Устройство для дистанционного измерения параметра диэлектрика Советский патент 1979 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к устройствам для дистанционного измерения параметра диэлектрика, характеризующегося большими изменяющимися потерями.

Известно устройство для дистанционного измерения влажности материалов, обладающих больщими потерями 1.

Недостатком этого устройства является то, что измерительная цепь его чувствительна к изменению длины, положения и марки кабеля, соединяющего первичный преобразователь с устройством. Поэтому, при дистанционных измерениях необходимо, чтобы измерительная цепь была смонтирована на корпусе первичного преобразователя. Это приводит к значительному увеличению количества соединительных проводов и вызывает неудобства в эксплуатации, а при использовании этих устройств в искро- и взрывоопасных помещениях требует специального исполнения, что не всегда возможно.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство, содержащее первичный преобразователь, генератор высокой частоты, мостовую схему, модулятор, усилители, амплитудный детектор, реверсивный двигатель и регистрирующий прибор .

Существенным недостатком данного устройства является то, что уменьшение влияния изменяющихся потерь на результат измерения достигается щунтированием компенсационного плеча активным сопротивлением, на порядок меньшим сопротивления возможных активных потерь, вносимых контролируемым влажным материалом. При этом значительно уменьшаются чувствительность и точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности дистанционного измерения влажности материалов, характеризующихся значительными изменяющимися потерями, путем исключения влияния потерь без понижения чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительное плечо мостовой цепи параллельно первичному емкостному преобразователю подключены катушка индуктивности, образцовый уравновешивающий конденсатор, модулирующий конденсатор, последовательно соединенный с бесконтактным ключом, а параллельно конденсатору плеча сравнения мостовой цепи включены катушка индуктивности, модулирующий конденсатор, соединенный последовательно с бесконтактным ключом, а также регулируемый резистор, причем подвижный контакт резистора и образцового уравновешивающего конденсатора кинематически соединены с осью реверсивного двигателя. Модулирующие конденсаторы подключаются соответственно к измерительному плечу и плечу сравнения синхронно с частотой, задаваемой модулятором. Выполнение плеч сравнения вышеуказанным образом в мостовой цепи с тесной индуктивной связью между плечами отношения позволяет дистанционно измерять влажность материалов, характеризующихся значительными изменяющимися потерями без влияния последних на результат измерения и без понижения чувствительности к измеряемому параметру, т. е. обеспечивает повыщение точности измерения. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство работает следующим образом. Мостовая цепь 1 питается от генератора 2 высокой фиксированной частоты через согласующий дифференциальный трансформатор 3. Вторичная обмотка трансформатора является плечами 4; 5 отношения мостовой цепи с тесной индуктивной связью, что исключает влияние кабеля, соединяющего первичный емкостный преобразователь с мостовой цепью, на результат измерения. Плечи сравнения выполнены в виде параллельных колебательных контуров с модуляцией их импеданса емкостью. Измерительное плечо содержит первичный емкостный преобразователь 6, катушку индуктивности 7, образцовый уравновешивающий конденсатор 8, модулирующий конденсатор 9, подключаемый к контуру ключом 10 с частотой, задаваемой модулятором 11, а плечо сравнения - конденсатор 12, катушку индуктивности 13, регулируемый резистор 14, модулирующий конденсатор 15, подключаемый к контуру ключом 16. Параметры элементов этих плеч выбраны таким образом, чтобы при незаполненном преобразователе (или заполненном сухим материалом) модули плечевых импедансов с подключенными и отключенными модулирующими конденсаторами были равны, т. е. Z7 1 I I 1 i Z, Z,(2) где Zj и Z2 - импедансы соответственно измерительного плеча и плеча сравнения без подключения модулирующих конденсаторов;Zj и Z - их импедансы с подключенными модулирующими конденсаторами; ZJ , iZgi, jZjl, iZgl - модули этих импедансов. При этом измеряемое изменение емкости первичного преобразователя, соответствующее влажности анализируемого материала, определенное из равенства (1), не зависит от активных потерь в преобразователе. Однако сопротивление этих потерь оказывает влияние на условие равновесия мостовой цепи. Для исключения последнего в плечо сравнения включен резистор 14, сопротивление которого регулируется соответственно изменению влажности, а следовательно, и сопротивление активных потерь в преобразователе. Подключение и отключение модулирующих конденсаторов 9 и 15 осуществляется ключами 10 и 16, управляемыми модулятором 11 синхронно. При выполнении равенств (1), (2), и условия равновесия мостовой цепи iZ i-IZij iZ,,|-jZ2 j iZJ-jZ;j |Z;i-|Z2| , где Z4, Zs - импедансы индуктивных плеч 4, 5 отношения, мостовая уравновещена. При заполнении первичного преобразователя 6 влажным материалом, нарушается равенство (1), а следовательно и равенства (3) и (4). Сигнал разбаланса мостовой цепи представляет напряжение высокой частоты, промодулированное импедансом измерительного плеча с частотой, задаваемой модулятором. Амплитуда промодулированного напряжения определяется влажностью анализируемого материала, а фаза - отклонением емкости первичного преобразователя от положения равновесия - равенство (1). Напряжение разбаланса, усиленное избирательным усилителем 17 высокой частоты, поступает на амплитудный детектор 18. Выделенная низкочастотная огибающая сигнала поступает на фазочувствительный усилитель 19 низкой частоты, а затем на управляющую обмотку реверсивного двигателя 20. Ось последнего кинематически соединена с осью ротора образцового уравновешивающего конденсатора 8, регулируемого резистора 21 в регистрирующем приборе 22. При поступлении сигнала на управляющую обмотку реверсивный двигатель 20, отрабатывая, уменьшает емкость образцового уравновешивающего конденсатора 8 на величину, соответствующую увеличению емкости первичного преобразователя 6 при заполнении его влажным материалом, а величину сопротивления резистора 14 соответственно изменению сопротивления активных потерь, т. е. приводит мостовую цепь в состояние равновесия - равенства (3) и (4). Изменение емкости образцового уравновешивающего кондепсатора 8, являющееся мерой измеряемой влажности, в приборе 22 преобразуется в стандартный сигнал и регистрируется.

При опорожнении первичного преобразователя 6 от анализируемого материала уменьшается емкостная составляющая импеданса Zi, нарушаются равенства (1), (3), (4), а фаза низкочастотной огибаюшей напряжения разбаланса мостовой цепи изменится на 180°. Реверсивный двигатель 20, отрабатывая в противоположную сторону, увеличивает емкость образцового уравновешпваюшего конденсатора 8 и сопротивление резистора 14 на соответствующую величину и приводит мостовую цепь к начальному равновесию, а выходной сигнал прибора 22 к нулю.

Формула изобретения

Устройство для дистанционного измерения параметра диэлектрика, содержащее первичный емкостный преобразователь, генератор высокой частоты, мостовую цепь, модулятор, усилитель, амплитудный детектор, реверсивный двигатель и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в измерительное плечо мостовой цепи параллельно первичному емкостному преобразователю подключены катушка индуктивности, образцовый уравновешивающий конденсатор, модулирующий конденсатор, последовательно соединенный с бесконтактным ключом, а параллельно конденсатору

плеча сравнения мостовой цепи включены катушка индуктивности, модулирующий конденсатор, соединенный последовательно с бесконтактным ключом, а также регулируемый резистор, причем подвижный контакт резистора и образцового уравновешивающего конденсатора кинематически соединен с осью реверсивного двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 311192, кл. G 01N 27/22, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР N° 252680, кл. G 01N 27/22, 1968.