Емкостный влагомер Советский патент 1986 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области контроля физико-химических свойств с помощью емкостных датчиков и может быть использовано для контроля влажности рыхлых и сыпучих материалов ° (шерсть, хлопок, зерно, песок и т.д.)

Целью изобретения является повышение точности измерения влажности за счет устранения влияния на результат измерения степени сжатия материала.

15

20

25

30

На чертеже изображена функциональная электрическая схема емкостного влагомера.

Влагомер содержит дифференциальный датчик 1, включающий низкопотенциальные игольчатые электроды 2 и 3 и высокопотенциальные электроды 4 и 5, Низкопотенциальные электроды 2 и высокопотенциальный электрод 4 погружены в контролируемый датчик 6, находящийся в упаковке 7, а низкопотенциальные электроды 3 и высокопотенциальный электрод 5 - в цилиндрическую камеру 8, заполненн ую сухим материалом 9 и закрытую упаковочной прокладкой 10 с одной стороны и сжимающим поршнем 11 с-другой стороны, Низкопотенциальные электроды 2 и 3 соединены между собой и заземлены. Вьюокопотенциальные электроды А и 5 соединены со средними контактами переключателей 12 и 13, крайние контакты которых соединены между собой и подключены к измерительному плечу мостовой схемы 14, в плечо сравнения которой включен конденсатор 15 переменной ёмкости. К диагонали питания мостовой схемы подключен генератор 16 высокой частоты через регулируемый аттенюатор 17, а к индикаторной диагонали - включенные последовательно выпрямитель I8, полосовой фильтр

19, управляемый выпрямитель 20 и ре- гистрирующий прибор 21. К выходу выпрямителя 18 подключен также блок 22 выборки-хранения напряжения, управ- Вход которого через формирователь 23 строб-импульса соединен с одним из выходов мультивибратора 24. Выход блока 22 подключен к входу сумматора 25, второй вход которого со единен с источником 26 опорного напряжения, выход суь матора соединен

с входом интегратора 27,,подключенного -выходом к управляющему входу аттенюатора 17. Цепи.управления переключателей 12 и 13 соединены с проти35

45

55

50

10

15

20

25

30

239577 2

вофазными выходами мультив,ибратора 24, к которым также подключена цепь управления выпрямителя 20. .Элементы 16, 17 и 27 функционально объединены в управляемый генератор,элементы 14, 15 и 18 функционально представляют собой схему высокой частоты.

Емкостный влагомер работает следующим образом..

Игольчатые электроды датчика 1 под действием прижима, прикладываемого к поршню 11, погружаются в контролируемый влажный материал 6 и сухой / образцовый) материал 9, размещенный в камере 8, Мультивибратор 24 с низкой частотой производит переключение вы- сокопотенциальных электродов 4 и 5 емкостного датчика.

В положениях средних контактов переключателей 12 и 13 конденсатор, образованный высокопотенциальным электродом 4 и низкопотенциальными элек- тродами 2, включается в мостовую схему 14, которая предварительно уравновешивается при пустом датчике-конденсаторе с помощью конденсатора 15 пе- ременной емкости. При погружении электродов в контролируемый влажный материал 6 мостовая, схема 14 разбалан- сируется, и выходное напряжение моста становится пропорциональным массе контролируемого материала.

,-Hi,,-),

о

(1)

где S - чувствительность мостовой схемы;

коэффициент, учитывающий геометрические размеры и расположение электродов датчика;

т„ит - масса соответственно влаги и сухого вещества материала в зоне электрического поля электродов;

коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 17, напряжение высокочастотного генератора 16. В другом положении переключателя, соответств ующем второму устойчи- вому состоянию мультивибратора- 24,в мо стовую схему 14 включается конденсатор, образованньш высокопотенциальным электродом 5 и низкопотенци- альными электродами 3, которые погружены в сухой материал 9, сжатый в .такой же степени, как и контроли- .руемый влажный материал 6.

К, и.

Выходное напряжение моста в этом случае становится пропорциональным массе сухого материала,

; . (2)

При непрерывной работе му ьтивиб- ратора 24 выходные напряжения моста U, и и поочередно выпрямляются выпрямителем 18, Переменная состав ляющая напряжения, возникающая при наличии влаги в контролируемом материале (и, . и), выделяется полосовым фильтром 19 (или усиливается избирательным усилителем) и вьшря- мляется выпрямителем 20, который уп равляется противофазным напряжением мультивибратора 24. Вьшрямленное напряжение с учетом коэффициентов передач преобразовательных звеньев равно

и,КзК, Ij-- Ч SK,K,K,,U, ,

где К. - коэффициент вьтрямления вьгпрямителя 18;

