Устройство для измерения влажности Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к (}изико-х мическому анализу и может быть испо зовано для определения влагосодержа ния сыпучих и жидких материалов. Известно устройство для измерени влажности, содержащее ферритовый трансформатор, первичная обмотка ко тброго соединена с выходом высокочастотного генератора, а вторичная обмотка разделяется на две средней точкой, и обе половины включаются в разностную схему. В одно плечо включается емкостной датчик, а в другое эталонный конденсатор t1I Наличие активной проводимости вещества не обеспечивает возможност балансирования до нуля разностной схемы, у которой в плече сравнения имеется эталонная емкость. Для повышения точности в этом устройстве первичная обмотка соединяется со вторичной посредством конденсатора. Однако такой конденсатор в состоянии сбалансировать схему в одной точке с определенными значениями емкостной и активной составлякщих и не может обеспечить достаточной точности измерения в широком диапазоне изменений активной и реактивной составляющих датчика, тем более в широком диапазоне частот. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля состава смесей по величине электропроводности, содержащее генератор переменного тока,замкнутый магнитопровод с обмоткой, соединенной с одним выходом генератора, приемный замкнутый магнитопровод с измерительной обмоткой, синхронный дeтeкtOIll, один вход которого соединен со вторым выходом генератора, другой - с измерительной обмоткой, а выход синхронного детектора включен на вход измерительного устройства Г23. Однако известное устройство йе позволяет измерить влажность материала с высокой точностью.

3

Цель и:зобретокич - ионыпюние 1 чn jiCTH измерения.

ПоставленнЯя цель достигается тем, что в устройство содержащее генератор переменного тока, замкнутый магнитопровод с обмоткой, связанной с одним выходом генератора, приемный замкнутый магнигопровод с измерительной обмоткой, -синхронньй детектор, один вход которого соединен со вторым выходом генератора, а другой с измерительной обмоткой, а выход синхронного детектора включе.н на вход измерительного устройства, введён датчик с электродами, которые соединены проводящей перемычкой так,что образуют с ней замкнутый контур, причем пе1)емьгчка проходит через отверстия магнитопроводов, кроме того, в устройство дополнительно введен измеритель амплитуды, вход которого также соединен с измерительной обмоткой, а выход - с измерительным устройством.

На фиг,I изображена конструкция датчика; на фиг,2 - блок-схема устройства для измерения влажности.

Датчик, входящий в измеритель влажности, состоит из двух электродов 1 и 2,которые-могут быть плоскими или, в зависимости от назначения, иметь иную конфигурацию. Электроды соединены друг с другом посредством проводящего стержня 3 и помещаются в материал 4, влажность которого подлежит измерешш. Электропроводящий стержень 3 проходит через центральные отверстия передающего 5 и приемного 6 ферритовых колец.

На кольцах расположены тороидальные обмотки: передающие 7 и 8 на передающем кольце 5 и приемная 9 на приемном кольце 6. Ферритовые кольца с обмотками заключень в диэлектрическую изолирующую оболочку 10.

Передающие обмотки 7 и 8 связаны с выходами генераторов 11 и 12. Приеная обмотка 9 связана со входом ши рокополосного усилителя 13, имеющего два выхода. Один из выходов усилителя 13 соединение первыми входами синхронных детекторов 14 и 15, другой со схемой 16 разделения частот. Вторые входы синхронных детекторов 14 и 15 соединены с выходами генераторо II и 12. Выходы синхронных детекторов 14 и 1.5 и пыходы схемы 16 разделения час гот соединены со входами

4

Рлока 17 обработки информаиии, иыход KOTOpoio соединен со входом индикаторного устройства 18.

Устройство работает следукадим образом.

Рассмотрим сначала работу с использованием одного частотного канала. Переменный ток от генератора 12с частотой протекает по передающей обмотке 7 передающего кольца 5, создавая в нем магнитный поток,равный

Г-(.

