Емкостный влагомер Советский патент 1979 года по МПК G01N27/22 

Т зобретение относится к. области автоматического измерения влажности сьптучих материалов, например зерна. Известен емкЪстной влагомер| содер.жатаий основной высокочастотный и вспомогательный низкочастотный мосты, гене раторы высокой и низкой частоты, детектор-и фазочувствительный усилитель. Ста билизация сквозной проводимости осушествляется с помотцью терморезистора, нить нагрева к.оторого включена в .фазочувствительную це.пь усилителя небаланса низкочастотного моста l. Трудность подбора и стабилизации характеристики тёрморезистора, взаимовяияниё мостов друг на друга, сложность точного детектирования высокочастотно- го сигнала, а также отсутствие компенсации поляризационных потерь не позволяют достичь высокой точности и ограничивают диапазон измерения. Другой из известных влагомеров , содержащий генераторы высокой частоты, балансные модуляторы, усилитель с автоьлатической регулировкой усиления, детектор, реверсивный двигатель и колебательный контур, основан на использовании свойств колебательного контура с модулируемыми во времени параметрами 2. В данном устрсЛстве также отсутствует компенсация поляризационных потерь, в результате чего диапазон измерения ограничен, необходимо детектирование высокочастотного сигнала, что в сочетании оо значительной погрешностью подстройки переменного конденсатора, осут ществляемой с помощью реверсивного двигателя, О1тэаничивает достижимую точность измерения влажности. I Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее датчик первая клемма которого соединена с линейным возбудителем, а также кпюч, катушку индуктивности, дополнитепьный линейный возбудитель. Линейные возбудители выполняются в виде автогенераторов, соответственно, тока и 369 напряжения. Отклонение резонансной частоты контура, пропорциональное влажности испытуемого вещества, фиксируется частотомером Недостатком устройства является сра нительно узкий диапазон измерения влаж .,Шост,Так как значения вьгкоднбйс отриц тельных сопротивлений автогенераторов, коМпёнсируюших резистивные составляющие полной проводимости диэлектрическо го преобразователя, должны находиться в определенных соотношениях, при кото рШ бётогёнераторы сохраняют свое функ циональное назначение. Кроме того, устройство работоспособно в весьма узком диапазоне значений сквозной проводимос в котором возникают резонансные явления в контуре. Другим недостатком устройства является необходимость предварительной установки выходных сопротивлений автогенераторов, либо ручной настройки контура на заданную частоту. Это делает процесс измерения длительным, трудоемКИМ и о гранйчивает его точность. - Цель изобретения - расширение диапа зона и повышение- точности измерения влажности. . Поставленная цель достигается тем, что в качестве линейного возбудителя ис пользован генератор Несимметричного Треугольного напряжения во влагомер введены операционный усилитель с резис тивной обратной связью, электронный перёклкматель, основная и дополнительная ра зделительные цепи, основной и дополнительный компараторы, основной и дополнительный триггеры и цифровой измеритель тнйТервала времени, причем операционный усилитель, электронный переключатель, основные разделительная цепь, компаратор, триггер и цифровой измеритель интервйла времени соединены последовательно и,подключены ко второй клемме дй&лектр11ческого-датчика, к еыходугёнератора несимметричного треугольного напряжений подключены последовательно соединенньте дополнительные разделительн&я цепь, koKinapflTOp и триггер, выход которого соединен с упра&ляю1цим взсодом электройного переключателя, выходы дополнительных разделительной цепи и комШр|йщ рй1:юёДйнё1ш ё© втОры1мй входами осноБйых компаратора и триггера, соот ветстЬенноу, а синхронизирующий выход генератора подключен ко второму входу дополнительного триггера. Такой влагомер з счет компенсации лияния сквозной проводимости и поляризационных потерь обладает расширенным диапазоном измерения и позволяет достичь относительно высокую точность. На чертеже представлена функдиональвая электрическая схема устройства. Емкостной влагомер содержит генераTqp 1 несимметричного треугольного напряжения, подключенный по одной цепи через последовательно соединенные ди- , электрический датчик .2, представленный эквивалентной схемой, где емкость koHденсатора 3 пропорциональна влажности, сопротивление резистора 4 - поляризационным потерям, сопротивление резистора 5 - сквозной