Диэлькометр Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для контроля состава материала, в частности процентного содержания влаги в материале, транспортируемом с помощью конвейерных линий.

Известен диэлькометр, состоящий из резистивного первичного преобразователя, включенного через управляемый преобразователь нагрузки в контур высокочастотного (ВЧ) опорного генератора, емкостного первичного преобразователя, включенного в контур ВЧ измерительного генератора. Выходы обоих генераторов заведены на разные входы смесителя, выход которого подключен к блоку усиления, фильтрации и преобразования в постоянное напряжение, а тот в свою очередь соединен с входом блока регистрации 1.

Недостатком данного диэлькометра является наличие зоны нечувствительности при сближении рабочих частот генераторов, составляющих 50-100 Гц, что приводит к значительной погрешности измерительного

тракта электронного блока Отсутствует компенсация дрейфа частот генераторов и износа первичного преобразователя

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного ВЧ-генератора, опорного ВЧ-генератора, двух блоков формирования сигнала, блока арифметического преобразования, включающего четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, блока распределения сигналов, делителя частоты и тактового генератора, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам ВЧ измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к первому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока распределения сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразоваСЛ

С

VI

vi

- ю

4

ния подключен к входу блока регистрации

2.

В приведенном выше диэлькометре поочередно в реверсивный счетчик в течение строго заданного времени после его сброса заносится число импульсов от опорного генератора по входу прямого счета, затем от измерительного генератора по входу обратного счета, причем первичный преобразова- тель должен быть погружен в контролируемую среду. Разность - полученных чисел или частот считывается на регистрирующее устройство.

К недостаткам данного устройства следует отнести дрейф частот измерительного и опорного генераторов, а также уход частоты измерительного генератора по мере износа первичного преобразователя. Отмеченные недостатки снижают точность производимых измерений,

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в диэлько- метр, включающий емкостный первичный преобразователь, подключенный к входу измерительного ВЧ-генератора, реверсивный счетчик с управляющими ключами, тактовый генератор, подключенный к входу блока распределения сигналов, и регистрирующее устройство, подключенное через первый управляющий ключ к выходу реверсивного счетчика, введены задающий счетчик с кодовым переключателем и блоком предустановки, включающим управляющий ключ и элемент памяти, таймер с элементом НЕ и блок управления с исполнительным органом, механически связанным с первичным преобразователем и включающим два концевых выключателя, при этом задающий счетчик своими входами предустановки связан с соответствующими раз- ряднымивыходамикодового

переключателя, счетным входом - со счетным входом реверсивного счетчика, входом разрешения предустановки - с выходом управляющего ключа и-первым входом элемента памяти блока предустановки, входом разрешения счета - с вторым выходом элемента памяти, первый выход которого подключен к входу таймера, который выходом подключен к первому входу управляющего ключа блока предустановки и к выходу блока управления, связанному с исполнительным органом, а через элемент НЕ ктретьему входу второго управляющего ключа, причем исполнительный орган через второй концевой выключатель связан с вторым входом управляющего ключа блока предустановки, а через первый концевой выключатель - с вторым входом второго управляющего ключа, при этом блок распределения сигналов первым выходом подключен к второму входу элемента памяти и входу разрешения предустановки реверсивного счетчика, а вторым выходом - к третьему входу управляющего ключа блока предустановки.

В известном техническом решении принцип измерения заключается в определении разности частот опорного и измери- 0 тельного генераторов.

В предлагаемом техническом решении принцип измерения заключается в определении разности частот измерительного генератора с поднятым над материалом 5 первичным преобразователем с поправкой, учитывающей начальную диэлектрическую проницаемость контролируемого материала, и частотой этого же генератора при под- нятом над материалом первичном 0 преобразователе. Во-первых, при таком подходе учитывается износ первичного преобразователя, во-вторых, дрейф измерительного генератора, и, в-третьих, отпадает необходимость в опорном генераторе как 5 наиболее сложной термостатируемой конструктивной части диэлькометра. В связи с новым подходом к решению задачи по измерению диэлектрической проницаемости введены дополнительные изве- 0 стные элементы, с помощью которых реализуется изложенный выше принцип измерения, Такими элементами являются задающий счетчике кодойым переключателем и блоком предустановки, таймер с элемен- 5 том НЕ. блок управления с исполнительным органом, включающим два концевых выключателя и механически связанным с первичным преобразователем. При сохранении общего количества рабочих тактов сущест- 0 венно изменились их функции, а также связи блока распределения сигналов с другими элементами диэлькометра.

