Радиоволновый датчик влажности Советский патент 1992 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности неоднородных волокнистых материалов, например хлопка-сырца, хлопкового волокна, вискозы, шерсти.

Известно устройство для измерения влажности сыпучих материалов, содержащее отрезок прямоугольного волновода, внутри которого установлен диэлектрический стакан для размещения сыпучего исследуемого материала.

Недостатком данного устройства является неоднородность поля в центре камеры, что приводит к существенной погрешности измерения влажности неоднородных (по плотности и по влаге) материалов

Кроме того, диэлектрический стакан занимает 50% объема измерительной камеры, в результате уменьшается представительность массы исследуемого материала и, следовательно, увеличивается погрешность выборки при измерении влажности.

Известен также влагомер ВХС-2, предназначенный для измерения влажности хлопка-сырца, Радиоволновый датчик влагомера выполнен в виде отрезка прямоугольного волновода с поперечными размерами, значительно превышающими рабочую длину волны в свободном пространстве (3,2 см), к концам отрезка прямоугольного волновода подключены две антенны.

Влагомер имеет большую (более 20% относительно) погрешность измерения неоднородных материалов, обусловленную, в частности, неоднородностью поля радиоволнового датчика.

Цель изобретения - повышение точности измерений влажности неоднородных материалов.

vi

ю о

00

:оо

Указанная цель достигается тем, что в радиоволновый датчик, содержащий отрезок прямоугольного волновода, служащим для размещения исследуемого материала, две антенны, подключенные к концам отрезка прямоугольного волновода, введены первая и вторая диэлектрические пластины, расположенные на узких стенках отрезка прямоугольного волновода, при этом толщина d диэлектрических пластин выбирается из соотношения

n-2f/A b

Ґ(-1

где Ј-диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин;

b - размер широкой стенки отрезка прямоугольного волновода;

t- длина отрезка прямоугольного волновода;

Я - длина волны в отрезке прямоугольного волновода в отсутствии диэлектрических пластин;

п - целое число большее величины 2f/ А.

На фиг.1 показан радиоволновый датчик влажности; на фиг.2 - структурная схема, поясняющая работу датчика; на фиг.З - график зависимости выходного сигнала датчика от влажности.

Радиоволновый датчик (фиг.1) содержит отрезок прямоугольного волновода 1, имеющего длину f, размер широкой стенки Ь, высоту d, на узких стенках отрезка прямоугольного волновода расположены диэлект- рические пластины 2 толщиной d, выбранной из соотношения

,2d n-21/A(1)

Ґ(vF-i)

Источник 3 электромагнитных колебаний (фиг,2) содержит генератор 5, соединительную линию 6, антенну 7. Приемник 4 электромагнитных колебаний содержит антенну 8, соединительную линию 9, индикатор 10 уровня электромагнитных колебаний. Антенны 7 и 8 подключены к двум концам отрезка прямоугольного волновода 1.

Радиоволновый датчик работает следующим образом.

Электромагнитная энергия с источника 3 подается в отрезок прямоугольного волновода 1, заполненный исследуемым материалом. Часть энергии источника 3 поглощается исследуемым материалом, а оставшаяся часть энергии попадает в приемник 4. Величина оставшейся части энергии зависит от влажности исследуемого материала (фиг.З).

0

5

0

5

0

5

;(1+VF-iЈ4).

На фиг.З кривая 1 - зависимость выходного сигнала от влажности для заявляемого радиоволнового датчика; кривая 2 - зависимость выходного сигнала от влажности для известного датчика.

Экспериментально установлено, что в отсутствии материала в измерительной камере сигнал на выходе датчика пропорционален модулю функции

Гп с 2л:.

. . ,- . j B

При этом выявлено, что будет иметь место наименьшая погрешность измерения влажности неоднородных материалов при условии

2jfI().n.

где п - целое число.

Из последнего равенства вытекает соотношение (1).

Работа радиоволнового датчика проверялась на хлопке-сырце с влажностью 5- 17%. Влажность образцов хлопка-сырца определялась образцовым средством согласно ГОСТу 9679.1-78.

Для каждой укладки регистрировался выходной сигнал Ui, и для п переукладок определялось среднее значение U:

i п

Ui -/U.

Сигнал на

Увых может измевыходеняться в пределах

ивых 0 ± t a, где t - коэффициент Стьюдента;

а - среднее квадратическое отклонение сигнала

ii(u-u,f

.

Разброс сигналов на выходе датчика представляет собой интервал, равный

Данному интервалу сигналов соответствует интервал влажности AW, определяеМЫй как разность между наибольшими и наименьшими значениями влажности в интервале Д U. Относительная.погрешность измерения влажности датчика определялась из отношения

S iA W/2W,

где W - влажность пробы, соответствующая U. В таблице приведены экспериментальные данные измерения влажности предлагаемым радиоволновым датчиком и известным.

Конструкция радиоволнового датчика обеспечивает повышение точности не менее чем в 2 раза при измерении влажности неоднородных материалов, например хлопка-сырца, что подтверждается уменьшением разброса сигнала и увеличением крутизны градуировочной кривой (фиг.З).

Формула изобретения Радиоволновый датчик влажности, содержащий отрезок прямоугольного волновода, служащий для размещения исследуемого вещества, две антенны, подключенные к концам отрезка прямоугольного волновода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений неоднородных материалов, введены первая и вторая диэлектрические пластины, расположенные на узких стенках отрезка прямоугольного волновода, при этом толщина d

диэлектрических пластин выбирается из соотношения

2 d n-2g/A b 2i

X (-1)

гдеЈ -диэлектрическая проницаемость

электрических пластин;

b - размер широкой стенки отрезка пр5

моугольного волновода; I- длина отрезка прямоугольного во/

новода;

Я -длина волны в отрезке прямоуголь

ного волновода в отсутствии диэлектриче

ских пластин; п - целое число, большее величины 2I/H

Изобретение относится к измерительной технике и может бьп -., использовано для измерения влажности неоднородных волокнистых материалов, например хлопка-сырца и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерения влажности неоднородных материалов. Электромагнитная энергия с источника электромагнитных колебаний подается в отрезок прямоугольного волновода заполненный исследуемым материалом. На узких стенках отрезка прямоугольного волновода расположены диэлектрические пластины толщиной d, выбранной из соотношения 2d/b(n-2f/A) /2Ј/А (V5F-1 )где е - диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин; b - размер широкой степени отрезка прямоугольного волновода; fc-длина отрезка прямоугольного волновода; -длина волны в отрезке прямоугольного волновода в отсутствии диэлектрических пластин; п - целое число, большее величины 2(/ Я. 3 ил сл С

/

Г

В

I

Фиг. 7

П

Ю

I|

Фиг. 2

is w/0