Измеритель влажности Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 

Изобретение касается измерения электрических величин и может быть использовано для измерения относительной влажности различных веществ кон- дуктометрическим методом

Известно множество кондуктометрит ческих влагомеров непосредственной оценки, основанных на включении первичного преобразователя в одно из плеч мостовой цепи или цепи типа делителя напряжения,.

Их основным недостатком является., узкий рабочий диапазон из-за шунтирующего действия со стороны входных цепей регистрирующего прибора в зоне малых значений влажности. Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство, содержащее источник переменного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первичному преобразователю и к образцовому резистору, точка соединения которых подключена к измерительной

схеме, включающей делитель напряжения, фазовращатель, два формирователя импульсов, блок сравнения фаз, фильтр нижних частот, усилитель, блок определения максимума коэффициента передачи, дискретизатор гармонического сигнала-, реверсивный счетчик и цифровой индикатор.

Это устройство также имеет узкий рабочий диапазон из-за большой неопределенности результатов в зоне малых значений влажности, так как его измерительная схема подключена непосредственно к выходам первичного преобразователя и образцового элемента, шунтируя их сопротивления„

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона известного прибора путем устранения подключения регистрирующего прибора к выходу измерительной цепи.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее стабили

со ел м

:л

W

эированный источник напряжения, первичный преобразователь, один из зажимов которого соединен с общей шиной, а другой - с выходом образцового резистора, и регистратор, введены регулируемый масштабный преобразователь, компаратор напряжений и интегратор, причем информационный вход регулируемого масштабного преобразователя вместе с одним из входов регистратора и инвертирующим входом компаратора напряжений подключены к выходу источника , управляющий вход регулируемого масштабного преобразователя соединен через интегратор с выходом компаратора напряжений, прямой вход которого подключен к второму зажиму первичного преобразователя, выход регулируеКоэффициент передачи последнего зависит от напряжения U на затвомого масштабного преобразователя сое- 20 ре, так как R,(U4), то

динен с входом образцового резистора и вторым входом регистратора. Кроме того в известный прибор введены также два амплитудных детектора, входы которых подключены к выходам источника и второму зажиму первичного преобразователя соответственно, а выходы детекторов соединены с входами компаратора напряжений, при этом регулируемый масштабный преобразователь выполнен в виде усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,

{fa фиг. 1 изображена структурная схема измерителя (фиг, 1); на фиг. 2 - временная диаграмма работы его основных узлов; на фиг„ 3 принципиальная схема одного из вариантов реализации регулируемого масштабного лреобразова- теля.

Измеритель влажности содержит источник 1 постоянного (или переменного) напряжения, амплитудный детектор 2 (предназначен для выпрямления переменного напряжения по уровню амплитудного значения или для передачи постоR

4ST

R,

мин при U

к«/и О и К(У/«

25

И +R1

макс при U 5- U 4Работает измеритель следующим обра зом „

В момент пуска (соответствует моменту включения источника 1 на фиг Т и t 0 на фиг. 2) интегратор Ц раз- 30 ряжен, т„е, 1Ц 0 а коэффициент передачи регулируемого масштабного преобразователя 5 равен 1, т.е. Ку 1 (осуществляется подбором резисторов 11 и 13 на фиг„ 3 в соответствии с

35

условием КRJЈ All- . R«

1

Вследствие этого после включения прибора на измерительную цепь 7 вначале 40 поступает напряжение U4 (соответствует отрезку О-t на фиг 2),

На компаратор 3 для сравнения подаются два напряжения: U. K4Uf и

lba K5K7K.0Ut, где К2 и коэфFIV/I V/ ОПа ГТЛ JKI JLU Л 4 ЦГ -ААаЧП f I Wt- I J г L

ч. /ле фициенты передачи детекторов 2 и 10,

янного напряжения), компаратор 3 (узел«5 ч ,,„ „ Аж

„|К7 Ro/(RA+Ro) коэффициент передасравнения) напряжении, интегратор ч, э/оч- чи «с,

„а fчи измерительной цепи 7, Поскольку

регулируемый масштабный преобразователь 5 (предназначен для усиления входного сигнала) и регистратор 6 (милливольтметр),. Измерительная цепь 7 составлена сопротивлением 8 образцового постоянного резистора (Rg) и сопротивлением 9 первичного преобразователя (RA), Амплитудный детектор 10 выполняет функцию, аналогичную де- (гектору 2. Обозначения, принятые на фиг. 2: W - относительная влажность контролируемого материала; И, ,U3,U4, V$ - напряжения с выходов одноименU const, К0- 1, где K-f- коэффициент передачи масштабного преобразова- 50 теля, К2 а К7Ј 1, то U,0 иг и компаратор 3 напряжений в момент t1 вырабатывает импульсный сигнал ul О (строка 1 на фиг. 2)в

Его воздействие на интегратор Ц выразится в появлении на входе и подаче на управляющий вход регулируемого масштабного преобразователя 5 линейно возрастающего напряжения и. (строка 2 на фиг. 2), Последнее вызовет с мо5$

