Влагомер Советский патент 1986 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для .измерения влажности сыпу- ,чих порошкообразных или гранулированных материалов, а также зерна.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение области применения.

На чертеже представлена функциональная схема влагомера.

Измерительный генератор 1 соединен с измерителем 2 разности частот, выход которого соединен с входом делимого блока 3 линеаризации, а выход последнего соединен с входом блока 4 индикации и входом блока 5 автоматической калибровки. Датчик 6 температуры соединен с входом температурной коррекции блока 3 линеаризации. Вход установки коэффициентов преобразования блока 3 линеариза)дии соединен с выходом блока 5 автоматической калибровки. Выходы блока 7 управления соединены с соответствующими входамиуправления измерителя

2разницы частот, блока 3 линеаризации и блока 5 автоматической калибровки.

Блок 3 линеаризации содержит корректор 8 наклона, выход которого соединен с входом узла 9 деления. Вход температурной коррекции корректора 8 наклона соединен с выходом корректора 10 температурного, параметрический вход которого в свою очередь образует вход температурной коррекции блока 3 линеаризации. Входы установки корректоров 8 и 10 наклона и температурного соединены между собой и образуют вход установки коэффициентов преобразования блока 3 линеаризации. Вход делимого узла 9 деления образует вход делимого блока

3линеаризации, а выход узла 9 соединен с входом узла 1t памяти, ;Быход узла 11 памяти является выходом блока 3 линеаризации и соединен с входом узла 12 определения номера участка, выход которого подключен к входу управления узла 9 деления.

Блок 7 управления обеспечивает последовательность операций по измерению неизвестной влажности в режиме измерения и совместно с блоком 5 автоматической калибровки .- в режиме калибровки.

Устройство работает следующим образом,

574942

В режиме калибровки производится определение и запись разности частот, характеризующей диэлектрические свойства абсолютно сухого материала, а

5 также коэффициентов преобразования блока 3 линеаризации,

В процессе калибровки и последую- измерений частота измерительного генератора, поступающая в измеритель

)0 2 разности частот, измеряется (преобразуется в цифровой код) дважды: сначала с незаполненным емкостным |датчиком (fo), а затем с засоленным образцовым (режим калибровки) или

15 анализируемым (режим измерения) материалом (f). Автоматически вычисляется разность частот Д -f , которая характеризует диэ яектричес- кую проницаемость материала (ё) с

л

20 относительной погрешностью of, не превышающей величины нестабильности генератора, т.е. не хуже 1.0 ,;..., , На первом этапе калибровки с использованием абсолютно сухого про25 дукта вычисляется разница частоты /jf Afc, которая запоминается и хранится до проведения повторной калибровки. После калибровки ufc реализуется вычисление , позволяющее

30 получить код (N,), величина которого определяется только массовой долей влаги в анализируемом материале (w). Для абсолютно сухого материала N,0.

На втором этапе калибровки выставляются коэффициенты преобразования блока 3 линеаризации. Необходимость линеаризации вызвана нелинейностью зависимостей

35

40

f(w) и - f(w).

где - изменение диэлектрической проницаемости, обусловленное изменением температу- ,ры материала,

At - величина изменения температуры.

Блок 3 линеаризации реализует метод кусочно-линейной аппроксимации нелинейной функции. Учитывая пропорциональность между д f и для выходного кода NI, измеряются разницы частот и, полагая участки кусочно- линейной аппроксимации равными Wu, записывают следующее выражение для образца с влажностью WH, приходящейся на п-й участок кусочно-линейной аппроксимации

N, (К, + K,t,)W + (Ki+ ,,, + (K + K; AtJ Wy(n-1)J ,

,,, ft коэффициенты наклона

1,2,.,,, участков кусочно-линейной функции, при некоторой температуре;

at - величина отклонения температуры от tjCflt

t - to);

к

,2,..,/

- коэффициенты темпера,2,.

турной коррекции п-го участков.

Задачей второго этапа калибровки является определение коэффициентов

К

К,

, и температуры t, , а

1,1,-П :/,,,..л темиерсчуА ш L ,

Также запоминание этих величин в блоке 3 линеаризации. Второй этап

калибровки проводится с использо-.

