Диэлькометрический влагомер Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 G01N27/22 

(54) ДИЭЛ.ЬКОМЕТРИЧЕСКИЙ ВЛАГОМЕР

1

Изобретение относится к измерению и контролю диэлектрических падаметров материалов с больши1ии потерями и может быть использовано для контроля влажности материалов.

Известен диэлькометрический влагомер, основанный на использований метода биений между частотами рабочего и опорного генераторов. При этом датчик включен в частотно-за;дающую цепь рабочего ген ев атора . 1.

Недостатком данного влагомера является невозможность измерения влажности материалов, активная составляющая проводимости которых соизмерима с реактивной составляющей, что существенно сужает область применения устройства.

Наиболее близким по техническсй сущности к предлагаемому является диэлькометрический влагомер/имеющий первичный преобразователь, который включен в цепь измерительного двузс;полюсника с модулируемыми параметрами, питаемого напряжением высокой частоты от рабочего генератора. Параметрическая модуляция в двухполюснике осуществляется при помощи модулятора. К выходу амплитуднох о детектора через усилитель подключен

первый вход фазового детектора, ко второму входу которого подключен модулятор. Сигнал, снимаемый с выхода фазового детектора, подается на интегратор и далее на управляющий элемент, который перестраивает частоту высокочастотного генератора до наступления динамического равновесия. Динамическое равновесие

o наступает при уменьшении сигнала неравновесия ниже порога чувствительности системы автоматического уравновешивания. В состоянии динамического равновесия частота высоко5частотного генератора пропорциональна емкости первичного преобразователя. Она сравнивается в смесителе с частотой опорного генератора и далее преобразуется в напряжение,

0 пропорциональное влажности материгша. Чем больше величина коэффициента усиления усилителя, тем меньше зона чувствительности 2.

Однако при уменьшении добротности

5 колебательного контура .измерительного двухполюсника зона нечувствительности расширяется, что приводит к .увеличению погрешности измерения влажности материала. Причем, дальнейшее

