Диэлькометрический влагомер-сигнализатор Советский патент 1978 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к области измерений влажности веществ автогенераторным резонансным методом с помощью бесконтактных емкостных датчиков и может быть использовано с системах дистанционного контроля и автоматического регулирования вла;кности.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее ламповый автогенератор с пьезонварцеаым резонатором в сеточной цепи и анодным колебательным контуром, параллельно которому включен емкостный датчик. При увеличении емкости анодного контура в процессе измерения датчиком влажности среды, внесенной в его поле, происходит расстройка анодного и сеточного резонансных контуров. Эта расстройка приводит к срыву генерации, который характеризуется резкими изменениями постоянных составляющих анодиого и сеточного токов. Для измерения малых значений изменений емкости датчика, пропорциональных изменением контролируемой влажности, используется зона этих резких изменений в характеристике срыва. Автогенератор выполиен на триодной части лампы 6Е5С, которая одновременно служит индикатором 1.

Схема, использующая срыв колебаний и выполненная на электронно-световом индикаторе, отличается простотой и надежностью,

2

однако, имеет недостатки, заключающиеся в том, что достаточная чувствительность имеет место только в узкой зоне срыва генерации, которая соответствует малым значениям эквивалентного сопротивления нагрузки автогенератора. Кроме того, эта схема не решает задачу дистанционного контроля.

Ближайшим техническим решением является диэлькометрический влагомер, собранный на транзисторном автогенераторе 2. Емкостный датчик включен параллельно колебательному контуру. Вольтметр, измеряющий напряжение на колебательном контуре, включен между средней точкой индуктивности и землей. Момент срыва колебаний при подготовке к измерениям выбирается с помощью переменного конденсатора в цепи положительной обратной связи. Особенностью схемы является включение резистора между колебательным контуром и емкостным датчиком. Предполагается, что это позволяет зиачительно повысить верхний предел измеряемых зиачений влажности, прн которых происходит срыв генерации. Срыв генерации используется для включения двухпозициониого релейного сигнализатора или регулятора влажности.

Однако включение резистора последовательио с емкостным датчиком ие может значительlio увеличить диапазон измеряемых величин в сторону больших значений влажности, так как для бесконтактных емкостных датчиков имеет место ограничение по максимальным значениям тангенса угла потерь tg S исследуемых сред - резонанасные методы, использующие емкостные 6ecKOHtaKTHbie датчики, могут ирименяться для контроля влажности сред, имеющих на частоте измерений tgS 4 0,9.

Прототип, в котором емкостный датчик включен параллельно колебательному контуру, работает при срыве генерации, а это соответствует работе на том участке статической характеристики измерительного автогенератора, где крутизна невелика, т. е. прибор имеет малую чувствительность. Осуществление дистан-. ционного беспроводного контроля возможно только на несущей частоте автогенератора, причем на приемной стороне могут быть зафиксированы только моменты срыва генерации, соответствующие достижению влажности заданному контролируемому значению. Кроме того, при использовании несущей частоты в качестве сигнала дистанционный беспроводной контроль неэкономичен и не является надежным, так как отключение питания автогенератора может привести к ложным срабатываниям устройств на приемной стороне.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и расщирение диапазона контролируемых значений влажности.

Это достигается тем, что в схему введены усилитель мощности, транзисторный ключ и селективный приемник-частотомер, причем вход усилителя мощности соединен через конденсатор с коллектором транзистора измерительного автогенератора, вход транзисторного ключа соединен с элементом нагрузки амплитудного детектора, а выход транзисторного ключа соединен с цепью включения питания усилителя мощности.

На чертеже изображена структурная схема предложенного диэлькометрического влагомера-сигнализатора.

Она состоит из измерительного автогенератора 1, транзисторного ключа 2, усилителя мощности 3 и селективного приемника-частотомера 4.

Измерительный автогенератор 1, собранный по схеме с общим эмиттером, содержит транзистор 5, резисторы 6, 7, обеспечивающие подачу смещения на базу транзистора, пьезокварцевый частотозадающий резонатор 8, конденсатор 9 и переменный резистор 10 в эмиттерной цепи конденсатор 11 и катущку индуктивности 12, образующие колебательный контур, катушку индуктивности 13 и емкостный датчик 14, образующий нагрузочный контур, последовательно включенные переменный резистор 15 и резистор 16, щунтирующие нагрузочный контур; переходные конденсаторы 17, 18; амплитудный детектор, выполненный на диодах 19, 20, конденсатор 21 и резистор 22, служащие совместно с индикатором 23 нагрузкой детектора, резистор 24 и переменный резистор 25,-образующие цепь компенсации начального сигнала.

