Устройство для непрерывного измерения количества вещества в движущемся бумажном полотне Советский патент 1979 года по МПК G01N21/27 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА В ДВИЖУЩЕМСЯ БУМАЖНОМ ПОЛОТНЕ

сновной причиной погрешности измереия.

Наиболее близким техническим реением к данному изобретению являетя устройство для непрерывного измеения количества вещества в движущемся бумажном полотне, содержащее исочник модулированного по интенсивpcтй йзлyчёния, измерительные кана- . ы, вклгочаго111ие детектор, усилитель, средство для сравнения сигн.алов путем деления, регистрирующий прибор 2.

В данном устройстве используется обратная связь в цепи источник-приемник, работающих на длине волны, не чувствительной к наличию, например, влаги в исследуемом материале, чем обеспечивается удержание постоянной рабочей точки приемника. При этом со-. отношение общих сопротивлений двух приемников дает информацию об абсолютном содержании влаги.

Недостатком этого устройства является то, что для определения относительной влажности необходимо дополнительно измерять массу 1 м бумаги, что естественно приводит к дополнительной, погрешности и снижает точно сть конечного значения показателя влажности,

Ещё одним недостатком устройства является частичное решение задачи повышения точности измерения, так как при этом не устраняется влияние нестабильности фотоприемников (например, их естественное старение, происходящее неодинаковым образом), шумов и помех, величины которых в обоих при- . емниках различны, йейдентичности усилительных трактов, влияния температуры окружающей .среды., Т. е. неточность измерения, обусловленная различием характеристик измерительных каналов, в устройстве 2 не устраняется.

Другим недостатком этого устройства является сравнительно узкий диапазон линейности измерений при обеспечений достаточной точности. Это обусловлено тем, что так как в приборе, использующем ИК-излучение с длинами волн, из которых только волны одной длины поглощаются молекулами воды, показанная влагомера, пропорциональ ные содержанию влаги в испытуемом материале, зависят от разницы энергий, отраженньт ИК-лучей с обеими длинами волн, то данный прибор позволяет измерять величину этого отношения в небольших пределах содержания влаги в испытуемом полотне (например от О до 12% или от 45 до 75%) с обеспечением необходимой точности (не ниже ± 0,5%), Причём вне указанных Диапазонов измерения влажности линейность между показаниями прибора и относительной влажностью исследуемого материала

резко нарушается, в частности, вследствие насыщения пика поглощения ИКсвета молекулами влаги.

Кроме того, иногда при переходе от диапазона 0-12% влажности к диапазону

5 45-75% влажности приходится даже изменять измерительную длину волны чувствительную к влаге, поскольку данный пик поглощения мог достичь насыщения уже при влажностях меньших, чем 45%.

Q Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения погрешности, обусловленной различием характеристик измерительных каналов, путем обеспечения обработки сигналов в Одном измерительном канале, при одновременном расширении диапазона линейности из;«1ерений.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для непрерывного измерения количества вещества в движущемся бумажном полотне дополнительно содержит второй источник излучения, причем источник модулированного по интенсивности излучения выполнен в виде источника, генерирующего длину волны, чувствительную к определяемому веществу, а второй выполнен в виде стационарного источника излучения с длиной волны чувствительной к массе основного материала,

0 и в качестве средства для сравнения сигналов путем деления использован р-п-переход, включенный в прямом направлении в цепь нагрузки детектора. Wa чертеже изображена, блок-схема

5 устройства для непрерывного измерения количества вещества в движущемся бумажном полотне.

Устройство содержит источник 1 модулированного с частотой f монохроматического излучения с длиной волны Л,, источник 2 стационарного (немодулированного) монохроматического излучения с длиной волны Лд , исследуемое бумажное полотно 3, детектор 4, сред.- ство сравнения 5,. усилитель 6 и регистрирующий прибор 7.

