Емкостный влагомер зерна Советский патент 1988 года по МПК G01N27/22 

00

s|

Изобретение относится к автоматическому измерению влажности материалов по. реактивной составляющей емкостного первичного преобразователя в условиях изменения в широких пределах сквозной проводимости и поляризационных потерь :В исследуемом веществе и может быть использовано для измерения влажности зерна и других сыпучих материалов.

Цепь изобретения - повышение точности измерения в диапазоне высокой влажности.

На фнг,1 приведена функциональная схема предлагаемого влагомера; на фиг,2-4 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Емкостный влагомер зерна содержит емкостный первичный преобразователь I, электрическая схема замещения которого представлена конденсаторами С и Ср, характеризующими соответственно мгновенные и релаксационные вида поляризации в зерне, резисторами R и г характеризующими соответственно сквозную проводимость вещества и релаксационные потери. Кроме того, влагомер содержит измерительный высокочастотный генератор 2, имеющий колебательный контур, состоящий из конденсатора 3 и катушки 4 индуктивности. Генератор 2 снабжен также системой 5 автоматической стабилизации активного сопротивления колебательного контзфа, состоящий из к атушки 6 связи, подключенной одним вы- водом к общей щине устройства, а вторым потенциальным выводом к входу амплитудного детектора 7, выход которого через последовательно соединенные фильтр 8 и усилитель 9 подключен к управляющему входу управляемог резистора 10, выход которого через последовательно включенные формирователь 11 сигнала и первый электронный ключ 12 к информационному входу микроэвм 13, содержащей-в своем составе устройство ввода информации,, центральный процессор, оперативное и постоянное запоминающее устройства, устройство вывода информации, к информационному входу микроэвм 13 подключен также выход опорного высокочастотного генератора 14 через последовательно соединенные второй формирователь 15 сигнала и второй электронный ключ 16, Выход микроэвм 13 подключен к входу устройства регист0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рации 17, Микроэвм 13 управляется синхроимпульсами с выходом последовательно соединенных тактового гене- ратора 18 и делителя 19 частоты, причем выход последнего подключен также к входу распределителя 20 управляющих сигналов, первый и второй, выходы которого соединены с управляющими входами соответственно первого электронного ключа 12 и второго электронного ключа 16,

Распределитель 20 управляющих сигналов может быть построен на основе счетчика-делителя, реализованного (фиг,3) на трех последовательно соединенных триггерах схемах совпадения и дополнительном триггере.

Влагомер содержит также первый двухпозиционный переключатель 21, второй двухпозиционный электронный переключатель 22, операционный усилитель 23 с резистором Кь в цепи параллельной отрицательной обратной связи, источник 24 постоянного опор-, ного напряжения положительной полярности, третий электронный ключ 25, четвертый электронный ключ 26, интегрирующий преобразователь 27 напряжения в частоту, который может быть построен на основе интегратора 28 с коммутируемыми входами и компаратора 29,

При этом первый двухпозиционный электронный переключатель 21 в первом положении подключает первичный преобразователь I к колебательному контуру измерительного высокочастотного генератора 2, а во втором - к инвертирующему входу операционного усилителя 23, выход которого через последовательно соединенные третий электронный ключ 25, интегрирующий преобразователь 27 напряжения в частоту и четвертый электронный ключ 26 соединен с информационным входом микроэвм 13, а неинвертирующий вход операционного усилителя 23 вторым двухпсгзиционным электронным переключателем 22 подключается в первом положении к выходу источника 24 опорного напряжения, а во втором - к; общей шине. Кроме того, управляющие входы третьего ключа 25 и четвертого ключа 26 подключены к третьему выходу распределителя 20 управляющих сигналов, а управляющие входы первого двухпозиционного переключателя 2I и второго двухпозиционного переключа

теля 22 - соответственно к четвертому и пятому выходам распределителя. 20 управляющих сигналов.

Емкостный влагомер зерна работает сле;ту1ощим образом. При настройке прибора в постоянное запоминающее устройство микроэвм 13 вводится программа вычислений и необходимые постоянные коэффидиенты. Непосредственно после включения напряжения питания устройство 17 регистрации устанавливается в состоянии фиксации нулевого значения 1влажности; микроЭВМ находится в состоянии ожидания сигнала Пуск, поступающего от загрузочного устройства влагомера, и информацию не принимает} тактовый генератор 18 и делитель 19 частоты вырабатывают тактовые (синхронизирующие) импульсы соответственно высокой (1,,,10 МГц) и низкой (1 Гц) частоты; опорный генератор 14 высокой частоты вьфаба- тывает сигнал опорной 1астоты; остальные узлы находятся в произвольном состоянии.

Импульс Пуск сигнализирует в микроэвм 13 о начале выпапнения программы и устанавливает распределитель 20 управляющих сигналов в исходное состояние, при котором на все его выходах устанавливаются нулевые значения сигналов. При этом первый, второй и третий электронные ключи 12 25 и 26 находятся в разомкнутом состоянии; перБЬй двухпозиционный электронный переключатель 21 подключает первичный преобразователь 1 к колебательному контуру измерительного высокочастотного генератора 2; второй двухпозиционный злектронньй переключатель 22 подключает неинвертирующий вход операционного усили теля 23 к общей шине.