Блок-схема диэлькометра представлена на чертеже.

5 Диэлькометр включает первичный преобразователь 1, блок 2 генератора, первый управляющий ключ 3, реверсивный счетчик 4, задающий счетчик 5, блок 6 распределения сигналов,тактовый генератор 7, блок 8 0 предустановки, образованный третьим управляющим ключом 9 и элементом 10 памя- ти, таймер 11 с элементом НЕ 12, блок 13 управления, второй управляющий ключ 14, кодовый переключатель 15, исполнитель- 5 ный орган 16 с двумя концевыми выключателями 17 и 18, регистрирующее устройство 19.

На чертеже с целью упрощения элемент

9 представлен как управляющий ключ, хотя

входит элемент И и два входа (один и

два). Элемент 3 представлен как управляющий ключ, хотя в него входит элемент И на три входа (один, два и три), выход которого является управляющим входом собственно управляющего ключа, причем сам управляющий ключ представляет собой множество ключей с одним объединенным управляющим входом (в качестве такого элемента используетсяцифроаналоговыйпреобразователь). Многоразрядные связи кодового переключателя 15с входами предустановки задающего счетчика 5, его выходов с входами предустановки реверсивного счетчика 4, а выходов последнего с управляющим ключом 3 на чертеже показаны одной линией.

Согласно блок-схема диэлькометра тактовый генератор 7 подключен к входу блока 6 распределения сигналов, который первым выходом связан с вторым входом элемента 10 памяти и вторым входом разрешения предустановки реверсивного счетчика 4, вторым выходом - с третьим входом третьего управляющего ключа 9, третьим выходом - с первым входом второго управляющего ключа 14, четвертым выходом-с первым входом управляющего ключа 3, первичный преобразователь 1, механически связанный с исполнительным органом 16, подключен к колебательному контуру блока 2 генератора, ко.орый выходом через второй управляющий ключ 14 связан с первым входом реверсивного счетчика 4 и задающего счетчика 5. Задающий счетчик 5 вторым входом разрешения предустановки подключен к выходу управляющего ключа 9, связанному с первым входом элемента 10 памяти, третьим входом разрешения счета - к второму выходу элемента 10 памяти, входами предустановки - к соответствующим разрядным выходам кодового переключателя 15, выходами - к соотве(ствующим входам предустановки реверсивного счетчика 4, который выходами подключен к соответствующим входам управляющего ключа 3. Таймер 11 входом подключен к первому выходу элемента 10 памяти, а выходом связан с первым входом третьего управляющего ключа 9, с входом блока 13 управления, а через элемент НЕ 12 с третьим входом управляющего ключа 3. Блок 13 управления выходом связан с исполнительным органом 16, который через концевой выключатель 17 подключен к второму входу третьего управляющего ключа 9, а через концевой выключатель 18 - к второму входу управляющего ключа 3, который связан с регистрирующим устройством 19.

Концевой выключатель 18 определяет рабочее положение первичного преобразователя 1, т. е. когда он погружен в материал, при этом он коммутирует сигнал логическую 1 на второй вход управляющего ключа 3 Концевой выключатель 17 определяет ко- 5 нечное положение первичного преобразователя 1 при его подъеме, по достижении которого он коммутирует высокий уровень сигнала на второй вход третье о управляющего ключа 9.

10 Работа диэлькометра протекает циклично. Каждый цикл включает четыре такта, вырабатываемых тактовым генератором 7 совместно с блоком 6 распределения сигналов. Назначение и последовательность вы- 15 полнения тактов следующая: первый такт осуществляет сброс элемента 10 памяти и предустановку реверсивного счетчика; второй такт осуществляет предустановку задающего счетчика 5 и дает разрешение с 0 помощью элемента 10 памяти на прохождение импульсов в задающий счетчик 5; третий такт осуществляет запись последовательности импульсов, поступающих с блока 2 генератора через второй уп- 5 равляющий ключ 14 в задающий счетчик 5 и реверсивный счетчик 4; четвертый так г осуществляет считывание информации с реверсивного счетчика 4 через первый управляющий ключ 3 в регистрирующее ус- 0 тройство 19.

