Влагомер Советский патент 1989 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для контроля и измерения влажности различных материалов.

Цель изобретения - повышение точности измерения влажности.

На чертеже представлена блок-схема влагомера.

Влагомер содержит первый 1 и второй 2 источники тока, управляемые напряжением (ИТУН), первый 3 и второй 4 емкостные датчики, фазовый детектор 5, смеситель 6, высокочастотный генератор 7, перестраиваемый генератор 8, интегратор 9, управляющий элемент 10, модулятор 11, управляемый делитель 12, пиковый детектор 13 и фильтр 14 низких частот. Выход пикового детектора через фильтр низких частот подключен к управляющему входу регулируемого делителя, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход подключен к входу управления перестраиваемого генератора, выход которого соединен с первым входом смесителя, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, выход которого через последовательно соединенные интегратор, управляющий элемент и высокочастотный генератор подключен к второму входу смесителя, неинвертирующий вход первого источника тока, управляемого напряжением, подключен к выходу смесителя, его выход соединен с первым выводом первого емкостного датчика, входом пикового детектора и входом второго источника тока, управляемого напряжением, выход которого подключен к инвертирующему входу первого источника тока, управляемого напряжением, первому выводу второго емкостного датчика и второму входу фазового детектора, вторые выводы емкостных датчиков подключены к общей шине.

Влагомер работает следующим образом.

На входы смесителя 6 подаются сигналы с генератора 7 высокой частоты и перестраиваемого генератора 8. Разность частот этих сигналов с выхода смесителя 6 поступает на первый вход фазового детектора 5 и неинвертирующий вход первого ИТУН 1. Фаза сигнала, снимаемого с выхода ИТУН 2, зависит от емкости емкостных датчиков 3 и 4, которая в свою очередь определяется влажностью измеряемой среды. Выходной сигнал ИТУН 2 подается на второй вход фазового детектора 5, выходной сигнал которого через интегратор 9 и управляющий элемент 10 изменяет частоту генератора 7 высокой частоты таким образом, чтобы разность фаз входных напряжений фазового детектора 5 была неизменной.

Для точного измерения фазы фазовым детектором 5 глубина частотной модуляции перестраиваемого генератора 8, осуществляемая модулятором 11, выполнена зависимой от амплитуды сигнала на выходе

ИТУН 1. Амплитудное значение этого напряжения выделяется пиковым детектором 13 через фильтр 14 низкой частоты, изменяет коэффициент передачи управляемого делителя 12. Увеличение амплитуды сигнала на выходе пикового детектора 13 приводит к уменьшению коэффициента передачи управляемого делителя 12 и соответствующему уменьшению глубины частотной модуляции перестраиваемого генератора 8 и наоборот.

® Так как амплитуда выходного напряжения ИТУН 1 однозначно связана с крутизной фазовой характеристики цепи ИТУН 1 и 2, то изменение глубины частотной модуляции перестраиваемого генератора 8 гарантирует

г во всех режимах работы нахождение частоты колебаний на выходе смесителя 6 на линейном участке упомянутой фазовой характеристики.

Применение двух емкостных датчиков 3 и 4, включенных на выходах соответствую0 щих ИТУН 1 и 2, и подключение выхода первого ИТУН 1 к входу пикового детектора 13, а выхода ИТУН 2 - к второму входу фазового детектора позволяет как минимум в два раза увеличить изменение частоты генератора 7 высокой частоты при одинаковом с прототипом изменении влажности измеряемой среды.

Изложенное можно пояснить следующими выражениями. В устройстве-прототипе измерительный двухполюсник выполнен на основе колебательного контура. Его резонансная частота при полном включении в его состав емкостного датчика равна

o)p« 1 /л/L Сд ,(1)

где L - эквивалентная индуктивность измерительного двухполюсника; Сд-емкость датчика. Выходная частота смесителя равна резонансной частоте измерительного двухполюсника

0

5

СОрц СОлер - (Оеы

(2)

где ш«ых - частота генератора высокой частоты;

wnt.p - центральная частота перестраиваемого генератора.

Разрешая (2) относительно сооыг и дифференцируя полученное выражение с учетом (1), найдено

1

аСд

i--y-((Hnep-СОаыдг)

СА

Для определения аналогичной зависимости в предлагаемом устройстве передаточ- ную функцию участка цепи от неинвертирующего входа ИТУН 1 до выхода ИТУН 2 можно записать в виде

Kl K2/(Kl-K2+l)

W(P). (4)

Т,-Т-

Ki-K2+l где

/ 2+ й4/ч-1

/С|-/С2+Г

vHf

GI, G2

коэффициент передачи по на

я,

(2

пряжению каскада в первом ивтором

ИТУН;

