ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ Советский патент 1966 года по МПК G01N27/22 

Известны электронные влагомеры для измерения влажности материалов с большими диэлектрическими потерями, содержащие конденсатор-датчик и эталонный конденсатор, подключаемые электронным коммутатором к высокочастотному генератору, частота колебаний которого, зависящая от емкостей конденсаторов, преобразуется частотным детектором и усилителем в пропорциональное разности емкостей напряжение, подаваемое на измерительный прибор, показывающий влажность. Однако, электрическая схема подобного влагомера не обеспечивает достаточной точности измерения.

Предлагаемый электронный влагомер позволяет повысить точность измерения и расширить область его применения. Это достигается тем, что последовательно с генератором включено регулируемое сопротивление, выполненное в виде электронной лампы, изменяющей свое сопротивление при изменении напряжения генератора высокой частоты и управляемое при помощи амплитудного детектора и усилителя, а также тем, что частотный детектор выполнен в виде двух частотно-зависимых RC-цепей, образующих мост, и колебательного контура, настроенного на коммутирующую частоту.I

Измеритель влажности содержит датчик Д, эталонный конденсатор Э и семь блоков (обведены пунктирной линией): / - блок генерации высокой (рабочей) частоты, // - электронный коммутатор, /// - стабилизатор напряжения генератора рабочей частоты, IV - частотный детектор, V - усилитель, VI - блок генерации коммутирующей частоты и VII - стабилизированный блок питания.

Работа измерителя происходит следующим образом.

К колебательному контуру генератора высокой частоты, собранному на лампе JIi, попеременно, с частотой 3000 гц, подключаются датчик Д и эталонный конденсатор Э, составленный из постоянной емкости Ci и переменной (подстроечной) емкости Со. Коммутирующее напряжение с частотой 3000 гг вырабатывается генератором Л, усиливается буферным каскадом Лз и через сопротивления R и и дроссели Др1 и Др-2 подается на переключающие диоды Д и До. Датчик Д подключается всеми положительными полупериодами коммутирующего напряжения, конденсатор Э - всеми отрицательными полупериодами, т. е. в секунду происходит 6000 переключений.

Частота генератора i пропорциональна подключаемой к нему емкости, а разность частот генератора при подключении конденсаторов пропорциональна разности емкостей этих

конденсаторов. Если емкость эталонного конденсатора Э задать равной емкости конденсатора датчика Д, номещенпого в сухой объект, то разность частот генератора будет пропорциональна влалчности объекта.

Стабилизация напряжения генератора производится при помощи регулируемого сопротивления (лампы Л), Бключеиного последовательно с генератором. Напряжение 400 в на лампах Л и Л делится иропорционально их внутренним сопротивлениям. Сопротивление генератора Л зависит от нагрузки его контура, а сопротивление лампы Л - от напрял ения на ее сетке. Напряжение высокой частоты генератора Л связано с напряжением на сетке лампы Л,-, при помощи амплитудного детектора Су, Д..;, Ry, R, С и усилителя постоянного тока Л-, со стабилитроном Mt. При увеличении нагрузки генератора Лi его напряжение высокой частоты немного уменьшается, положительный потенциал на сетке лампы //5 уменьшается, падение напряжения на ее аноде увеличивается, а, следовательно, увеличивается положительный потенциал на сетке лампы Л, что вызывает уменьшение ее внутреннего сопротивления. Происходит перераспределение напряжения мелсду лампами Л1 и Л,, так что уменьшение высокочастотного нанряжения генератора прекращается. В результате колебания высокочастотного напряжения генератора не превышают 1-2о/оТакая схема обеспечивает практически безынерционную стабилизацию напряжения генератора, что значительно повышает точность измерителя влажности.

Разность частот генератора при подключении к нему конденсаторов преобразуется частотным детектором (блок IV) в напряжение, пропорциональное указанной разности частот, или, что то же, пропорциональное влал ности исследуемого материала.

Частотный детектор состоит из двух частотно-зависимых RC-цепей (Rs, Q и CG, Ra), образующих мост, и амплитудных детекторов Дз, Кт, C и Дй, ., Cs. При увеличении частоты напряжение на Cs уменьшается, а на - увеличивается. Напрялсение с С.5 снимается детектором Дз, RI, С-, а напрял енне с Rf, - детектором Де, 8, Cg. Разностный ток этих двух детекторов, пропорциональный измеряемой влал ности, подается через конденсаторы Со и RC, на первичную обмотку трансформатора Tpi. Для выделения напряжения, пропорционального влажности и имеющего частоту 3000 гц, к первичной обмотке Тр подключен конденсатор Сю, образующий с этой обмоткой колебательный контур, настроенный на частоту 3000 гц. Такой частотный детектор практически не реагирует на изменение средней частоты генератора, что существенно повышает точность измерения влал-сности.

Выделенное напряжение подается на резонансный усилитель (левая половина лампы Лй) с контуром в аноде CuLi, служащим для повышения избирательности системы. На правой половине лампы Л собран второй каскад усиления по трансформаторной схеме. Трансформатор Тр2 является анодной нагрузкой лампы Лб и служат для фазоинверсии сигнала, обеспечивая на выходе усилителя работу двухтактного каскада на лампе Лт. В анодные цепи лампы Л-, включена первичная обмотка выходного трансформатора Тр. С другой обмотки трансформатора снимается напряже1 ие для питания моста, состоящего из

сопротивлений ю - Ris и термометра сопротивления тем. Этот мост служит для комиенсации температурной погрешности измерения. Термометр ТСМ, помещенный в объект, при изменении температуры меняет свое сопротивление и вызывает разбаланс моста. Вследствие этого меняется отрицательная обратная связь, охватывающая последние два каскада усилепия, что приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления

усилителя.

Таким образом, в результирующий сигнал непрерывно и автоматически вносится поправка на изменение температуры, чем устраняется температурная погрешность измерения

при колебаниях температуры в пределах нескольких десятков градусов.

С выходного трансформатора , напряжение, пропорциональное влал ности, через выпрямитель Д7 - Дю и фильтр Ci2, Дра, Cis подается на микроамперметр, проградуированный в процентах влажности.

Предмет изобретения

1. Электронный измеритель влал ности, содержащий датчик влажности и эталонный конденсатор, попеременно подключаемые электронным коммутатором к генератору высокой частоты, частотный детектор, усилитель и выходной измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, вызываемой изменением состава солей в исследуемом материа.те, последовательно с генератором включено регулируемое сопротивлеиие, выполненное в виде

электронной лампы, изменяющей свое внутреннее сопротнвление при изменении напряжения генератора высокой частоты, и управляемое при помощи амплитудного детектора и усилителя.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешпости измерения, обусловленной нестабильностью частоты генератора во времени, частотный детектор выполнен из двух частотно-зависимых

RC-ценей, образующн.к мост, и колебательного контура, настроенного на коммутирующую частоту.