При поступлении с выхода делите- ля 19 частоты первого после сигнала Пуск тактового импульса низкой частоты на втором выходе распределителя 20 формируется прямоугольный импульс При этом второй электронный ключ 16 замьжается, импульсы с выхода второго формирователя 15 поступают на информационный вход микроэвм 13 и в течение интервала времени, равного периоду Т следования тактовых импульсов низкой частоты, в оперативное запоминающее устройство микроэвм 13 записывается число N, равное частоте колебаний опорного генератора 14.

10

15

25

20 , -.

77704

При поступлении второго тактового импульса низкой частоты на втором выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и- второй электронный ключ 16 размыкается. Одновременно на первом выходе распределителя 20 появляется импульс, переводящий первый ключ 12 в замкнутое состояние. При этом в оперативное запоминающее устройство микро- ЭВМ 13 записывается за период Т число NJ , равное частоте измерительного генератора 2 и пропорциональное С,

При поступлении третьего тактового импульса низкой частоты на первом выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и первый ключ 12 размыкается. Одновременно на четвертом выходе распределителя 20 появляется импульс и первый двухпозиционный переключатель 21 отключает первичный преобразо ватель 1 от измерительного генератора 2 и подключает его к инвертирующему входу операционного усилителя 23. В то же время в микроЭВМ 13 поступает команда на вьтолнение программы вычислений числа N;,NO-N,, пропорционального Сд ,

С приходом четвертого тактового импульса на пятом выходе распределителя 20 формируется импульс, обеспечивающий отключение вторым двух- позиционным переключателем 22 неинвертирующего входа операционного усилителя от общей шины и подключение этого входа к источнику 24 напряжения +UP. При этом в течение такта происходит поляризация зерна, нахо- дящегося в первичном преобразовате- . ле 1, в постоянном электрическом поле. Для электрической модели первичного преобразователя 1 поляризация

30

35

40

адекватна заряду емкостей С д, и Ср до потенциала и.

При поступлении пятого тактового импульса на пятом выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и второ.й двухпозиционный переключатель 22 вновь подключает неинвертирующий вход операционного усилителя 23 к общей шине, а появившийся в это же время импульс на третьем выходе распределителя 20 переводит третий и четвертый ключи 25, 26 в замкнутое состояние, В этом такте происходит деполяризация зерна (на модели мгновенньш разряд емкости

G, и разряд с постоянной времени С гСр емкости Ср). Ток i(t) деполяризации (разряда), возникающий в первичном преобразователе 1 интегрируется преобразователем 27 напряжения в частоту с изменением направления интегрирования в примыкающих циклах. Количество импульсов, выработанное преобразователем 27 напряжения в частоту, за время Т пропорционально Ср. Импульсы с выхода преобразователя 27 напряжения в частоту в пятом такте поступают через четвертый электронный ключ 26 на информационный вход микроэвм 13 и в ее опера- ггивной памяти записывается число

Экспериментально определение для зерна пшеницы зависимости N, и N ср от влажности W приведены на фиг,4,

При поступлении седьмого тактового импульса число W поступает из микроэвм 13 в устройство 17 регистрации, где отображается в виде результата измерения влажности.

Формула изо.бретения

Емкостный влагомер зерна, содержащий емкостный первичный преобразователь, измерительный высокочастотный генератор, снабженный системой автоматической стабилизации ак- тивкого сопротивления его колебательного контура, опорный высокочастот- ный генератор, распределитель управляющих сигналов, причем выходы гене- .раторов подключены через последовательно соединенные соответственно первый формирователь и первый электронный ключ и через второй формирователь и второй электронный ключ к

информационному входу микроЭВМ, выход которой соединен с устройством регистрации, а другие входы через делитель частоты и непосредственно - с генератором тактовых импульсов, кроме того, распределитель управляющих сигналов соединен с делителем частоты и управляющими входами первого

и второго электронных ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне высокой влажности,.в него введены первый и второй двухпозиционные электронные переключатели, . операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, источник опорно.го напряжения, третий и четвертый электронные ключи и интегрирующий преобразователь напряжения в частоту, причем первый двухпози- ционный переключатель соединен с первичным преобразователем, колебательным контуром измерительного высокочастотного генератора и инвертирую- щим входом операционного усилителя, выход которого через последовательно соединенные третий электронный ключ, интегрирующий преобразователь напряжения в частоту и четвертый электрон- ный ключ соединен с информационным входом микроэвм, а неинвертирующий вход операционного усилителя через второй Двухпозиционный электронный переключатель соединен с источником опорного напряжения и с общей шиной, кроме того, управляю.щие входь{ тре тьего и четвертого электронных ключей и переключателей подключены к вы-.

ходу распределителя управляющих сигналов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство содержит первичный емкостный преобразователь, включенный в измерительный генератор со стабилизацией активного сопротивления контура,,опорные генераторы, распределитель импульсов, ЭВМ, ключи, усилители, источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту, переключатели. Цель изобретения достигается за счет учета и компенсации факторов, влияющих на измерение . 4 ил.. I (Л

&Г 111Ш1Ш11Ш1

Вых.3емт. част. 19

,/« гВых. опер, усол 23

, I I: I I I

UJiLli

Пер

iLli

Пер

Фа&2

. 40

30 20 10

f, относ, ед

О

Редактор М.Товтин

W10 30 3.5

ФигЛ

Составитель В,Немцев

Техред А.Кравчук Корректор м.Пожо

Фиг.З

с