Устройство для измерения влажности почвы Советский патент 1991 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к автоматическому приборостроению, а именно к диэль- нометрическим средствам измерения влажности дисперсных материалов, и может найти применение во многих областях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема измерительного многополюсника.

Устройство для измерения влажности почвы (фиг. 1) содержит два генератора 1 и 2 гармонических колебаний, первый 3 иизто- рой 4 управляемые ключи, усилитель 5 переменного тока, измерительный многополюсник 6, модулятор 7, блок 8 управления, третий 9 и четвертый 10 управляемые ключи.

амплитудный детектор 11, ключевую схему 12, схему 13 совпадения, пятый управляемый ключ 14, интегратор 15, сумматор 16, первый блок 17 деления, шестой управляемый ключ 18, второй интегратор 19, второй блок 20 деления, дифференциальный усилитель 21, источник 22 опорного напряжения и индикатор 23.

Первый вход измерительного многополюсника 6 соединен с последовательно соединенными амплитудным детектором 11, ключевой схемой 12 и схемой 13 совпадения, второй вход которой подключен к выходу модулятора 7, второй выход которого соединен с вторым входом измерительного многополюсника 6, третий вход которого соединен с выходом интегратора 15. Выходы генераторов 1 и 2 через первый 3 и второй 4

КПН1ЧИ OIHUHO; Р) it( i Mf)il)llf) lfJHN I

усилители 5 перомрмиою тока выходы з мерительною многополюсника 6 через третий 9 и четвертый 10 ключи соединены с нулевой шиной устройства. Выход схемы 13 совпадения через последовательно соединенные пятый ключ 14, интегратор 15, сумматор 16 и блок 17 деления соединен с индикатором 23. Второй выход схемы 13 совпадения через последовательно соединенные шестой ключ 18, второй интеграт эр 19 и второй блок 20 деления подсоединен к первому входу дифференциального усилителя 21, к второму входу которого подключен источник 22 опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя 21 подсоединен к управляющим входам блоков 17 и 20 деления, выход второго интегратора 19 подключен к третьему входу измерительного многополюсника 6 и второму входу сумматора 16, третий выход модулятора 7 соединен с входом блока 8 управления, первый выход которого соединен с управляющими входами первого 3, третьего 9 и пятого 14 ключей, а второй выход - с управляющими входами второго 4, четвертого 10 и шестого 18 ключей.

Измерительный многополюсник б (фиг.2) содержит емкостный датчик 24, модулирующий двухполюсный элемент 2Е и первый 26 и второй 27 управляемые резонансные элементы. Первые выводы емкостного датчика 24, модулирующего двухполюсного элемента 25 и первого 25 и второго 27 управляемых резонансных зпе- ментов объединены и подключены к клейме первого входа измерительного многополюсника 6, Управляющие входы модулирующего двухполюсного элемента 25, первэго 26 и второго 27 управляемых резонансных элементов являются соответственно ETQ- рым, третьим и четвертыми входами измерительного многополюсника 6. Вторые выводы первого 26 и второго 27 управляемых резонансных элементов являются выходами измерительного многополюсник 6. Вторые выводы емкостного датчика 24 и управляемого модулирующего двухполюсного элемента 25 соединены с нулевой шиной устройства.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с генераторов 1 и 2 через управляемые ключи 3 и 4 и усилитель 5 поочередно поступает на измерительный многополюсник 6, состоящий из емкостного датчика 24, модулирующего элемента i5 и управляемых резонансных элементов 16 и 27, которые подключаются к измерительному многополюснику с помощью управпяем i - . к 11 1 г Г.И ,1 и .ч v п i f о фиг

у ПГ )1 Г| -1Ю ИМ 1уН,(.П,М М М П рЧ -Т Н ИР М OI

Ьлокя В,синхронизирована.

При срабатывании электронного ключа 3, который подключает к измерительному многополюснику генератор 1, одновременно срабатывает и электронный ключ 9, подключая к измерительному многополюснику резонасный элемент 26. Аналогично, с по- 0 мощью ключей 4 и 10. коммутируются второй генератор 2 и второй управляемый резонансный элемент 27. Таким образом реализуются два идентичных каняла измерения, работающих на двух разных 5 фиксированных частотах, На модулирующий элемент 25 подается импульсное напряжение с модулятора 7, который является также задающим генератором для блока 8 управления ключами. При равенстве реак- 0 тивных проводимостей измерительного многополюсника высокочастотное напряжение, снимаемое с него, немодулировано и сигнал на выходе амплитудного детектора 11 равен нулю, При изменении влажности 5 емкостная составляющая полной проводимости датчика 24 изменяется, равновесие схемы нарушается, на выходе детектора 11 появляется импульсное напряжение фазы, соответствующей изменению влажности. 0 Это напряжение подается на вход ключевой схемы 12, выполненной, например, на операционном усилителе. Ключевая схема 12 формирует импульсное напряжение, которое подается на один вход схемы 13 совпа- 5 дения, к второму входу схемы совпадения подключен модулятор 7. При совпадении фаз входных сигналов на выходе схемы совпадения формируется импульсное напряжение, при несовпадении - постоянный 0 положительный уровень. Сигнал схемы совпадения через управляемые ключи 14 и 18 поступает соответственно на входы интеграторов 15 и 19. Управляемые ключи 14 и 18 также управляются блоком 8, причем ключ 5 14 срабатывает одновременно с ключами 3 и 9, а ключ 18 - одновременно с ключами 4 и 10. При увеличении емкости датчика 24 (увеличение влажности) на вход интеграторов подается постоянный положительный 0 уровень и напряжение на их выходах растет, Это напряжение прикладывается к резонансным элементам 26 и 27, их емкости уменьшаются до величины, соответствующей равновесию схемы. При уменьшении емко- 5 сти датчика 24 (уменьшение влажности) на вход интеграторов поступает разнополяр- кое импульсное напряжение, их выходной потенциал уменьшается, емкости резонансных элементов увеличиваются до величины, соответствующей равновесию схемы.