моменты начала t 4,.. - моменты

НУХ узлов; t, tg - цикла измерения; t-, его окончания; tHVW- длительность цикла измерения; длительность периода восстановления или возврата к ис- . ходному состоянию. К, К4, Kg- коэффициенты передачи одноименных узлов а Преобразователь 5 (фиг, 3) выполней на резисторах Т1, 12. 13 с сопротивлениями RH , RO соответственно, и операционном усилителе И. Сток-исток полевого транзистора 15 с сопротивлением R,g служит пере5 менным сопротивлением и образует с резистором 11 регулируемый делитель напряжения„

Коэффициент передачи последнего зависит от напряжения U на затво0 ре, так как R,(U4), то

R

4ST

R,

мин при U

к«/и О и К(У/«

5

И +R1

макс при U 5- U 4Работает измеритель следующим обра зом „

В момент пуска (соответствует моменту включения источника 1 на фиг Т и t 0 на фиг. 2) интегратор Ц раз- 0 ряжен, т„е, 1Ц 0 а коэффициент передачи регулируемого масштабного преобразователя 5 равен 1, т.е. Ку 1 (осуществляется подбором резисторов 11 и 13 на фиг„ 3 в соответствии с

условием КRJЈ All- . R«

1

Вследствие этого после включения прибора на измерительную цепь 7 вначале поступает напряжение U4 (соответствует отрезку О-t на фиг 2),

На компаратор 3 для сравнения подаются два напряжения: U. K4Uf и

U const, К0- 1, где K-f- коэффициент передачи масштабного преобразова- теля, К2 а К7Ј 1, то U,0 иг и компаратор 3 напряжений в момент t1 вырабатывает импульсный сигнал ul О (строка 1 на фиг. 2)в

Его воздействие на интегратор Ц выразится в появлении на входе и подаче на управляющий вход регулируемого масштабного преобразователя 5 линейно возрастающего напряжения и. (строка 2 на фиг. 2), Последнее вызовет с мо

мента t4 увеличение коэффициента К, передачи регулируемого масштабного преобразователя, обусловленное росто сопротивления перехода сток-исток полевого транзистора 15 на фиг. 3 и увеличением напряжения на входе усилителя И о

В результате на измерительную цеп 7 с момента t, будет подаваться все возрастающее переменное напряжение

и

5 KrUf. где. (строка 3 на фиг„ 3). Следствием этого является, увеличение напряжения U и пропорцонального ему напряжения , При достижении соотношения Uz U10 проце увеличения напряжения питания измерительной цепи 7, т.е. U, прекратитс (отражен моментом t2 на фиг0 2), т как компаратор 3 выдает сигнал прот воположного уровня„ Благодаря начавшемуся в тот же момент разряду интег- ратора k через некоторое время (отрезок t, на фиг.2) процесс регулирования напряжения на вх оде цепи 7 возобновится вновь, но в момент t также прекратится, В результате такого взаимодействия узлов 3 и 5, образующих астатическую следящую систему авторегулирования, на входе преобразователя 5 достаточно быстро уста- постоянное напряжение

новится почти

Uy К 5- U .. .

Его значение (или амплитуда) може быть найдена подстановкой значения Ку, определяемого из условия: U

« U« - KfK7U, О,

Нетрудно убедиться, что при К2

1 имеем

«; - Sjifи,

этому регистратор, подключенный, как показано на фиг. 1,,будет находиться под напряжением, равным разности напряжений (и и U4, а его стрелка отклонится на угол, равный tf$

v тт Д О

- V, R.

где К6 - коэффициент передачи регистратора 6.

|Формул а

Учитывая тот факт, что оно получено вне измерительной цепи, а именно в точках с высшими энергетическими возможностями, можно сделать вывод об уменьшении шунтирующего действия со стороны входных цепей регистратора на результат оценки.

Получение сигнала о влажности конт- ролируемого материала вне измерительной цепи 7 делает более стабильным режим ее работы, уменьшает уровень помех при работе в области малых значений W,

-8 результате достигается существенное (в 3 раза) уменьшение нижнего предела измерений и расширение рабочего диапазона.

20|Формул а

и

е т е н и я

25

з о б р

к

Измеритель влажности, содержащий

источник переменного напряжения, первичный преобоазователь, образцовый резистор, регистратор, причем образцовый резистор и первичный преобразователь соединены последовательно, отличающийся тем,- что, с целью расширения диапазона измерений в область малых значений влажности,

30 |он дополнительно содержит регулируе- ,мый масштабный преобразователь, компаратор напряжений, интегратор, два амплитудных,детектора, причем инфорт мационный вход регулируемого масштабного преобразователя, один из входов регистратора и вход первого амплитудного детектора соединены с источником переменного напряжения,выход первого амплитудного детектора соединен с

JQ первым входом компаратора напряжения, управляющий вход регулируемого мае- штабного преобразователя соединен через интегратор с выходом компаратора напряжений, второй вход которого подключен через второй амплитудный детектор к первичному преобразователю, еы ход масштабного преобразователя соединен с образцовым резистором и вторым входом регистратора.

35

4S

Использование: измерение влажности сыпучих и волокнистых материалов „ Сущность изобретения: устройся во содержит делитель напряжения, образованный образцовым сопротивлением и первичным преобразователем, источник переменного напряжения, управляемый . масштабный преобразователь, компаратор, интегратор, амплитудные детекторы, регистратор„ 3 ила