"Устройство для измерения влажности Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к автоматическим измерителям влажности различных сред с большой и переменной электропроводностью. Известен резонансный измеритель емкостг, который содержит генератор напряжения высокой частоты, резон,ансный LC-контур, нагружающий вы сокочастотный генератор, вольтметр, измеряющий высокочастотное напряжение на контуре ; и индикатор настрой ки в резонанс. К LC-контуру подклю чены рабочая емкостная ячейка, градуированный конденсатор без потерь, замещающий измерения емкости датчика, и безреактивное сопротивление. В этом устройстве осуществляется стабилизация активных потерь путем поддержания постоянного уровня высо кочастотного напряжения на контуре при пустой и заполненной исследуемым веществом ячейке путем изменения безреактивного сопротивления Щ Недостатком этого устройства является необходимость шунтирования первичного преобразователя (LCконтура с емкостной ячейкой) безреактивным сопротивлением. В этом случае общая проводимость LС-контура всегда больше максимальной проводимости датчика с исследуемым веществом, что приводит к снижению точности измерения емкости при исследовании веществ с широким диапазоном измерения электропроводности. Наиболее близко к предлагаемому устройство для измерения влажности, которое содержит параллельный измерительный контур, состоящий из катушки индуктивности, емкостного датчика, полупроводниковой модулирующей емкости и конденсатора, компенсирующего измерение емкости датчика; генератор высокочастотного напряжения; модулятор, демодулятор.фазочувствительный усилитель 2J. Недостатком этого устройства является понижение чувствительности из-за уменьшения крутизны статической характеристики колебательного контура при шунтировании контура сопротивлением активных потерь исследуемого вещества, что приводит к снижению точности измерения влажности. Уменьшение чурствительности данного устройства происходит вследствие того, что общий коэффициент усиления по петле обратной связи, установленный при незаполненном веществом бмкостном датчике, исходя из требований устойчивости, при заполнении датчика веществом с потерями -уменьшается из-за уменьшения крутизны статической характеристики (коэффициента передачи) измерительного контура.

Цель изобретения - повышение точности измерения влажности в широком диапазоне активных потерь исследуемого вещества.

Для достижения поставленной цели в устройство для измерения влажност содержащее емкостной датчик, включеный в измерительный LC-контур с модлирующим конденсатором, генератор, элемент связи генератора с измерительным LC-контуром, модулятор,демодулятор, фазочувствительный усилитель и компенсирующий конденсатор, дополнительно введены последовательно включенные амплитудный детектор, функциональный преобразователь и умножитель, причем вхол амплитудного детектора соединен с измерительным LC-контуром, второй вход умножителя соединен с демодулятором, а выход умножителя соединен со входом фазочувствительного усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства .

Устройство состоит из измерительного контура 1, состоящего из катушки 2 индуктивности, емкостного датчика 3, модулирующей емкости 4 и компенсирующей емкости 5, одним входом через элемент связи 6 соединенной с генератором 7 ВЧ напряжения, другим входом - с модулятором 8, а выходом - с демодулятором 9 и амплитудным детектором 10, выход которого соединен со входом функционального преобразователя 11. Умножитель 12 первым входом соединен с выходом функционального преобразователя 11, вторым входом - с выходом демодулятора 9, а выходом - со входом фазочувствительного усилителя 13, выход которого соединен посредством механческой связи с компенсирующей емкостьк) 5.

Устройство работает следующим образом.

На измерительный-контур 1 через элемент связи поступает высокочастотное напряжение фиксированной частоты от генератора 7. Модуляция осуществляется перйодическим изменением емкости блока модулирующих варикапов 4. Работой модулирующих варикапов управляет модулятор 8. При отсутствии равновесия в системе на измерительном LC-контуре 1 ВЧ напряжение оказывается амплитудно-промодлированным. Низкочастотная огибающая

ц выделяется демодулятором 9 и

поступает на второй вход умножителя 12. Среднее напряжение высокой частоты и„ присутствующее на измерительном контуре 1, детектируется амплитудным детектором 10 и поступает на вход функционального преобразователя 11.

Напряжение с выхода умножителя 12,

DM U равное ..л , поступает на вход фаIJ

;ЗОчувствительного усилителя 13. Напряжение с выхода фазочувствительного. усилителя 13, равно

5 К,. , где Kg - коэффициент усиления фазочувствительного усилителя, управляет изменением e lкocти компенсирующего конденсатора То.к, что напряжение низкочастотной огибающей Уц стремится к нулю,т.е. система приводится к состоянию равновесия и измерительный LC-контур 1 оказывается настроенным на частоту ВЧ генератора 7.

Общий коэффициент усиления системы автоматической настройки контура в резонанс по петле обратной связи равен

42ii;-,

где АС

приращение емкости датчика ;

t, и

изменение выходного наФ.У пряжения фазочувствительного усилителя,соответствующее приращению емкости ЬС;

к икоэффициент передачи измерительного LC-контура;

к„

коэффициент передачи демодулятора;

1/и коэффициент передачи умножителя 5; коэффициент передачи фак. зочувствительного усилителя .

Отсюда следует, что общий коэффициент усиления системы автоматической настройки контура в резонанс на зависит от напряжения на измерительном контуре, а следовательно, и от активных потерь исследуемого вещества.

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности веществ с большой и переменной электропроводностью, содержащее емкостной датчик, включенный в измерительный LC-контур с модулирующим конденсатором, генератор,элемент связи генератора с измерительным

LC-контуром, модулятор, демодулятор, фазочувствительный уйилитель и компенсирующий конденсатор, о тличающееся тем, что,с целью повышения точности измерения влажности в широком диапазоне активных потерь, в него дополнительно введены последовательно включенные амплитудный детектор, функциональный преобразователь и умножитель, причем вход амплитудного детектора соединен с измерительным LC-контуром, второй вход умножителя соединен с демодулятором, а выход умножителя соединен со входом фаз о увствительного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Эме Ф. Диэлектрические измерения. М., Химия, 1967, с. 34.

2. Измерительная техника, 1976, №7, с. 75-78 (прототип).