ванием образцов с влажностями

1,2,..,,п, соответствующих каждому

участку аппроксимации

корректор 8 наклона, где суммирует ся с ранее найденной величиной К . Полученная сумма поступает в узел деления, который производит операц

N, 20 Давления

f

К,

+ t K&t

Дальнейшая работа блоков 3 к 5 (W, 4 , ,. ..Wi/(n-1)/W.,nWu) 25 линеаризации и автоматической калибровки происходит в последовател ности, аналогичной случаю калибров ки К , с той разницей, что сигналы (из блока 5 автоматической калибров .поступают в корректор 10 температу ный, где изменяется величина К. П достижении равенс тва результата пр образований с узла 9 деления значе нию уставки К запоминается в кор ректоре 10 температурном.

Предварительно в блоке 5 автоматической калибровки с помощью кнопочной клавиатуры записывается значение уставки, равное W. Значения } коэффициентов К, К. записываются соответственно в корректор 8 наклона и в корректор 10 температу1)ный и могут быть произвольными.

Производится засыпка в емкостной датчик образца с влажностью W, при комнатной температуре. На выходе измерителя 2 разности частот появляется код NI . Одновременно в корректоре 10 температурном производится измерение и запись температуры t. На выходе корректора 10 температурного при этом устанавливается нулевой код Узел 9 деления производит деление N на величину К/, и результат деления запоминается в узле 11 памяти. Вы- ходной код узла памяти сравнивается в блоке 5 автоматической калибровки с уставкой W,, и в случае его неравенства зна чению уставки в корректор 8 наклона из блока 5 авто- матической калибровки поступает сигнал на изменение величины К, , после чего операция деления повторяется. Эти циклические операции продолжаются до установления равенства

NL W к,

Величина К, запоминается в корректоре 8 наклона.

0

Для получения значения температурной коррекции К, производится подогрев образца с влажностью Wf, которьп снова засыпается в емкостной датчик. На выходе измерителя 2 разницы частот появляется код N. Одновременно в корректоре 10 температурном производится измерение температуры t| и находится величина ti Kr KU

которая поступает в

корректор 8 наклона, где суммируется с ранее найденной величиной К . Полученная сумма поступает в узел 9 деления, который производит операцию

N, 0 Давления

К,

+ t K&t

Дальнейшая работа блоков 3 к 5 линеаризации и автоматической ка

либровки происходит в последовательности, аналогичной случаю калибровки К , с той разницей, что сигналы (из блока 5 автоматической калибровки .поступают в корректор 10 температурный, где изменяется величина К. При достижении равенс тва результата преобразований с узла 9 деления значению уставки К запоминается в корректоре 10 температурном.

Калибровка коэффициентов ... г/ и Kf,, .производится последовательно с использованием образцов W J,,, совершенно аналогично калибровке коэффициентов первого участка. Следует отметить, что выбор коэффициентов K,,i...rt и Kt,,,, , соответствующих участков кусочно-линейной ап- про симации производится в узле 9 деления с помощью узла 12 определе ння номера участка. Первым, после обнуления узлй 11 памяти, на выходе узла 12 определения номера участка всегда устанавливается код, обеспечивающий в узле 9 деления подключение в качестве делителя коэффициентов преобразования первого участка. .

При делении

N.

величина

кода в узле 11 памяти может превысить значение границы первого участка. На выходе узла 12 определения iJ

номера участка при этом появляется код, обеспечиваюпшй в узле 9 деления выполнение операции, описываемой следующим выражением

- (К,.

i-i %

к

к7:

N,

К.

Эта величина соответствует решению приведенного выражения кусочно- линейной аппроксимации для образца с влажностью W.

В процессе измерения код Nj , получаемый при засыпке образца с неизвестной влажностью, поступает .в узел деления, который осуществляет его преобразование совместно с узлами 11 и 12 памяти и определения номера участка по описанному выше алгоритму калибровки п-го участка, но без изменения коэффициентов прео разования. Полученный результат преобразования индицируется в блоке 4 индикациИс Синхронизация работы блоков и узлов устройства и последовательность отдельных операций, про шзводимых в этих узлах, осуществляется блоком 7 управления.