2П«Г

ъ/

iQ ГН/М ;

410

где

7 - число витков обмотки 7; $5 - поперечное сечение кольца 5; Гд - средний радиус кольца 5; jUc - относительная проницаемость

кольца 5;

J - амплитуда тока в обмотке 7. В соответствии со вторым уравнением Максвелла этот переменный поток возбуждает в перемычке 3 ЭДС

-.f с.,

Эта ЭДС возбуждает в замкнутом контуре, образованном перемычкой 3, электродами 1 и 2 и промежутком,заполненным исследуемым веществом, электрический ток, состоящий из двух компонентов - тока смещения, вызванного диэлектрической проницаемостью вещества, и тока проводимости,вызванного отличной от нуля проводимостью промежутка между электродами 1 и 2, заполненного веществом 4.

В комплексной форме этот ток может быть записан в виде

-i4;r-.

2 J емкость промежутка I и 2, заполненного

веществом 4;

где р - составляющая активных потерь вещества;

Е - диэлектрическая проницаемость вещества; К - геометрический коэЗДициент

электродов.

Таким образом, модуль комплекса тока, протекающего по перемычке 3,

равен

-4.. с)

0

5 фач;) TijKa ичевиди ранна , (5) Таким образом, мы имеем два неизвестных gf и два уравнения (4) (5). Следовательно, система разреши ла. Для нахождения ff и 6 необхс чим определить модуль и фазу тока Др известно, поскольку она определяет известными величинами - значением тока генератора 12, числом-витков обмотки 7,материалом и формой кольца 5. Дальнейшая схема измеряет модул и фазу тока 3f, . При протекании ток 3fj по перемычке 3 он возбуждает ма нитный поток в приемном кольце 6, величина которого равна, V-FoA b6b2 S K - -,n),(6) ь где lUft - магнитная проницаемость кольца 6; Г - средний, радиус кольца 6. Этот магнитный поток наводит в обмотке 9 ЭДС ь ( где /с)- число витков обмотки 9. Сигнал с выхода обмотки 9 усиливается усилителем 13 и поступает на один .из входов синхронного детек ра 15, на опорный вход которого под ется переменное напряжение с генератора 12. Выходное напряжение синхронного детектора пропорционально амплитуде и фазе выходного сигнала усилителя 13, т.е. амплитуде и фазе тока С}у4 Сигнал с выхода усилителя 13 через схему 16 разделения частот по соответствующему выходу поступает в блок 17 обработки информации, который преобразует сигнал с выхода усилителя 13, пропорциональный ампп туде тока Зп и с выхода синхронног детектора 14, где сигнал пропорцион лен и амплитуде и фазе, в величины и и далее в напряжение,пропорциональное влажности. Это напряжени поступает на вход индикаторного уст ройства 18, где уже индицируется значение влажности. 8« , При наличии смеси из нескольких веществ для правильного измерения влажности необходимо знать значения и для каждого вещества. С этой целью система имеет несколько генераторов с разными частотами (jj 1- и т.д. (генераторы П, 12 и т.д.) и несколько синхронных детекторов 14, 15 и т.д. Схема 16 разделения частот в зтом случае разделяет на выходах сигналы с разными частотагт ijL , jj и т.д. Синхронные детекторы выделяют также сигналы, пропорциональные амплитудам и фазам токов, частоты которых равны частотам генераторов,, напряжение которых используются в качестве опорных в соответствующих синхронных детекторах. Предлагаемое устройство йрзволяет повысить точность измерения влажности. Формула изобретения Устройство для измерения влажности, содержащее генератор переменного тока, замкнутый магнитопровод с обмоткой, связанной с одним выходом генератора, приемный замкнутый магкитопровод с измерительной обмоткой, синхронный детектор, один вход которого соединен со вторым выходом генератора, другой - с измерительной обмоткой,а выход синхронного детектора включен на вход измерительн ого устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен датчик с электрйдами, которые соединены проводящей перемычкой так, что образуют с ней замкнутый контур, причем перемычка проходит через отверстия магнитопроводов, кроме того, в устройство дополнительно введен измеритель амплитуда, вход которого также соединен с измерительной обмоткой, а выход с измерительным устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 437957 G 01 N 27/22, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР 659944, кл. G О N 27/02, 1977 (прототип).

J 5

3 6