ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ Советский патент 1970 года по МПК G01N27/02 G01N27/22 

Изобретение относится к технике измерений влажности, в особенности почвогрунтов, и может найти применение в строительстве и сельскохозяйственном производстве.

Известны приборы для измерения влажности с датчиком, состоящим из двух частей: опорной, служащей для температурной компенсации, и параметрической. При этом датчик обычно соединяется с системой измерения его параметров двухнроводной линией связи.

Предлагаемый прибор отличается от известных тем, что линия, связывающая датчик со вторичной апиаратурой, выполнена однопроводной и -подключена к датчику посредством нейтрального коммутатора на два положения. Противоположный конец линии снабжен коммутирующей системой, обеспечивающей подключение к линии эталона датчика и реактивных элементов для измерения емкостных систем датчика, а также коммутацию цепей нейтрального двухполюсного коммутатора.

Это дает, во-первых, возможность полностью компенсировать влияние нестабильности параметров соединительной линии на результаты измерений, что особенно важно для устройств с влагообменными датчиками, в которых такая ко.мпенсация обычными методами, предусматривающими приведение параметров датчика к заданным, например, путем помещения последнего в эталонную среду, практически неосуществима, а, во-вторых, измерять наряду с влажностью температуру почвы в месте заложения датчика. Кроме того, новый прибор позволяег уменьщать частотную погрещность измерений в случаях, когда электрические параметры насыщающей почву воды зависят от частоты, не прибегая при этом к конструктивному совмещению дистанционно

управляемого автогенератора с датчиком, а также оценивать засоленность такой воды, особенно нри проточном характере влагообмена между параметрической системой датчика и почвой. Все это возможно в связи с

тем, что прибор может разделять составляющие полной проводимости диэлектрического датчика, а резистивная составляющая проводимости датчика для данного случая является, главным образом, функцией засоленности

воды. Естественно, что указанная особенность прибора повышает точность измерений при комплексном изменении е и tg6 потерь - явлении, имеющем место в больщинстве случаев.

Па чертеже дана принципиальная схема одного из вариантов выполнення опнсываемого прибора.

LK. конденсаторы €„, Cg и другие, переключаемые при помощи механически сопряженной системы операционного переключателя (система состоит КЗ переключателей П, П-у н Яз), а при помощи экранированной однопроводной линии Л через дистанционно управляемый нейтральный коммутатор, состоящий из .нормально разомкнутых герконов М иН,.

Работает прибор следующим образом.

При установке переключателя fli - Яд в полол ение / оба геркона находятся в разомкнутом положении, в силу чего датчик отключен от линии. Одновременно к -противополож;ному концу линии .подключается электрический эквивалент ла-раметрической части датчика Дп, составленный из конденсатора С и резистора R, причем проводимость данной цепи соответствует этому параметру параметрической части датчика Д„ при минимальной температуре его тарировки и максимальной влажности. В случае, если резонансная частота контура, возбуждаемого возбудителем В и контролируе1мая частотомером Ч, отличается от заданной, что свидетельствует об отклонении параметров линии от начальных, это отклонение компенсируется соответствующим изменением емкости подстроечного конденсатора С,.

После корректировки параметров линии Л, изменение которых обычно определяется температурными условиями измерений, переключатели IJi-Яз переводятся в положение 2. При этом цепь С а - R от линии отключается и заменяется подстроечным конденсатором CT, а к ее противоположному концу подключается опорная часть До датчика Д. Включение опорной части происходит за счет поступления в обмотку Wi тока от элемента Е через заграждающие дроссели LI и I и диод Дг. При этом сработке геркона Яа препятствует диод Да- Такая схема позволяет линию связи -Л использовать как для канализации сигнала .датчика, так н для коммутации герконов од;новременно.

Конденсатор Со совместно с другими конденсаторами, входящими при этом в систему измерительного контура, и емкостью опорной части До датчика Д при температуре тариров.ки должен обеспечить в контуре заданную частоту колебаний. Отклонение этой частоты от :заданной, вызванное изменением температуры Опорной части До, компенсируется необходимым изменением емкости оттарированного соютветствующим образом конденсатора С, по шкале которого определяется температура ПОЧВЫ в месте заложения датчика.