0 увеличение усиления усилителя может привести устройство в неустойчивое состояние. Целью изобретения является умен шение погрешности измерения влажности. Поставленная цель достигается тем, что в диэлькометрический влагомер, содержащий емкостной первич преобразователь, включенный в измерительный двухполюсник с модулир параметрами, модулятор, после довательно соединенные амплитудный детектор, усилитель, фазовый детек интегратор, управляющий элемент и высокочастотный генератор, а также опорный генератор, смеситель и преобразователь частота-напряжение введены пиковый детектор, три филь ра ниэкиз частот, управляемый дели тель напряжения, второй модулятор, второй управляющий .элемент и инвертор, соединенные таким образом, что вход пикового детектора подклю чен к измерительному двухполюснику его 15ЫХОД через первый фильтр низки частот подключен к управляемому делителю, включенному между измерительным двухполюсником и смесителем, к которому через опорный генератор последовательно подключены второй модулятор и второй управляющий элемент, а к выходу фазового детектора одновременно подключены вход интегратора через второй фильт НИЗКИХ частот и третий фильтр низких частот через инвертор, а также тем, что второй модулятор может быть выполнен в виде генерато ра пилообразного напряжения,частота ffOTOporo не менее чем на порядок меньше частоты первого модулятора. На фкг. 1 представлена блоксхема предлагаемого диэлькометричвского влагомера; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу. Диэлькометрический влагомер содержит емкостной первичный преобразователь I, измерительный двухполюсник 2 с модулируемыми параметрам модулятор 3, амплитудный детектор 4, усилитель 5, фазовый детектор 6, фильтр 7 низких частот, интегратор 8, управлякиций элемент 9, высокочастотный генератор iO, смеситель 11 опорный генератор 12, второй управляющий элемент 13, второй модулятор 14, преобразователь 15 частота-напряжение, пиковый детектор 16, второй фильтр 17 низких частот, управляемый делитель 18 напряжения, инвертор 19 и третий фильтр 20 низких частот. Влагомер работает следующим образом. Емкостной первичный преобразователь 1 включен в цепь измерительного двухполюсника 2, питаемого чер.ез управляемый делитель 18 высокочастотным напряжением от смесителя 1, выделяющего разность частот высокочастотного и опорного генераторов 10 и 12 соответственно. Управление делителя 18 происходит с помощью пикового детектора 16, вьщеляющего напряжение, пропорциональное максимальной амплитуде на измерительном двухполюснике 2. Это напряжение усредняется вторым фильтром 17 низких частот и подается на управляемый делитель 18 напряжения. Таким образом, напряжение на измерительном двухполюснике 2 поддерживается постоянным. Параметрическая модуляция двухполюсника 2 осуществляется при помощи модулятора 3 импульсным напряжением (фиг. 2, эпюра 1). Одновременно происходит перестройка частоты опорного генератора 12 с помощью второго модулятора 14 и второго управляющего элемента 13. В качестве второго модулятора 14 используется, например, генератор пилообразного напряжения (фиг. 2, эпюра 2). Частота генератора пилообразного напряжения выбирается примерно на порядок меньше частоты первого модулятора 3. Амплитудномодулированное высокочастотное напряжение с измерительного двухполюсника 2 поступает на амплитудный детектор 4 и далее через усилитель 5 на фазовый детектор 6. С другой стороны на фазовый детектор 6поступает напряжение с модулятора 3. На выходе фазового детектора 6, в зависимости от соотношения фаз между напряжением сигнала неравновесия и опорным напряжением, идущим с модулятора 3, будет напряхсение, показанное на фиг. 2, эпюра 3., Причем длительность положительных и отрицательных импульсов будет в зависимости от состояния равновесия относительно резонанса измерительного двухполюсника. В равновесном состоянии длительность положительного импульса будет равна длительности отрицательного импульса. Напряжение с выхода фазового детектора 6 поступает на фильтр 7низких частот и далее через интегратор 8 на управляющий элемент 9. Управляющий элемент управляет частотой высокочастотного генератора 10 до тех,пор, пока наступит равновесное состояние. В состоянии динамического равновесия частота с выхода высокол частотного генератора 10, поступающая на преобразователь 15 частот.анапряжение, пропорциональна влажности материала. В связи с тем, что равновесное состояние не зависит от зоны нечувствительности, которая на фиг. 2, эгпора 3 показана как зона между задним фронтом положительного импульса, и передним фронтом отрицательного импульса, а зависит только

от длительностей положительных и отрицательных импульсов, то тем самым погрешность измерения влажности уменьшается.

С выхода фазового детектора 6 импульсноенапряжение (фиг. 2, эпюра 3) поступает на инвертор 19, на выходе которого образуются импульсы .показанные на фиг. 2,. эпюра 4. Так как напряжение на измерительном двуполюснике 2 поддерживается постоянным, то при изменении параметров измерительного двухполюсника 2, а . именно при изменении сопротивления двухполюсника, длительность импульсов (фиг. 2, эпюра 4) будет пропорциональна тангенсу потерь измерительного двухполюсника или обратно пропорциональна добротности контура. Это связано с тем, что при уменьшении добротности контура зона нечувствительности расширяется соответственно расширяется и длительность импульса (фиг. 2, эпюра 4 ).

На выходе третьего фильтра 20 низких частот, подсоединенного к инвертору 19, получаем напряжение (фиг. 2, эпюра 5), пропорциональное тангенсу угла потерь, величину которого можно использовать для повышения точности .измерения влагомера.

Формула изобретения

%

последовательно соединенные амплитудный детектор, усилитель, фазовый детектор, интегратор, управляющий элемент и высокочастотный генератор, а также опорный генератор, смеситель и преобразователь частотанапряжение, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения влажности, в него введены пиковь1й детектор, три фильтра низких частот, управляемый делитель напряжения, второй модулятор, второй управляющий элемент и инвертор, соединенные таким образом, что вход пикового детектора подключен к измерительному двухполюснику, его выход через первый

фильтр низких частот подключен к управляемому делителю, включенному между измерительным двухполюсником и смесителем, к которому через опорный генератор последовательно подключены второй модулятор и второй управляющий элемент, а к выходу фазового детектора одновременно подключенывход интегратора через второй фильтр низких- частот и третий фильтр низких частот через инвертор .

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

TJiTirinnjinjnjriJirui

П П

Д

Фиг.2