сопротивление нагрузки на выходе ИТУН 1 и 2; передаточная

вого детектора 13, что эквивалентно увеличению петлевого усиления по амплитуде цепи ООС, состоящей из пикового детектора 13, фильтра 14 низких частот, управляемого делителя 12, перестраиваемого генератора 8, смесителя 6 и ИТУН 1. Последнее обеспечивает более строгое выполнение условия нахождения средней частоты колебаний на выходе смесителя 6 в линейной части фазовой характеристики цепи, образованной послечто повышает точность измерения. Формула изобретения

проводимость,.гг.., г

ИТУН I и 2; 10 довательным включением ИТУН 1 и ИТУН 2, н - СА , CAij- постоянные

времени;

- емкости соответственно дат

чиков 3 и 4-15 Влагомер, содержащий первый емкостный датчик, высокочастотный генератор, управляющий элемент, пиковый детектор, фильтр низких частот, регулируемый делитель, перестраиваемый генератор и смеситель, причем выход пикового детектора через 20 фильтр низких частот подключен к управляющему входу регулируемого делителя, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход подключен к входу управления перестраиваемого генератора, выход котороГ1 /, С ,С

На практике легко обеспечить К,-К, при любом активном сопротивлении исследуемой среды. Тогда (4) принимает вид

1 W(P)(5)

Г,.р2+(7К Kz

-Т2)

К К. 2

Р+1

Анализируя характеристический полином полученного выражения, легко найти частоту сопряжения частотной характеристики25 го соединен с первым входом смесителя, вы- рассматриваемой части схемы. При этом,ход которого подключен к первому входу если Г| Г2, тофазового детектора, выход которого через IQ . Q последовательно соединенные интегратор,

, (6)управляющий элемент и высокочастотный

генератор подключен к второму входу смеCt

Э/х Ь«

О()вых2(( Швых)---.

Сд

Так как для предложенной схемы также30 сителя, отличающийся тем, что, с целью посправедливо выражение (2), аналогичновышения точности измерения влажности,

можно найтив него введены два источника тока, управЪСляемых напряжением, и второй емкостный

(7)датчик, причем неинвертирующий вход пер Авого источника тока, управляемого напряжеСравнение выражений (3) и (7) пока-35 нием, подключен к выходу смесителя, а его

зывает, что при одинаковом относительномвыход соединен с первым выводом первого

изменении емкости датчиков приращениеемкостного датчика, входом пикового детекв-ыходной частоты в предлагаемом устройст-тора и входом второго источника тока, упве в два раза выше, таким образом, точностьравляемого напряжением, выход которого

измерения влажности повышается в 2 раза.подключен к инвертирующему входу первого

Подключение входа пикового детектора 13 к выходу ИТУН 1, а не ИТУН 2, при выборе ,2 также позволяет увеличить точность измерения влажности за счет повышения амплитуды колебаний на входе пикоисточника тока, управляемого напряжением, первому выводу второго емкостного датчика и второму входу фазового детектора, вторые выводы емкостных датчиков подключены к общей шине.

вого детектора 13, что эквивалентно увеличению петлевого усиления по амплитуде цепи ООС, состоящей из пикового детектора 13, фильтра 14 низких частот, управляемого делителя 12, перестраиваемого генератора 8, смесителя 6 и ИТУН 1. Последнее обеспечивает более строгое выполнение условия нахождения средней частоты колебаний на выходе смесителя 6 в линейной части фазовой характеристики цепи, образованной после,.гг.., г

довательным включением ИТУН 1 и ИТУН 2,

что повышает точность измерения. Формула изобретения

довательным включением ИТУН 1 и

источника тока, управляемого напряжением, первому выводу второго емкостного датчика и второму входу фазового детектора, вторые выводы емкостных датчиков подключены к общей шине.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для контроля и измерения влажности различных материалов. Цель изобретения - повышение точности измерения влажности. Влагомер содержит первый 1 и второй 2 источники тока, управляемые напряжением (ИТУН), первый 3 и второй 4 емкостные датчики, фазовый детектор 5, смеситель 6, высокочастотный генератор 7, перестраиваемый генератор 8, интегратор 9, управляющий элемент 10, модулятор 11, управляемый делитель 12. Пиковый детектор 13 и фильтр 14 низких частот, причем выход пикового детектора через фильтр низких частот подключен к управляющему входу регулируемого делителя, вход которого соединен с выходом модулятора, а выход подключен к входу управления перестраиваемого генератора, выход которого соединен с первым входом смесителя, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, выход которого через последовательно соединенные интегратор, управляющий элемент и высокочастотный генератор подключен к второму входу смесителя, инвертирующий вход первого источника тока, управляемого напряжением, подключен к выходу смесителя, его выход соединен с первым выводом первого емкостного датчика, входом пикового детектора и входом второго источника тока, управляемого напряжением, выход которого подключен к инвертирующему входу первого источника тока, управляемого напряжением, первому выводу второго емкостного датчика и второму входу фазового детектора, вторые выводы емкостных датчиков подключены к общей шине. Повышение точности достигается за счет увеличения коэффициента преобразования емкость-работа. 1 ил.