит по сигналу, вырабатывае мому программным управляющим устрой ством 12, при этвм запрещается прохождение сигнала от измерительного генератора 2 через первую схему 3 совпа дения на вход 12-разрддного двоичного счетчика 5, разрешается прохождение сигнала опорного генератора 8 на вход 12-разрядного двоичного счетчика 5 через четвертую схему 9 совпадения, разрешается прохождение сигнала с втор го выхода 12-разрядного двоичного счетчика 5 через шестую схему 7 совпа дения на вход блока 19 температурной компенсации, формируется импульс сброса для 12-разрядного двоичного счетчика 5. По окончании действия импульса сброса начинается заполнение 12-разрядного двоичного счетчика 5 сигналом опорного генератора частотой 1 МГц. По приходу на вход счетчика 5 1О24 импульсов на его втором выходе появляется перепад напряжения, который через шестую схему 7 совпадения поступает в блок 19 температурной компенсации и запускает его. Блок 19 темепературной компенсации работает в ждущем режиме и генерирует импульс, длительность которого пропорциональна температуре материала. Этот импульс поступает на вхоц пятой схемы 1О совпадения и на время его действия запрещает прохождение импульсов опорного генератора 8 на третью-схему 6 совпадения и через нее на 3-разрядный десятичный счегчик 11, Если предположить, что длительность импульса блока температурной компенсации равна нулю, то в этом случае на вход 3-разрядного десятичного счетчика 11 поступят 1О24 импульса. Это обусловлено тем, что на 12-разряанЫй двоичный счетч 5к 5 и на 3-разрядный десятичный счетчик 11 сигнал приходит 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 увел1гчи- ваютсп на 2,4,так как десятичный счетчик 11 - 3-разрядный. I Если же длительность импульса блока температурной компенсации составит 24 МКС, то изменения показания прибора не произойдет, так как пятая схема 10 совпадения будет закрыта на время поступления 24 импульсов опорного генератора 8, период следования которых равен 1 МКС, и на вход 3-разрядного десятичного счетчика 11 пройдет 100О импульсов, которые не изменят показан.ия прибора. Такой режим работы блока 19 температурной поправки устанавливается при . При увеличении температуры длительность импульса увеличивается, следовательно, показания прибора уменьшаются, а при уменьшении - увеличиваются. В этом случае при одной температуре исследуемого материала и различньсх моментах времени измерения в результат вносится одна и та же термопоправка, повышающая точность работы влагомера. Блок 21 сброса и индикации разряда источника питания работает следующим о разом (фиг, 2). Потенциал в точде соединения 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 источника питания, так как напряжение на базе транзистора стабилизировано двумя стабилитронами Д1 и Д2. Ток транзистора Т1 изменяется пропорционально изменению напряжения источника питания, по;скольку напряжение на базе этого транзистора снимается с части резистора R-1. Напр-ткение на базе транзистора Т1 . устанавливается таким, чтобы при напряжении питания больше 7,5 В токи обоих транзисторов были равны. Если напряжение питания больше 7,5 В, то потенциал точки соецинения коллекторов транзисторов высокий, если меньше низкий. Так как чувствительность описанной схемы сушественно зависит от сопротивления нагрузки, то с нагрузкой она согласована с помощью инвертора Д3.4, имеющего высокое входное сопротивление. Для увеличения стабильно сти работы схемы последняя охвачена слабой положительной обратной связью, осуществляемой через резистор R5. При уменьшении напряжения питания ниже порогового значения, равного 7,5 В, на выходе инвертора Д3.4 появляется высокий потенциал, который поступает на сбросовый вход З-разряцного десятично108110 го счетчика 11 и обнуляет его. При этом на индикаторе высвечиваются три нуля, свидетельствующие о разряде источника питания. С помощью конденсатора С1 схема формирует импульс сброса при включении питания. Конденсатор С1 в момент включения прибора шунтирует резистор f 4, что обуславливает увеличение тока транзистора Т2 на время заряда этого конденсатора, после чего конденсатор С1 не влияет на работу схемы. Импульс сброса, появляющийся . при включении прибора, используется для обнуления 12-разрядного двоичного счетчика 5, 3-разрядного десятичного счетчика 11 и 6-разрядного двоичного счет- чика li Таким образом, применение электронно-цифрового влагомера позволяет повысить точность измерения влажности за счет снижения температурной погрешно™ сти, что достигается вводом термопоправ- ки после наступления теплового равновесия в системе датчик - исследуемый и выходом терморезистора на установившийся режим. Кроме того, блок сброса и индикации разряда источника питания с целью исключения ошибочной индикации результата измерения автоматически отключают влагомер при снижении напряжения ниже порогового, чем также повышает точность и надежность измерения влажности. К узлам длаеомера

0-9S

-ЙШ

0-9S