ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ Советский патент 1971 года по МПК G01N27/22 

Предлагаемое изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано во влагометрии материалов с большой проводимостью, например, торфа, засоленных почв, строительных материалов и подобных.

Известны емкостные датчики влажности, выполненные в виде конденсатора различной конструкции (плоско-параллельные, коасиально-цилиндрические, односторонние с электродами, развернутыми на плоскости). Наряду с распределенной емкостью эти конденсаторы обладают также той или иной распределенной индуктивностью между электродами. Эта собственная индуктивность емкостного датчика весьма мала, и на несколько порядков меньше сосредоточенной индуктивности катушки колебательного контура, в который включается емкостный датчик. Поэтому при измерениях на частотах по 50 мгц собственной индуктивностью емкостного датчика пренебрегают. В случае измерения влажности материалов с невысокой сквозной проводимостью, например, минеральных масел, нефти, керамики и других, такое допущение вполне оправдано, так как собственная индуктивность датчика в этом случае включена последовательно с большим активным сопротивлением и практически никакого влияния на результаты измерений не оказывает.

В случае же измерения влажности материалов, сквозная проводимость которых может достигать очень больших величин (например, торфа, засоленных почв, удобрений,

мяса), положение резко меняется, и собственная индуктивность датчика, будучи включена последовательно с малым активным сопротивлением, вносит очень большую погрешность в результаты измерений.

Цель изобретения - уменьшить собственную индуктивность датчика.

Это достигается тем, что электроды конденсатора выполнены в виде четырех пластин, укрепленных на основании в двух взаимно

перпендикулярных нлоскостях и попарно соединенных между собой.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик влажности. Четыре металлических пластины / укреплены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на изолируюшем полом цилиндре 2. Пластины попарно соединены между собой перемычками 3. Полый цилиндр закрывается по торцам заглушками 4, в одной из которых

имеется отверстие 5 для вывода соединительных проводов. Внутри полого цилиндра 2 размешается часть элементов измерительно схемы. На фиг. 2 изображена схема замснхепия

ка; на фиг. 3 - схема замещения с учетом собственной индуктивности датчика. Обозначения на схемах:

LK - сосредоточенная индуктивность катушки;

Со - начальная емкость контура (монтажа, катушки и т. н.);

Сх - измеряемая емкость датчика;

- эквивалентное сонротивление нотерь

сквозной проводимости материала; LCH - собственная индуктивность датчика.

Для колебательного контура, изображенного на фиг. 2, резонансная частота выражается известной формулой.

(1)

У 1к(Со + Ск)

Для колебательного контура, изображенного на фиг. 3, резонансная частота в обндем виде выражается весьма сложной и громозкой формулой, неудобной для анализа. Поэтому рассмотрим два граничных частных случая, для которы.ч эта формула достаточно проста.

I случай. (сквозная нроводнмость материала очень мала). В этом случае резонансная частота такого контура

(2)

V (1к + сд)(Со -г Ск)

Как уже уиоминалось, /., следовательно формула (2) практически совпадает с формулой (1), т. е. при малой сквозной проводимости материала собственная индуктивность емкостного датчика любой конструкции не оказывает никакого влияния на результаты измерения влажности.

II случай. (сквозная проводимость материала очень велика). В этом случае резонансная частота контура, изображенного на фиг. 3, выражается:

к сд

Со

5 или с учетом

(3)

со

Отсюда видно, что при большой сквозной 0 проводимости материала собствеиная индуктивность датчика оказывает суш,ественное влияние на результаты измерения влажности, которое тем больше, чем больше сквозная проводимость материала.

Для уменьшения этого влияния следует стремиться к минимально возможному значению собственной индуктивности емкостного датчика.

Если проанализировать суш,ествуюш,ие коп0 струкции емкостных датчиков (две пластины, меандры коаксиальные цилиндры и т. д.), то окажется что все они в той или иной мере образуют виток, который обуславливает появление собственной индуктивности датчика и погрешности измерения.

1редлагаемая конструкция датчика имеет минимальную собственную индуктивность и поэтому является онтимальной для материалов с большими диэлектрическими потерями.

Предмет изобретения

Датчик влажности, выполненный в виде конденсатора, электроды которого укреплены

5 на изолируюшем основании, и включенный в колебательный контур измерительного устройства, отличающийся тем, что, с целью уменьшения собственной индуктивности датчика, обуславливающей ногрешность измерений, зависящую от величины проводимости материала, электроды конденсатора выполнены в виде четырех пластин, укрепленных на основании в двух взаимно перепендикулярных нлоскостях и попарно соединенных между собой.

/ /

г «

с.

Риг. 2

cff

Cjf П

19

r