Как видно из блок-схемы, для выполнения второго и четвертого тактов работы диэлькометра необходимо наличие высокого уровня сигнала на первом, втором входах 5 третьегоуправляющегоключаЭи на втором, третьем входах первого управляющего ключа 3. При отсутствии высокого уровня сигнала на перечисленных входах управляющих ключей 9 и 3 второй и четвертый такты про- 0 ходят вхолостую.

Предположим, что диэлькометр включили, когда первичный преобразователь 1 был погружен в контролируемую среду. При этом автоматически происходит запуск тай- 5 мера 11, и он начинает отсчет установленного интервала времени, по истечении которого выдает высокий уровень сигнала на своем выходе и прекращает работу до последующего запуска. При включении ди- 0 элькометра на первом и втором входах управляющего ключа 9 присутствует логический О, а на втором и третьем входах управляющего ключа 3 - логическая 1. 5При выполнении первого такта, с одной

стороны, с первого выхода блока 6 распределения сигналов высокий уровень сигнала поступает на второй вход элемента 10 памяти блока 8 предустановки и сбрасывает его, если он находился в несброшенном состоянии, но поскольку таймер запущен, то он не

производит какого-либо действия, с другой стороны, этот же сигнал воздействует на второй вход разрешения предустановки реверсивного счетчика 4 и при этом осуществляется предустановка реверсивного счетчика 4, т. е. вся информация, которая находилась в задающем счетчике 5, переписывается в реверсивный счетчик 4. Однако в момент включения диэлькометра в задающем счетчике 5 может находиться пюбая информация, а если осуществлять его автоматический сброс, то информация вообще отсутствует. Естественно до того момента времени, пока в задающий счетчик не занесут число, соответствующее рабочей частоте блока 2 генератора для верхнего положения первичного преобразователя 1, измененное на константу, характеризующих начальную диэлектрическую проницаемость материала, диэлькометр в течение всего времени до начала очередного цикла работы таймера 11 выдает ложную инфор- м ацию, В целях избежания такого эффекта первый цикл работы таймера 11 делают ограниченным несколькими секундами, а затем переводят на более длительное время, например 1, 2, 4 и т. д. Поэтому условно будем считать, что в задающий счетчик 5 внесена необходимая информация, которая и считана в реверсивный счетчик 4 при выполнении первого такта.

На втором такте сигнал с второго выхода блока 6 распределения сигналов поступает на третий вход управляющего ключа 9, но при отсутствии логической 1 на первом и втором входах он не сработает, т. е. не производит какого-либо действия,

На третьем такте сигнал с третьего выхода блока 6 распределения сигналов поступает на первый вход второго управляющего ключа 14, обеспечивая прохождение импульсов с блока 2 генератора в течение времени действия тактирующего сигнала, как правило, равного 1 с, на вычитающий первый вход реверсивного счетчика 4, при этом из числа, занесенного в реверсивный счетчик 4 на первом такте, происходит вычитание числа, соответствующего текущей частоте блока 2 генератора. Отметим, что в задающий счетчик 5 информация не проходит из-за отсутствия разрешающего сигнала на его третьем входе.

На четвертом такте сигнал с четвертого выхода блока 6 распределения сигналов поступает на первый вход первого управляющего ключа 3, и информация с реверсивного счетчика 4 считывается в память регистрирующего устройства 19.

Выполнение тактов и соответственно циклов работы диэлькометра в описанной последовательности протекает в течение всего интервала времени,определяемого работой таймера 11.

По истечении установленного интервала времени таймер 11 прекращает счет времени и на его выходе появляется уровень логической 1. При этом на первом входе управляющего ключа 9 появляется уровень логической 1, а на третьем входе управля0 ющег.о ключа 3 - уровень логического О. Одновременно на блок 13 упразления подается сигнал, разрешающий подъем первичного преобразователя 1. Отметим, что в течение всего времени подъема, а затем

5 опускания первичного преобразователя 1 управляющий ключ 3 находится в запертом состоянии, а на регистрирующем устройстве остается информация, считанная до моментаподъемапервичного

0 преобразователя 1.

