Емкостной влагомер Советский патент 1980 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть испоп зовано при измерениях влажности пористых и сыпучих материалов и автоматизации процессов с {эегулированием влажност ных режимов. Наиболее распространенными влагометрическими устройствами являются устройства, основанные на разделении состав ляющих сопротивления, например мостовые уравновешенные схемы lj . Однако измерительные схемы уравновешенного моста не могут быть использованы в автоматических устройствах измерения и регулирования, а при измерениях на высоких частотах имеют низкую точность. Наиболее близким техническим решени ем к предлагаемому изобретению являетс устройство для измерения влажности, со- держащее емкостный преобразователь, включенный на выходе высокочастотного генератора и детектор, к выходу которого подключен измерительный прибор 2 . Недостатком указанного устройства является влияние на данные намерений активной составляющей преобразователя. Целью изобретеття является повышение точности измерений путем устранения влияния активной составляющей проводимости емкостного преобразователя на данные измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит образцовый конденсатор, проводимость которого не менее, чем в 5 раз, больше про водимости емкостного преобразоватепя, блок обратной связи стабилизации напряжения, а в качестве детектора испол зован балансньтй фазовый детектор, причем образцовый конденсатор включен на выходе генератора последовательно с емкостным преобразователем, блок обратной связи включен параллельно емкостному преобразователю, а два входа балансного фазового детектора подключены соответственно к образцовому конденсатору и емкостному преобразователю. На фиг. 1 представлена принципиальная схема емкостного влагомера; на фиг. 2 - векторная диаграмма токов и напряжений. Влагомер состоит из высокочастотног& генерзатора I синусоидального напряжения, последовательно соединенных между собой и подключенных к выходу генератора образцового конденсатора 2 с высокой добротностью, проводимость которого больше проводимости емкостного преобразователя не менее, чем в 5 раз, и емкостного первичного преобразователя влажности, который представлен на схеме емкостной составляющей 3 и активной составляющей 4. Параллельно к емкостному преобразователю подключен блок 5 обратной связи автоматической стабилизации напряжения 5 с высокоомным входом. К образцовому конденсатору 2 и к емкостному преобразо вателю 3-4 подсоединены соответственно два входа балансного фазового детектора 6. к выходу которого подключен измерительный прибор 7 с высокоомным входом. Устройство работает следующим образом. При подаче синусоидального напряжения от генератора 1 к последовательной цепи; образцовый конденсатор 2 - емкостный преобразователь 3-4, на них создают ся падения напряжений, которые поступают соответственно на входы фазового детектора 6. За счет обратной связи (блок 5) напряжение на емкостном преобразователе поддерживается постоянным Напряжение на выходе балансного фазового детектора регистрируется измерительным прибором 7. Из теории балансных фазовых детекторов известно, что выходное напря)1Жние балансного фазового детектора при подаче на его входы соответственно двух напряжений: Ц - падения напряжения на образцовом конденсаторе и U, -падения напряжения на емкостном преобразовател и соблюдении соотношения равноU KU cosM ,(j) где к - постоянный коэффициент, завися щий от параметров детекторна; ф - угол сдвига фаз между напряжениями;U,j меньшее входное напряжение. Для обеспечения измерения емкости п образователя необходимо, чтобы выходнов напряжение зависело только от емкост преобразователя влажности, т.е. чтобы ш.- Эта зависимость и достигается предлагаемым устройством. Для объяснения принципа получения указанной зависимости рассмотрим векторную диаграмму токов и напряжений последовательной цепи, образованной образцовым конденсатором 2 и емкостным первичным преобразователемвлажности 3-4. представленную на фиг. 2. При подаче синусоидального тока в указанную последовательную цепь падение напряжения на образцовом конденсаторе U будет отставать по фазе от протекающего тока 1 на угол 90 .Ток, протекающий через емкостный преобразователь состоит из двух составляющих: тока 1 , .вызванного емкостной составляющей проводимости и опережающего по фазе { пряжения на преобразователе Ц.. на 9О и тока I. вызванного активной составляющей проводимости, и совпадающего по фазе с напряжегшем U. При этом облюдается равенство ч-.. Реактивная составляющая 1, по закону Ома равна V% -V4-S Си - угловая частота тока; емкость преобразователя влажности. Из векторной диаграммы (фиг. 2) ток 1 определяется выражением T,,,.(4) где Ч - угол сдвига фаз между напряжениями на образцовом конденсаторе и емкостном преобразователе. Учитывая, что и подставляя это выражение в формулу (4), получаем(5) Приравнивая правые части уравнений (3) и (5),получаем значение емкости преобразователя влажности С - с U Vn;:; (6) При постоянных значениях образцовой емкости С- и напряжения U,. , т.е. при X : (д- const , емкость преобразователя определяется выражеьшем C KUC05C (7) и не зависит от активной составляющей проводи мости. Сопоставив полученную зависимость (7) с выражением (1) получаем, что при

поддержании постоянного напряжеггая на емкостном преобразователе и собгаодении указанного выше соотношения параметров образцового конденсатора и емкостного преобразователя, напряжение на выходе балансного фазового детектора прямо про пор1шонально емкости преобразователя влажности тго и достигается предлагаемым устройством.

Для соблюдения соотношения . , как было установлено экспериментально, емкость образцового конденсатора с выбирают такой, чтобы ее проводимость была всегда больше полной проводимости емкостного преобразователя не менее, чем в 5 раз.

Для поддержания постоянства напряжения на емкостном преобразователе предусмотрена обратная связь 5 (({жг. 1) автоматической стабилизации напряжения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять влажность материала путем контроля емкости преобразователя с прямым отсчетрм показаний по прибору или использовать получаемый сигнал в системе автоматического регулирования влажности.

За счет устранения влияния активной составляющей проводимости емкостного преобразователя на да1тые измерений повышается точность измерения влажности, что особенно важно для материалов с изменяющимися физико-химическими свойствами.

Формула изобретения Емкостный Бнагомер, содержащий емкостный преЬбразователь, вкпюченжтй на выходе выс9кочастотного генератор, и детектор, к выходу которого подключен измерительный прибор, от личаю - щ и и с я тем, что, с цепью повышения точности, он дополнительно содержит образцовый конденсатор, проводимость которого не менее, чем в 5 раз,больше проводимости емкостного преобразователя, блок обратной связи стабилизации напряжения, а в качестве детектора использован балансный фазовый детектор, причем образцовый конденсатор включен на выходе генератора последовательно с емкостным преобразователем, блок обратной связи включен параллельно емкостному преобразователю, а два входа балансного фазового детектора подключены соответственно к образцовому конденсатору и емкостному преобразоватешо.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Берлинер М. А. Измерения влажности, М., Энергия, 1973, с. 124-127

2. Берлинер М. А. Измерения влажности М.., Энергия, 1973, с 118-119 (прототип).