Емкостный датчик влажности сыпучих материалов Советский патент 1976 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике.

Известные емкостные датчики .влажности содержат внутренний электрод, вьгпол«енный в виде усеченного корпуса, уста ювленного меньшим основанием на дно цилиндра 1.

В этих датчиках емкость уменьшается вдоль нанравления уплотняющей силы сыпучего материала путем .непрерывного увеличения .расстояния между .каждым.и элементарными шлощадями электродов датчи.ка.

|Вл.ияние .плотности исследуемого материала ;на результат изм.ерения уменьшено, но полностью не устранено, так как в известных .датч.иках внутренний электрод имеет определенный угол наклона, который подбирается экоперяментально для каждого сыпучего материала.

Наиболее близкий к изо-бретению емкостный коаксиальный датчик содержит цилиндр, являющийся наружны.м эл1е,ктродом, и внутренний электрод, установленный на изоляц.ионном дне цилиндра 2.

Однако на .показания датчика большое влияние оказывает плотность .исследуемого материала. Дл.я устранения вл.ияния навески на точность измерения исследуемого материала, емкостный датчик снабжается специальным уплотняющим устройством. Это усложняет конструкцию датчика и не дает возможность осуществить контроль технологическим нроцессом из-за большой .инерционности.

Цель изОбрете.н.ия - повышение точности измерения путем уменьшения влияния плотности иссл.едуемого материала.

Для этого в предлагаемом датчике внутренний электрод выполнен в виде параболоида враше.ния, над которым расположен уплот.няющий электрод-вкладыш с внутренней поверхностью в виде усеченного .конуса и с возможностью его перемещения вдоль внут.реннего электрода.

:На фиг. 1 нзображ.е.н предлагаемый датчик; на фиг. 2 - дана измерительная схема.

0,н состоит из двух конденсаторов - измерительного и компенсируюшего. Измерительный конденсато1р составлен из электродов / и 2, а компенсирующий - из электродов / и 3. Электроды 2 и 3 изолировалы друг от друга с помощью изолированной нр.окладки 4. Для уплотнения исследуемого материала датчик имеет уплотняющий электрод-вкладыш 5, изготовленный из ;материала, диэлектрическая проницаемость которого больше, чем диэлектрнч.еская проницаемость контролнруеМ.ОГО сыпучего материала при максимальной влажности. Внешний и внутренний электроды установлены на дне 6, изготовленном из .изоляционного матер.иала, например фторопласта. Емкость измерите.льного конденсатора С„зм

.включается ,в одно из плеч, а емкость компенсирующего конденсатора С ком - во второе плечо дифференциальной измерительной схемы (ом. фиг. 2). Генератор высокой частоты (ГВЧ) трансформаторной связью питает два колебательных коитура. Контуры настроены приблизительно в резонансе частотой генератора (от 0,1 до 1,5 мгц), .напряжения на контурах равны. Поэтому равны, .вьтрямленные диодами Z)I..H D2, напряжения на резисторах RI и R2. Конденсаторы С, и С шунтируют переменное составляющее выпрямлен.ных налряже:ний. Пр.и разных напряжениях на резисторах и стрелка показывающего врибора (ГШ) показывает нулевую отметку шкалы. При внесении в датчик измеряемого сыпучего материала равенство напряжений на резисторах RI л нарушается и стрелка прибора отклоняется от нуля. Павеска сыпучего 1мате1риала данной влажности, .помещенная в датчике, занимает определенную высоту Я (|фнг. 1). Па верхнюю поверхность сьипучего материала накладывается уплотняющий вкладыш 5. Вес вкладыща 5 заранее подобран так, что контролируемый материал уплотняется ,в определенной степени и .высота Н, занимаемая сьгпучим материалом уменьшается на АЯ величину. При этом увеличивается плотность и диэлектрическая яроницаемость сыпучего матвр.на.ла, помещенного между электродами 1 и 2, поэтому увеличивается емкость как измерительного, так и .компенсирующего конденсатор.оВ, несмотря на уменьшение использованной ллощади электродов измерительного конденсатора.

Если емкость измерительного и компенси.рующего конденсаторов при высоте исследуемого материала, проба была равна соответственно, С„,м и СКОУ, тогда после уплотнекия .исследуемого материала проба на высо.те HI Н - АЯ, емкость измерительного и (Компенсирующего ко.нденсаторов будет равна

изм + АС„зм и 6 ком

С возрастакием уплотнения пробы увелиЧ И|ва ется объемный вас и уменьшается высота Я, в датчике электрод-вкладыш 5 перемещается вдоль внутреннего эл.ектр.ода 3 компенсир,ующ.его конденсатора. Освобожденное пространство между электродами вместо пробы .занимает .вкладыш.

Таким образом, при увеличении уплотнения исследуемого материала, т. е. -пробы, увеличивается ем кость как изм.ерятельного, так и компеноврующего конденсаторов. В случае соблюдения равенства прирао-юние измерительного и ко,м:пенсирующ.его ко.нденсаторов, АСком .пр.и разных плотностях пробы в обоих плечах дифф.вренциальной схемы изменяется напряжение на одинаковую вел.ичину :И п.о.каза.ние пр.ибора при |разных плотностях останется неизмениым. Соблюдение равенства АС,,з, АСко.м до.сти.гается конструкцией центрального электрода компенсирующего конденсатора.

Данная форма центрального электрода компенси1руюЩ|его .ко.нденсатора (параболоид вращения, установленный большим основа.нием «а изол.ирующую прокладку) .выавана нелинейной зависимостью диэлектрической

проницаемости от плотности S /(Y). Зависимость S /(Y) для большинства сыпучих матер.иалов имеет сходные характеристики. Кр.ивая зависимости выш.еперечисленных .материалов 8 7(т) на первоначальном участке,

диэлектрическая проницаемость е н емкость проб С от .плотности быстро растут почти пропорционально уплотнению проб, затем Е и С незначительно меняются от увеличения плотности, .после чего остаются постоянными.

Ф о.р мула изобретения

Емкостный датчик влажности сыпучих материалов, содержащий цилиндр, являющийся наружным электродом, и внутренний электрод, установленный на изоляционном дне )Ц.или«дра, отличаю щи йс я тем, что, с целью повыщеиия точности измерения путем уменьшения влия.ния .пл.отности исследуемого

материала, внутренний электрод вы.полнен в виде па1раболаида вращения, лад которым расположен уплотняющий электрод-вкладыш с внутр1енн.ей поверхностью в виде усеч-енного конуса и с возможностью его .перемещения

вдоль внутреннего электрода.

Источники информации, принятые во внимание пр.и экспертизе:

I. Авт. свидетельство СССР № 26,6285, М. Кл.2 G 01 N 27/22, 1969.

2. Берл.и,нер М. А. Измерение влажности, М., «Энергия, 1,973, с. 71-76 (прототип).

гвч

/7/7.