В момент срабатывания концевого выключателя 17 на втором входе управляющего ключа 9 появляется уровень логической 1, а при выполнении второго такта с выхо5 да блока 6 распределения сигналов сигнал логической 1 появляется на третьем входе управляющего ключа 9. В результате с выхода управляющего ключа 9 высокий уровень сигнала поступает на первый вход элемента

0 10 памяти и на второй вход разрешения предустановки задающего счетчика 5, при этом в задающий счетчик 5 занесено число, набранное на кодовом переключателе, равное константе, характеризующей началь5 ную диэлектрическую проницаемость материала, а затем с второго выхода элемента 10 памяти натретий вход разрешения счета задающего счетчика 5 подается сигнал высокого уровня, разрешающий про0 хождение счетных импульсов по первому входу прямого счета.

При выполнении очередного третьего такта с третьего выхода блока 6.распределения сигналов сигнал логической 1 поступа5 ет на первый вход второго управляющего ключа 14, и пачка импульсов в течение 1 с проходит в задающий счетчик 5, в котором происходит алгебраическое сложение константы, считанной ранее, и числа, соответ0 ствующего частоте блока 2 генератора. Отметим, что импульсы также поступают на первый вход обратного счета реверсивного счетчика 4, но это никак не отражается на показаниях регистрирующего устройства

5 19, так как управляющий ключ 3 до полного опускания первичного преобразователя 1 находится в запертом состоянии.

Следующий очередной первый такт, при котором с первого выхода блока 6 распределения сигналов сигнал логической 1 подается на второй вход элемента 10 памяти и на второй вход разрешения предустановки реверсивного счетчика 4. При этом происходит сброс элемента 10 памяти и запуск таймера 11, а также считывание информации с задающего счетчика 5 в реверсивный счетчик 4. Запуск таймера снимает логический уровень 1 с его выхода, и тем самым выдается команда на блок 13 управления, разрешающая произвести опускание первичного преобразователя 1.

По достижении первичным преобразователем 1 своего нижнего положения, что фиксируется срабатыванием концевого выключателя 18 и подачей сигнала логической Г на третий вход управляющего ключа 3, работа диэлькометра протекает по алгоритму, описанному выше.

Предложенный диэлькометр позволяет существенно повысить точность измерений диэлектрической проницаемости материала и, в частности влажности в потоке на конвейерных линиях, значительно сократить время на обслуживание, повысить культуру производства и меры безопасности работы при его обслуживании.

Формула изобретения Диэлькометр, включающий емкостный первичный преобразователь, подключен- ный к входу измерительного высокочастотного генератора, реверсивный счетчик с управляющими ключами, тактовый генератор, подключенный к входу блока распределения сигналов, и регистрирующее устройство, подключенное через первый управляющий ключ к выходу реверсивного счетчика, при этом измерительный высокочастотный генератор через второй управляющий ключ подключен к счетному вычитающему входу реверсивного счетчика,

а блок распределения сигналов одним выходом подключен к первому входу второго управляющего ключа, а другим - к первому входу первого управляющего ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены задающий счетчик с кодовым переключателем и блоком предустановки, включающим третий управляющий ключ и элемент памяти, таймер с элементом НЕ и блок управления с исполнительным органом, механически связанным с первичным преобразователем и включающим в себя два концевых выключателя, при этом задающий счетчик входами предустановки связан с соответствующими разрядными выходами кодового переключателя, счетным входом связан со счетным входом реверсивного счетчика, входом разрешения предустановки - с выходом третьего управляющего ключа и первым входом элемента памяти блока предустановки, входом разрешения счета - с вторым выходом элемента памяти, первый выход которого подключен к входу таймера, который выходом подключен к первому входу управляющего ключа блока предустановки и к входу блока управления, связанному с исполнительным органом, а через элемент НЕ - к третьему входу первого управляющего ключа, причем исполнительный орган через первый концевой выключатель связан с вторым управляющим входом ключа блока предустановки, а через второй концевой вы- ключатель-с вторым входом первого управляющего ключа, при этом блок распределения сигналов первым выходом подключен к второму входу элемента памяти и входу разрешения предустановки реверсивного счетчика, а вторым выходом - к третьему входу третьего управляющего ключа блока предустановки.

Использование: измерительная техника Сущность изобретения; диэлькометр включает емкостный первичный преобразователь, высокочастотный генератор, реверсивный счетчик с управляющими ключами, тактовый генератор, регистрирующее устройство. В него введены задающий счетчик с кодовым переключателем и блоком предустановки, таймер с элементом НЕ, блок управления с исполнительным .органом. 1 ил.