Влагомер Советский патент 1987 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности веществ, в частности для измерения влажности с большими значениями активной составляющей проводимости, например антрацитов.

Цель изобретения - повышение точности измерения влажности материалов с большими значениями активной сос- тавляюще) проводимости.

На фиг, 1 представлена блок-схема влагомера на фиг, 2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип его работы.

Влагомер содержит последовательно соединенные измерительньпЧ элемент 1, емкостньй датчик 2, элемент 3 связи, ус1-шитель ч мощности первой высокой частоты, усилитель 5 мощности второй высокой частоты, выходами подключенные ко входу элемента 3 связи, первьв 6 и второй 7 фазовые детекторы, выходы которых соединены соответственно со входами первого фильтра 8 первой низкой частоты и второго фильтра 9 второй низкой частоты, выход первого фильтра 8 первой низкой частоты подключен к первому входу сумматора 10, выход второго фильтра 9 второй низкой частоты через линию 11 задержки подключен ко второму входу сумматора 10, выход сумматора 10 через интегратор 12 соединен с измеритильной схемой 13, генератор 14 первой низкой частоты, генератор 15 второй низкой частоты, входы которых подключены к выходам коммутатора 16. Выход генератора 14 первой низкой частоты подключен к первому входу блока 18 преобразования первой низкой частоты и к первому входу первого фазового детектора 6, выход умножителя 17 первой низкой частоты подключен ко второму входу блока 18 преобразования первой низкой частоты и ко входу усилителя 4 мощности первой низкой частоты. Выход генератора 15 второй низкой частоты подключен ко входу умножителя 19 второй низкой частоты, к первому входу блока 20 преобразования второй низкой частоты и к первому входу второго фазового детектора 7. Выход умножителя 19 второй низкой частоты подключен ко второму входу блока 20 преобразования второй низкой частоты и ко входу усилителя 5 мощности второй высокой частоты. Вы

433332

ход блока 1В преобразования первой низкой частоты соединен с первым входом блока 21 выделения первой низ- кой частоты, а второй вход блока 21 выделения первой низкой частоты соединен с выходом измерительного элемента 1. Выход блока 21 выделения второй низкой частоты подключен ко

10 второму входу первого фазового детектора 6, выход блока 20 преобразования второй низкой частоты соединен с первым входом блока 22 выделения второй низкой частоты, а второй вход

15 блока 22 выделения второй низкой частоты соединен с выходом измерительного элемента 1. Выход блока 22 выделения второй низкой частоты подключен ко второму входу второго фа20 зового детектора 7.

Влагомер работает следующим образом.

Коммутатор 16 вырабатывает на своих выходах импульсы одинаковой

длительности U, и UK; (фиг. 2), которые поочередно запускают генераторы 14 и 15 первой f, и второй f. низких частот. Напряжения U р и и j с выходов генераторов 14 и 15

поступают на входы умножителей 17 и 19 перйой и второй низких частот, с выходов которых напряжения высоких частот nf, и mf.j поступают на входы усилителей 4 и 5 мощности первой и второй высоких частот соответственно .

Напряжения высоких частот Uji/, и

и

647

С ВЫХОДОВ усилителей 4 и 5 мощ0

5

0

5

ности поочередно поступают через элемент 3 связи на емкостный датчик 2 и измерительный элемент 1. Таким образом, рабочими частотами влагомера, воздействующими на емкостный датчик 2 с контролируемым материалом, являются первая и вторая высокие частоты nf, и mf . Напряжение частоты nf с выхода умножителя 17 первой низкой частоты и напряжение частоты f с выхода генератора 14 первой низкой частоты поступают на входы блока 18 преобразования первой низкой частоты, с выхода которого напряжение U р , высокой частоты (nf + f) поступает на первый вход блока 21 выделения первой низкой частоты, на второй вход которого поступает напряжение U о 5,, с измерительного элемента 1. Причем фаза Напряжения L r j, частоты nf совпада- П

ет с фатоГ1 тока черет емкостный лпт- чик 2, Фгтча же напряжения I .p , высокой частоты (nf, -I- fJ ) опррделяет- ся фазой напряжения генератора 14 перво низкой частоты,умножителем 17 и преобразователем 18,является величиной постоянной и с точностью до некоторой постоянной величины равна фазе напряжения Uj ,,действующего на емкостном дат- чине 2,

В результате на второй вход первого фазового детектора 6 с выхода блока 21 вьщеления первой низкой частоты поступает напряжение Ug., с разностной частотой nf, f, - - nf, f , фаза которого совпадает с фазой напряжения первой высокой частоты Uj.0,1/1 точностью до некоторой постоянной величины и является функцией тока через емкостный датчик 2. На первый вход фазового детектора 6 поступает напряжение первой низкой частоты U частотой f с выхода генератора 14 первой низкой частоты. Фаза этого напряжени с точностью до некоторой постоянной величины равна фазе напряжения первой высокой частоты U

6и.