В цепь нагрузки детектора 4, чувствительного только к излучению с

- длинами волн Л и Л (или к диапазону

длин волн ,) включено средство сравнения сигналов 5, которое используется одновременно как фильтр, разделяющий сигналы постоянного (3) и переменного (3,) тока, и как сравнивающий посредством деления 3 на 3

элемент (например, коллекторный р-п-переход транзистора, экспоненциаль- , ный участок которого заключен в диапазоне 2-х и более порядков изменения тока, протекающего через переход, включенный в прямом направлении). Выход 5 соединен с усилителем 6, настроенным на частоту модуляции источника 1, показывающим и регистрирую 5 Щим прибором 7, Устройство работает следующим об разом. Коллимированные пучки монохроматического излучения с длиной волны Л от источника модулированного изл чения 1 (например, светодиод, питание которого осуществляется перемен ным напряжением с частотой f) и с длиной волны Л2ОТ источника стационарного излучения 2 (например, светодиод, питание которого осуцествля ется постоянным током) падают на ко тролируемый материал 3, где излучен с длиной волны Л, претерпевает селективное частичное поглощение водой (или другим контролируемом веществом) ; отразившись от контролируе1 юго материала оба излучения падают на фотоприемник 4, в цепи нагрузки кот рого при этом возникают две составля ющие электрического тока - постоянная составляющая 3, обусловленная отраженным излучением источника стационарного излучения 2, и переменная составляющая Э, обусловленная отраженным излучением источника модулиро ванного излучения 1. В предлагаемом устройстве интенсивность источника стационарного излучения 2 должна быть на 5-6 порядков вьиие, чем интенсивность фона на этой же длине волны. Для выполнения этого условия необходимо иметь источ ник, интенсивность которого ; , что технически довольно лег ко обеспечить. Длины волн Л, и выбираются таким образом, чтобы величина постоянной составляющей фототока , была пропорциональна общей массе 1 м контролируемого материала, а величина переменной составляющей фототока У ft, весу воды (или другого вещества), находящейся в основном веществе, т. е. А,- селективно погло щается контролируемым вадеством, как и указывалось вьЕие. С элемента сравнения 5 снимается переменное напряжение, равное результату деления переменной составляющей фототока 3 на постоянную составляющую фототока 3, и подается на вход усилителя 6, который для исключения влияния помех и шумов на результаты измерений настроен на частоту модуляции f источника излучения 1,. Далее сигнал посту пает на регистрирующий и показывающий прибор 7, проградуированный в процентах влажности. Выбор рабочей точки р-п-перёхода и настройка прибора осуществляется следующим образом. Для бумаги, масса 1 м которой колеблется вблизи номинальной - WHQH, с помощью ослабляющих светофильтров (на чертеже не показаны) на пути пуч ка света от источника 2, выбирается рабочая точка р-п-перехода 5, включенного в цепь нагрузки-детектора 4, приблизительно посредине экспоненциального участка прямой ветви р-п-перехода (например, если экспоненциальный участок имеет диапазон от 1 до 100 мкА, то рабочая точка выбирается приблизительно в районе тока 30-60 мкА, а для экспоненциального диапазона, заключенного в пределах от 1 до 10 мкА, Э выбирается равным 3-6 мкА). При этом сигнал от источника 1, генерирующего свет с длиной волны, чувствительной к веществу, связанному с основным веществом ток 3 - может изменяться в пределах от 3 мкА, в первом случае, и от 0,3 мкА, во втором случае, и ниже до предела чувствительности прибора, но таким образом, чтобы максимальная амплитуда его находилась в пределах экспоненциального участка. Заметим также, что колебания массы 1 м вдоль или поперек бумполотна приводят к смещению рабочей точки. Эти условия накладывают ограничения на величину (протяженность) экспоненциального участка. При значительном изменении массы 1 м бумаги (в 10 и больше раз) рабочую точку р-п-перехода с помощью ослабител:ей необходимо снова вывести приблизительно на средину экспоненциального участка. Существенность заявляемой совокупности признаков подтверждается приведенным ниже доказательством достижения технических эффектов, обеспечивающих цель изобретения. Пусть через р-п- переход,протекают постоянный Га И переменный J ТОКИ, возбуждаемые в цепи фотоприемника 4 стационарным и модулированным световыми потоками. При этом выражение для переменного напряжения, падающего на р-п-переходе, согласно закону Ома для участка цепи, будет иметь вид: (1) где IV дифференциальное сопротивление р-п-перехода, т. е. сопротивление переменному току. Выражение для Г/- имеет видг где и - постоянное напряжение, прикладываемое к р-п-переходу в прямом направлении; DQ - тепловойток, которым по сравнению с 3- для прямой ветви р-п-перехбда можно пренебречь (Л,« J-) t - заряд электрона; к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. Подставив (2) в (1), получим „ КТ 3 выхТХ , (3) что в свою очередь можно записать как: obWrCp ГР I cy ел