Применение одного генератора в сочетании с измерителем разницы частот позволяет осуществить последовательное измерение частоты генератора с пустой и.заполненной кюветой и вычислить разницу двух измерений. Влияние дрейфа частоты измерительного генератора на точность измерения влажности сводится к минимуму.

Введение во влагомер блока автоматической калибровки, связанного с блоком линеаризации, позволяет производить автоматическую калибровку устройства без применения средств ручной настройки с использованием образцов с известной влажностью Эт дает возможность применять изделие для измерения влажности многих продуктов, характеризующихся различными видами нелинейной зависимости диэлектрической проницаемости от влажности и температуры

Существенным преимуществом влагомера является возможность перекав узел 1 1 памяти при этом записывается код, равньп сумме N и Wu , При калибровке п-го участка работы узлов деления, памяти и определения номера участка происходит также, как и при калибровке 2-го участка. Величина выходного кода узла памяти будет следующей:

20

5

0

-

Ktn .

1Э I

либровки устройства в процессе его эксплуатации при изменении вида производимой на предприятии продук- ции.

Предложенная схема блока линеа- риации в сочетании с другими блоками влагомера повышает точность измерения влажности за счет независимой автоматической настройки коэффициентов преобразования в процессе калибровки на многих участках диапазона измерения влажности. Таким образом, преимуществами данного влагомера являются высокая точность измерения, универсальность, удобство настройки и эксплуатации.

Формула изобретения

1. Влагомер, содержащий измерительный генератор, в частотно-задающую цепь которого включен емкостный датчик, измеритель разницы частот, датчик температуры, блок линеаризации, блок индикации и блок управления, выходы которого соединены с соответствующими входами измерителя разницы частот, причем измерительный генератор соединен с измерителем разницы частот, а блок линеаризации с блоком индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона применения, он снабжен блоком автоматической калибровки, причем измеритель разницы частот подсоединен к входу делимого блока линеаризации, выход которого подсоединен к блоку автоматической калибровки, выход блока автоматической кадибров-. КИ соединен с входом установки коэффициентов преобразования блока линеаризации, датчик температуры подсоединен к входу температурной коррекции блока линеаризации.

2. Влагомер по п. 1, отличающийся тем, что блок линеаризации содержит KoppeKtop накло на, узел деления, узел определения номера участка, узел памяти и темпе ратурный корректор, причем вход делимого узла деления является входом делимого блока линеаризации, вход делителя этого узла соединен с выко дом корректора наклона, вход управления узла деления соединен с вы ходом узла определения номера участ ка, а выход узла деления соединен с

257494 8

выходом узла памяти, выход которого соединен с входом узла определения номера участка и является выходом блока линеаризации, параметрический

5 вход температурного корректора образует вход температурной коррекции блока линеаризации, а выход его подсоединен к входу температурной коррекции корректора наклона, входы 10 установки корректоров температурно - го и наклона соединены между собой и образуют вход установки коэффициентов преобразования блока линеаризации,

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сьшучих материалов. Цель изобр.е- тения - повьшение точности измерения и расширение области применения. Указанная цель достигается тем, что влагомер снабжен блоком автоматической калибровки, причем измеритель разницы частот подсоединен к входу делимого блока линеаризации, выход которого подсоединен к входам блока индикации и блока автоматической калибровки, выход блока автоматической калибровки соединен с входом установки коэффициентов преобразования блока линеаризации, датчик температуры подсоединен ко входу температурной коррекции блока линеаризации. Кроме того, блок линеаризации содержит корректор наклона, узел деления, узел определения номера участка, узел памяти и корректор температурный, причем вход делимого узла деления является входом делимого блока линеаризации, вход делителя этого уз- ла соединен с выходом корректора наклона, вход управления узла деления соединен с выходом узла определения номера участка, а выход узла деления соединен с входом узла памяти, выход которого соединен с входом узла определения номера участка, и является выходом блока линеаризации, параметрический вход корректора температурного образует вход температурной коррекции блока линеаризации, а выход егсз подсоединен к входу температурной коррекции корректора наклона, входы установки корректоров температурного и наклона соединены между собой и образуют вход установки коэффициентов преобразования блока линеариза1 1ии, 1 з.п.ф-лы, 1 ил. с SS (Л to ел ч1 с& 4