действующего на емкостном датчике. Таким об- разом,на входах первого фазового детектора 6 действуют напряжения U р, и Ug, , , разность фаз которых j i, равна с точностью до некоторой постоянной величины разности фаз между напряжением Ug(j высокой частоты п F , действующим на емкостном датчике, и напряжением П j,i, высокой частоты nf с измерительного элемента 1, совпадающем по фазе с током через емкостный датчик. Разность фаз Ji/, , как известно, определяется величиной соотношения емкостной и активной составляющих приводимости емкостного датчика, т.е. свойствами контролируемого материала. Далее, с выхода первого де ектора 6 напряжение и,, ф-, пропориионал)Ное величине фазового сдвига d Lf поступает через фильтр 8 низкой частоты на вход сумматора 10

Работа второго канала влагомера для второй низкой частоты f аналогична описаннсж и отличается тем, что процессы в нем происходят в течение времени действия импульса UK,/; второго цикла работы коммутатора 16. После 1треоб -;азований, аналогичным приведенным, напряжение j,, ( г - - вьгхода BTopoi o фазопогс детектора 7, пропор

Q

с ,„ 5

0

5

0

5

0

5

п-

щильчльиое фазовому с;твиг ir . между напряжением и током емкоетиог о датчика 2 для второй высокой ЧЛСТ(ТЫ

nf; , поступает через второй фильтр низкой частоты Ч на линию 11 задержки, которая служит для coFiMenHMniH яо времени сигналов, идущих с выходон первого 8 и второго 9 фильтров низкой частоты. Напряжение 1,,, ,; с выхода линии 11 задержки поступает на второй вход сумматора 10. Выходное разностное напряжение сумматора 1 , определяемое утке только ве.1П1чиноп реактивной (емкостной) составляющей проводимости датчика 2, поступает на вход интегратора 12 и с его выхода напря: лме U поступает на измерительный прибор 13.

Таким образом, в предлагаемом влагомере взаимодействие электрического поля с контролируемым материалом осуществляется на высокой частоте, чем обеспечиваются фазовые сдвиги, существенно большие, чем при измерениях на низкой частоте. Измерение же фазовых сдвигов фазовыми детекторами производится на низкой частоте. Это позволяет увеличить разрешающую способность емкостного датчика по величине фазового сдвига и одновременно повысить точность работы фазовых детекторов, что значительно увеличивает точность измерения влажности материалов с большими значениями активной составляющей проводимости, например антрацитов.

Лормула изобретения

Влагомер, содержащий два генератора низкой частоты, измерительный элемент, емкостный датчик, элемент связи, два фильтра низкой частоты (ФНЧ), сумматор, линию задержки (ЛЗ), интегратор, измерительную схему, коммутатор, причем элемент связи, емкостный датчик и измерительный элемент соединены последовательно, коммутатор соединен с обоими генераторами, первый фазовый детектор соединен с сумматором через фильтр низкой частоты, а второй - через последовательно соединенные фильтр низкой частоты и линию задержки, выход сумматора через интегратор соединен с измерительной схемой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения влажности материалов с большими значениями ак51

тивнои составляющей проводимости, в него введены умножители первой и второй низких частот, два блока пре образования указанных частот, блок выделения первой низкой частоты,блок выделения второй низкой частоты, при этом выход генератора первой низкой частоты подключен к входу умножителя первой низкой частоты, к первому входу блока преобразования первой низкой частоты и к первому входу пер вого фазового детектора, а выход умножителя первой низкой частоты подключен к второму входу блока преобразования первой низкой частоты, выход генератора второй низкой частоты подключен к входу умножителя второй низкой частоты, к первому входу блока преобразования второй низкой частоты и к первому входу второго фазового детектора, а выход умножителя.

433336

второй низкой частоты подключен к второму входу блока преобразования второй низкой частоты, выход блока преобразования первой низкой частоты соединен с первым входом блока выделения первой низкой частоты, а второй вход блока выделения первой низкой частоты соединен с выходом измерительного элемента, выход блока выделения первой низкой частоты подключен к второму входу первого фазового детектора, выход блока преобразования второй низкой частоты соединен с первым входом блока выделения второй низкой частоты, второй вход блока выделения второй низкой частоты соединен с выходом измерительного элемента, выход блока выделения второй низ10

15

20

кой частоты подключен к второму входу второго фазового детектора.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности материалов с большим значением активной составляющей проводимости. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит два измерительных канала, в каждый из которых включены генератор синусоидального сигнала, умножитель частоты, преобразователи частот, фазовый детектор, фильтр низкой частоты. Оба канала соединены с объектом измерения, а выходы их через сумматор и интегратор - с измерителем. Повьшхение точности достигаемся за счет того, что воздействие на исследуемый объект осуществляется сигналом высокой частоты, что обеспечивает значительный относительный фазовый сдвиг, а измерение этого фазового сдвига производится на низкой частоте. 2 ил. i (Л оо « со оо ОС со