После измерения температуры грунта переключатели переводят в положение .. При этом конденсатор С(, заменяется из,мерительпым конденсатором С, а элемент Е переполюсовьшается: диод Дх запирается, а диод Д2 открывается, что приводит к размыканию геркона Н и включению геркона Яа и тем самым подключению в колебательную систему

устройства параметрической части Д„ датчика Д. Заданная частота контура устанавливается изменением емкости конденсатора С„ и по ней определяется влажность контролируемой зоны грунта.

Особую роль играет конденсатор Q. Как известно, опорно-параметрические системы наилучшую точность измерений обеспечивают, когда условия измереннй незначительно отличаются от таких при тарировке. Однако, если температура в зоне расположения датчика при измерениях существенно отличается от такой при тарировке, температ фная погрешность без принятия специальных мер может

быть заметной, несмотря на применение опорно-параметрической измерительной системы. Б этих условиях обычно вводят температурную поправку. В данном же случае после определения температуры к влажности по шкалам соответственно оттарированных конденсаторов CT- И Си устанавливают значение емкости конденсатора CK в соответствии с показаниями этих конденсаторов и снова восстанавливают первоначальную частоту резонансной системы

устройства соответствующим изменением емкости конденсатора С. Обычно при этом достигается необходимая дополнительная компенсация температурной погрешности, однако при необходимости ее уточнить таким

же образом, исходя из нового значения емкости конденсатора Си.

Емкость конденсатора CK устанавливается в соответствии с тарировочными данными, поскольку расчет ее затруднителен. При этом

практически необходимая точность мелеет быть получена путем использования тарированных данных, полученных по трем значениям температуры и злал :ности, равномерно распределенных по диапазонам измерения

обоих параметров, - всего девять точек.

В качестве конденсатора С принципиально возмол но использование конденсатора Ст, особенно при выполнении последнего прямоемкостным.

При применении влагообменных датчиков особую заботу представляет устранение влияния изменения засоленности насыщающей почву воды на результаты из.мерений, поскольку на практике эта засоленность может существенно отличаться от такой в условиях тарировки, что приводит к значительной погрешности в измерениях даже при применении повышенной рабочей частоты колебательного контура, которая зависит не только от электрической емкости параметрической части датчика, определяемой, главным образом, ее влагонасыщенностью, но н от tg6 электрических потерь этой части датчика, зависящей в основном от засоленности насыщающей ее воды. В этом сл)-11ае необходимо или учесть влияние засоленности на точность измерзши, или исключить его. Один нз возможных способов практического исключения этого влияния на точность измерений заложен в предлаопределения влажности путем пастройки контура на заданную частоту W соответствующим изменением емкости конденсатора С„ гфоизводят принудительную расстройку этого контура на новую частоту W за счет отключения от контура емкости конденсатора Ci переводом переключателя П из положения / в положение 2 и по этим частотам определяют поправку на засоленность или саму засоленность. В случае зави симости параметров датчика от засоленности повышение точности измерений может быть достигнуто при замене в контуре конденсатора Cj на конденсатор C.2 nCi, что осуществляется переводом переключателя Я4 в положение 3. Тогда частота контура станет равной W и по ней определится частотная поправка. Предмет изобретения 1. Прибор для измерения влажности, преи }ущественно почвогрунтов, содержащий опорно-параметрический датчик, линию связи датчика с системой измерения параметров датчика и реактивность для корректировки изменения параметров линии связи, отличающийся тем, что, с целью новышения точности измерения и определения температуры среды в зоне заложения датчика, линия связи выполнена однопровод.чой и подключена к датчику через дистанционно управляемый нейтральный коммутатор на два положения, а к системе измерения - через операционный переключатель для коммутации цепей правления нейтральным коммутатором и элементов для измерения параметров датчика. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния резистивной проводимости среды на точность измерений и обеспечения оценки ее засоленности, операционный переключатель снабжен контактной системой для подключения к линии резонансного контура с изменяемой частотной характеристикой.