проводимости, операционный усилитель 6, охваченный- обратной связью через резистор 7, электронный переключатель 8, основную разделительную цепь 9 и основной компаратор 10 к одному входу основного триггера 11, соединенного со входом цифрового измерителя 12 йнтервала времени. По другой цепи вЬгход генератора 1 через последовательно соединенные, дополнительную разделительную цепь 13 и дополнительный компаратор 14 подключен к одному входу дополнительного триггера 15, другой вход Которого соединен с синхронизирующим выходом генератора 1, а выход - с управляющим входом электронного переключателя. Выходы дополнительных разделительной цепи 13 и компаратора 14 соединены со вторьпли входами основного компаратора 1О и основного триггера 11.,. Влагомер работает следующим образо.м. - . с выхода генератора 1 на вход измерительной схемы, состоящей из диэлектрического датчика 2, операционного усипителя 6 и резистора 7, подается двухполярное треугольное напряжение Uon с периодом 2То-, размахом амплитуд ид содёржащее постоянную составляющую равную + 1/4 UQ. При этом выходное напряжение операционного усилителя 6 представляет собой суперпозицию двух составляющих, описываемых в интервале времени t - t g следующими выражениями:. . . . )( ,Up(tlr-l m(.Kt), где.К-ЕО|ТОПри ГСх зпачение Ucx (t) практически не зависит от ется только размером С.х: ., Составляющая U-n(-fe) в момент-fco смены полярности выходного сигнала генератора обращается в нуль при любых значениях F, т. е. ;u,,.o:Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 6 в момент вре мени определяется только знаЧениём оив-Ь). Посредством дополнительны цепей 13, компаратора .14, триггера 15 и электронного переклю чателя 8 осуществляется стробирование напряжения U (.Ь) таким образом, что то-чка fcio находится в центре интервала стробирования. На выходе электронного переключателя 8 формируется трапецеидальный импульс, площадь которого определяется только размером Cj. С помощью основной цепи 9 это напряжение преобразуется в двухполярное j отрицат ель ная амплитуда которого определяется выражениемUpRoCx, jUqH Т О. . Данный сигнал и сигнал с выхода дополнительной цеди 13 сравниваются на вхо дах основного компаратора 10. В резуль тате длительность импульсов на выходе триггера 11 определяется как ij г-1.т,,с т е. она пропорциональна влажности исследуемого вещества и не зависит от значений попяризационньк потерь и сквоз ной проводимости. Значение -fc измеряется измерителем 12 и индицируется на его цифровом табло. Сравнительный анализ известного и предлагаемого устройств показал. Что /последнее за счет использования моночастотного режима при невысоких; частотах, отсутствия предварительных установок и механических регулировок, учета как поляризационных потерь, так и сквЪй ной проводимости испытуемого вещества, позволяет обеспечить более высокую точ6определя 1 Hoctb. Одновременно расширяется допустимый диапазон изменения комплексных резистивных параметров вещества. Формула изобретения .Ёмкостной влагомер, содержащий диэлектрический датчик, первая клемма которого соединена с линейным возбудителем, .отлич аюшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности, в качестве линейного возбудителя исполь;зован генератор несимметричного треугольного напряжения, во влагомер введены операционный ус.клитель с резистивной обратной связью, электронный переключатель, основная и дополнительная разделительные цени, основной и дополнительный компараторы, основной и дополнительный триггеры и цифровой измеритель интервала времени, причем операционный усилитель, электронный переключатель, основные разделительная .цепь, компаратор, триггер и цифррвой измеритель интервала времени соединены последовательно и подключены .ко второй клемме диэлектрического датчика, к выходу генератора несимметричного треугольного напряжения подключены последовательно соединенные дополнительные разделительная цепь, компаратор и триггер, выход которого соединен с управляющим входом электронного переключателя, выходи дополнительньге разделительной цепи и компаратора соединен со вторыми входами основньгх компаратора: и триггера, соответственно, а сиахронизирующий выход генератора подключен ко второму входу дополнительного . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР NO 248297, кл. G 01 N 27/22, 1969. 2.Авторское свидётйльство СССР № 443299, кл. Сг 01 N 27/22, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР .№ 417718, кл. GO N 27/22, 1974; (прототип)..