Гаким. OpaioM, СХ.РМЯ всегда находится в режиме динамическою равновесия, а выходные напряжения интеграторов 1-5 и 19 служат мерой истинной емкости датчика 24 и, соответственно, измеряемой влажности. Работоспособность описанной части схемы обеспечивается, если длительность tn импульсов напряжений V/ и Vy , которые управляют работой ключей, не менее чем на порядок больше длительности tM импульсов модулятора .7 и не менее чем на порядок меньше постоянной т времени интеграторов 15 и 19, т.е. tM « tn т.

Выходное напряжение первого интегратора 15 подается на первый вход сумматора 16, а выходное напряжение второго интегратора 19 - на его второй вход и вход второго блока 20 деления. На выходе сумматора 16 формируется разность напряжений первого и второго интеграторов. Эта разность через первый блок 17 деления поступает на вход индикатора 23. Напряжение с выхода второго блока 20 деления поступает на первый вход дифференциального усилителя 21, на второй вход которого поступает напряжение с источника 22 опорного напряжения. Выходное напряжение дифференциального усилителя 21, пропорциональное разности его входных напряжений, поступает на вторые входы блоков деления и изменяет в соответствующую сторону коэффициенты их передачи. Блоки деления, выполненные, например, на полевом транзисторе, являются полностью идентичными и имеют одинаковые параметры.

Таким образом, на индикатор поступает напряжение, пропорциональное отношению разности выходных напряжений интеграторов к выходному напряжению второго интегратора.

Формула изобретения 1. Устройство для измерения влажности почвы, содержащее генератор гармонических колебаний, модулятор, измерительный многополюсник, амплитудный детектор, ключевую схему, схему совпадения, интегратор и индикатор, первый вход измерительного многополюсника соединен с последовательно соединенными амплитудным детектором, ключевой схемой и схемой совпадения, второй вход которой подключен к выходу модулятора, второй выход которого соединен с вторым входом измерительного многополюсника, третий вход которого соединен с выходом интегратора, отличающееся тем, что, с целью

ПОВЫШеНИЯ ТОЧНОСТИ ИТМ1- il /I фгщ

ство введены второй генератор ырмониче ских колебаний, усилитель переменного тока, шесть управляемых ключей, блок уп- 5 равления, сумматор, два блока деления, второй интегратор, дифференциальный усилитель и источник опорного напряжения, причем выходы генераторов синусоидальных колебаний через первый и второй 0 ключи соответственно подключены к входу усилителя переменного тока, выходы измерительного многополюсника через третий и четвертый ключи соответственно соединены с нулевой шиной устройства, выход схе5 мы совпадения через последовательно соединенные пятый ключ, интегратор, сумматор и блок деления соединен с индикатором, второй выход схемы совпадения через последовательно соединенные шестой

0 ключ, второй интегратор и второй блок деления подсоединен к первому входу дифференциального усилителя, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выход дифференциального уси5 лителя подсоединен к управляющим входам блоков деления, выход второго интегратора подключен к третьему входу измерительного многополюсника и второму входу сумматора, третий выход модулятора соединен с

0 вторым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами первого, третьего и пятого ключей, а второй выход соединен с управляющими входами второго, четвертого и шестого клю5 чей,

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что измерительный многополюсник содержит емкостный датчик, модулирующий двухполюсный элемент и два управля0 емых резонансных элемента, причем первые выводы емкостного датчика, модулирующего двухполюсного элемента и управляемых резонансных элементов подключены к клемме первого входа изме5 рительного многополюсника, управляющие входы модулирующего двухполюсного элемента, первого и второго управляемых резо- насных элементов являются соответственно вторым, третьим и четвертым входами изме0 рительного многополюсника, вторые выводы первого и второго управляемых резонансных элементов являются выходами измерительного многополюсника, а вторые выводы емкостного датчика и

5 управляемого модулирующего двухполюсного элемента соединены с нулевой шиной устройства.

0 -ч- У

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к диэльно- метрическим средствам измерения влажности дисперсных материалов, и может найти применение во многих областях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение точности измерений устройства для измерения влажности. Устройство реализовано по схеме двухчастот- ного метода, когда поочередно производятся излучения на двух фиксированных частотах..Измерительная схема осуществляет фазовое балансирование при последовательной коммутации частот. Напряжение выходного сигнала, полученное на большей частоте, вычитается из напряжения сигнала, полученного на меньшей частоте, а разность этих напряжений делится на напряжение, полученное при измерении на большей частоте. Эффект повышения точности достигается за счет автоматической компенсации возмущающих факторов - температуры, солесодержания, плотности и структуры материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2