Усилитель мощности 3 содержит источник питания 26, усилитель 27 и антенну 28. Приемник-частотомер состоит из прие.мной антенны 29, фильтра 30, усилителя 31, детектора 32, одновибратора 33 и частотомера 34. Напряжение питания измерительного автогенератора подается на клеммы 35, 36; выходное напряжение высокой частоты снимается с клемм 37, 36; выходное выпрямленное напряжение сни- . мается с клемм 38, 36.

Принцип действия схемы заключается в следующем. До внесения среды в ближнюю зону емкостного датчика 14 колебательная система измерительного автогенератора 1 настраивается таким образом, чтобы рабочая точка

находилась на левом склоне амплитудно-частотной характеристики двухконтурной связанной колебательной системы. Начальный сигнал, выделяемый на индикаторе 23, являющемся частью нагрузки амплитудного детектора, компенсируется с помощью переменного резистора 25. С помощью переменного резистора 10 устанавливается такая величина постоянной времени Те цепи автосмещения, чтобы она была несколько меньщей постоянной времени Т« колебательной системы автогенератора. Условие обеспечивает режим непрерывной генерации. Выпрямленное выходное напряжение на клеммах 38, 36, подаваемое на вход транзисторного ключа 3, равно нулю и питание на усилитель 27 не подается. При внесении контролируемой среды в поле емкостного датчика 14 происходит расстройка колебательной системы, пропорциональная влажности, и добротность колебательной системы уменьшается. Это приводит к уменьщению постоянной времени Т, которая становится меньше, чем Тс. Генератор переходит при этом в режим прерывистой генерации, причем частота следования пачек (серий) синусоидальных колебаний FC зависит от добротности колебательной системы, т. е. от-величины влажности контролируемой среды. Переход в режим прерывистой генерации происходит в зоне больших значений эквивалентного сопротивления нагрузки автогенератора, т. е. в области больщой чувствительности. В момент перехода в режим прерывистой генерации переменное напряжение на коллекторе транзистора 5 резко снижается; это приводит к появлению выпрямленного сигнала на клеммах 38, 36, срабатыванию транзисторного ключа 3 и включению источника питания 26 усилителя 27. Усилитель мощности, на вход которого (клеммы 37, 36) через конденсатор 17 подается переменное напряжение с коллектора

транзистора 5, подает в антенну 26 усиленный сигнал в виде серий синусоидальных колебаний с частотой следования F. Эти прерывистые колебания воспринимаются антенной 29 селективного прямоотсчетного частотомера, показания которого свидетельствуют не только о достижении контролируемой средой заданного значения влажности, но и о степени превыщения этих значений. Настройка влагомера-сигнализатора на заданное значение влажности, при котором происходит переход в режим прерывистой генерации, производится с помощью

переменного резистора 10 в цепи эмиттерного автосмещения и переменного резистора 15 в цепи, шунтирующей нагрузочный контур.

Использование перехода автогенератора из непрерывного режима в прерывистую генерацию, введение в схему, усилителя мощности переменного выходного сигнала, который связан с транзисторным ключом, подключенным к цепи выпрямленного выходного напряжения, и селективного частотомера позволяют увеличить чувствительность, расщирить диапазон контролируемых значений влажности и осуществить дистанционный беспроводной контроль в системах сигнализации и автоматического регулирования влажности.

Такое решение выгодно отличает предлагаеемый влагомер-сигнализатор от известного и подобных устройств, так как, помимо увеличения чувствительности и расширения диапазона контролируемых величин, схема экономична - измерительный автогенератор в непрерывном режиме работает в недонапряженной области при очень малом токопотреблении, а усилитель мощности включается только во время контроля и регулирования. Кроме того, благодаря получению сигнала, характеризующего степень превышения влажности, может быть повышена . эффективность авторегулирования.

Предлагаемая схема дистанционного сигнализатора может быть применена также при контроле, например, угла потерь, электропроводности, магнитной проницаемости, концентрации и других электрических и неэлектрических величин, измеряемых автогенераторным резонансным методом.

Формула изобретения

Диэлькометрический влагомер-сигнализатор, содержащий двухконтурный измерительный автогенератор на транзисторе с кварцевой стабилизацией частоты, выполненной по

схеме с общим эмиттером, бесконтактный емкостный датчик, включенный в качестве эл.емента нагрузочного контура, амплитудный детекор с нагрузкой, цепь компенсации начального сигнала и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности и расширения диапазона контролируемых значений влажности, в него введены усилитель мощности, транзисторный ключ и селективный приемник-частотомер, причем вход усилителя мощности соединен через конденсатор и с коллектором транзистора измерительного автогенератора, вход транзисторного ключа соединен с нагрузкой амплитудного детектора, а выход транзисторного ключа соединен с цепью включения питания усилителя .мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Берлинер М. А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности. М., 1965, с. 132-135.

2.Патент США № 3.793.585, кл. 324-61, 1974.