Электронный влагомер Советский патент 1980 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к области влагометрии, а именно к диэлькометрическим электронным измерителям влажности сыпучих материалов, например песка, шламов, зерна, угля и т.п. веществ, в том числе содержащих токопроводящие включения.

Известен диэлькометрический влагомер, содержащий первичный преобразователь влажности (датчик), два высокочастотных генератора типа С, измерительный и опорный, а также устройство для регистрации разностной частоты и источник питания 1.

При изменении влажности происходит изменение емкости первичного преобразователя влажности (ППВ) и, следовательно, частоты измерительного генератора. Разность частот опорного и измерительного генераторов является критерием, оценивающим влажность.

Недостатком известного влагомера является низкая чувствительность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является электронный влагомер,содержащий первичный преобразователь влажности, связанный с измерительным генератором С-типа, опорный генера,тор постоянной частоты, вольтметр и источник питания, при этом емкостной датчик включен в цепь обратной связи по току измерительного генератора параллельно катодному сопротивлению, аiмежду контурами измерительного и опорного генераторов включены конденсаторы, к точке соединения которых подключен вольтметр 2.

0

В зависимости от емкости датчика, загруженного исследуемым материа,пом, меняется фаза напряжения обратной связи, а следовательно, и частота измерительного генератора. При близости собственных частот генераторов

наблюдается явление захватывания. При этом колебания оказываются противоЛазными. Поступая на вход вольтметра, противофазные напряжения на

0 выходе дают минимум сигнала.

Недостатками такого влагомера являются:

малая чувствительность при низких частотах генераторов, когда велика начальная емкость контура и, следовательно, емкость датчика мало влияет на суммарную емкость;

возможность грубого промаха в измерениях при близких частотах измерительного и опорного генераторов из-за явления захватывания. Целью настоящего изобретения явл ется увеличение чувствительности и точности измерений. Это достигается в гредлагаемом вольтметре применением в качестве и мерительного генератора низкочастот ного генератора синусоидальных коле баний типа RC, а емкостной первичны преобразователь влажности выполнен с изолированными электродами и вклю чем в цепь отрицательной обратной связи по напрях :ению измерительного генератора. При этом.частоты измери тельного и опорного генераторов все да отличаются друг от друга. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого влагомера. Влагомер состоит из первичного преобразователя влажности (емкостно го датчика) 1, измерительного .генератора 2, опорного генератора 3, устройства регистрации разностной частоты 4 и источника питания 5. Эквивалентная электрическая схем первичного преобразователя влажност 1. содержит емкости Сд, С и С и сопротивление RX. Измерительный генератор 2 содержит двухкаскадный усилитель на тран зисторах Т , Ti , цепь положительной обратной связи (резисторы R, R и конденсаторы С, Ct) и цепь отрицательно o6paTHOf связи (резисторы R;j, Ri( и ППВ) . Такое устройство становится генератором, если ное напряжение, поступающее на вход усилителя с его выхода через цепи положительной и отрицательной обрат ных связей, будет иметь достаточную амплитуду (условие баланса амплитуд и соответствующую фазу (условие баланса фаз) ,, При изменении влажности происходит изменение величин С, Ру, а также Сэ. Известно, что частота обычного RC-генератора синусоидальных колебаний определяется условием баланса фаз, т.е. параметрами элементов цепи положительной обратной связи, В рассматриваемом случае емкости ППВ, включенные в цепь отрицательной обратной связи (используется отрицательная обратная связь по напряжению изменяют условия баланса фаз и значи частоту колебаний. Так как цепь отри цательной обратной связи не содержит других емкостей, то влияние ППВ на частоту оказывается весьма существенным. При увеличений влажности имеет место ростС и уменьшение RX. В результате, кроме изменения баланса Фаз, происходит шунтирование датчиком сопротивления F4, что уменьшает величину отрицательной обратной связи и приводит к небольшому ограничению амплитуды генерируемых колебаний. Имеет место переход от режима чисто синусоидальных колебаний к началу колебаний релаксационног-о типа. Следовательно, имеет место резкое изменение физических процессов, происходящих в измерительном генераторе. Последнее также обуславливает существенное изменение частоты. При использовании датчика с изолированными электродами экспериментельно было получено изменение частоты измерительного генератора от 700 до 850-900 кГц, лпи изменении емкости датчика всего на 15-20 пФ. Относительное изменение частоты составило около 30%. Для получения относительного изменения частоты на 30% в рассматриваемом случае потребовалась бы начапьная емкость контура генератора LC порядка 20 пФ. Получить такую малую емкость конструктивно не представляется возможным, так как начальная емкость датчика, собственная емкость катушки индуктивности, емкости транзисторов и паразитная емкость монтажа значительно превышают ее. Кроме того, при машых емкостях контура уменьшается стабильность частоты генератора. В прототипе датчик не включен непосредственно в контур генератора, поэтому относительное изменение частоты будет еще меньше. Формула изобретения Электронный влагомер, содержащий емкостной первичный преобразователь влажности, связанный с измерительным генератором, опорный генератор постоянной частоты, устройство для регистрации разностной частоты и источник питания, отличающий ся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерений, в качестве измерительного генератора применен низкочастотный генератор синусоидальных колебаний типа RC,a емкостной первичный преобразователь влажности выполнен с изолированными электродами и включен в цепь отрицательной обратной связи по напряжению измерительного генератора. Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское .свидетельство СССР № 183472, кл. G 01 N 27/22, опублик. 1965. 2.Авторское свидетельство СССР №258667, кл. G 01 N 27/22, опублик. 1968 (прототип).