К - коэффициент передачи управляемого вьшрямителя 20 с фильтром 19. . Одновременно выпрямленные напряжения и и Ug поступают на вход блока 22 выборки-хранения, который управляется строб-импульсами формирователя 23. Выборки из входного напряжения осуществляются в момент действия строб-импульса, который формируется при переключении мультивибратора 24 с некоторой задержкой. Поскольку формирователь 23 подключен к одному из выходов мультивибратора, то строб-импульс формируется при указанном на схеме его - подключении fcwibKo в моменты включения в мосто- 1вую схему 14 электродов, погружаемых в контролируемый материал 6, В результате этого взятие выборок и их хранение осуществляются только из напряжения U,.

, (mg+m)K,KjU, (4)

где К- - коэффициент преобразования блока 22.

Запомненное напряжение U воздействует на вход интегратора 27 через сумматор 25, на второй вход которого воздействует опорное напряжение Uj.« const противоположной полярности от источника 26. Накапливаемое в интеграторе напряжение изменяет козф-

77

фициент передачи аттенюатора 17 в направлении уравнивания входных напряжений и и Uy, Процесс накопления в интеграторе 27 прекращается при равенстве сравниваемых напряжений

,(ing+in). (5)

Из равенства 5 следует, что в резуль- тате автоматического регулирования выходного напряжения аттенюатора 17 его коэффициент передачи становится равным

«5

К - « SK,(ing+m)K,K5U

(6)

Подставляя значение коэффициен-. та передачи аттенюатора I7 из выражения (6) в (3), получаем значе- 20 ние выходного напряжения

К4У

ТП 0

.л.

2К,

к --«- K.W,

Dift+nic (7)

где - постоянный коэффициент f преобразования;

W массовая доля влаги

го П1

в контролируемого материала.

Таким образом, выходное напряжение (7j, регистрируемое .прибором 21, пропорционально массовой доле влаги контролируемого материала при любой абсолютной массе влаги в этом

материале. При этом результат измере- ния не зависит от непостоянства амплитуды высокочастотного напряжения (Ujj) , температурных изменений геометрических размеров емкостного датчика (К),.нестабильности чувствительности мостовой схемы (S), регулируемого аттенюатора (Kg) и выпрямителями (Kj), что обеспечивает повышение точности измерения влажности рыхлых и сыпучих материалов по сравнению с известным примерно в 1,5-2 раза.

Предлагаемый влагомер .позволит более точно контролировать малые

влажности в веществах (шерсть, хлопок, зерно и т.д.) 4

Формула изобретения

Емкостный влагомер, содержащий дифференциальный датчик, переключаг тель, мультивибратор, индикатор, управляемый выпрямитель, измерительную схему, полосовой фильтр, генератор высокой частоты, при этом низкопотенциальные электроды датчика выполнены заземленными, один высокопотенциальный электрод датчика соединен через переключатель с измерительной схемой, управляющие входы переключателя и выпрямителя соединены с мультивибратором, выход измерительной схемы через полосовой фильтр и . управляемый выпрямитель соединен с индикатором, -отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения влияния степени сжатия материала на результат измерения, он дополнитель

но содержит второй переключатель, формирователь, схему выборки-хранения, источник опорного напряжения, схему сравнения, причем второй переключатель соединен с вторым высоко потенциальным электродом и измерительной схемой, а управляющим входом - с мультивибратором, формиро-, ватель соединен с мультивибратором и схемой выборки-хранения, вход которой соединен с выходом измерительной схемы, а выход - с одним из входов схемы сравнения, другой вход которой соединен с источником опорного напряжения, а выход - с управляющим входом генератора.

Устройство предназначено для измерения влажности сыпучих материалов, Измерение осуществляется путем использования дифференциального датчика, электроды которого с одинаковым усилием входят в исследуемый материал и в эталонный. Измерительная схема содержит переключатели для пооче- редного подключения высокопотенци- апьньгх электродов обеих частей датчика к измерительному мосту, вьшрями- тели у фильтра, схему выборки и хранения, интегратор, управляемый генератор. Значение влажности определяется по амплитуде, огибающей напряжения после детектора, амплитуда абсолютного значения выходного напряжения моста используется дпя управления выходным напряжением генератора. Устройство обеспечивает получение измеряемого параметра в массовой доле влаги независимо от.нестабильности параметров элементов схемы и датчика, 1 ил.. с & (Л

Составитель В,Немцев Редактор В.Иванова Техред Л.Олейник Корректор Е.Рошко

Заказ 3388/42 Тираж 778 ПодпйсноГ ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое-предприятие, г. Ужгород.ул. Проектная, 4