Устройство для измерения влажности Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

I

Изобретение относится к измери; тельной технике и может быть использовано при измерении влажности жидких и твердых веществ с большой электропроводностью или для измерения диэлектрических параметров веществ.

Известен влагомер, содержащий колебательный контур с включенными в него емкостным датчиком и компенсирующим конденсатором, задающий генератор и вольтметр. Контур настраив ется в резонанс по максимуму напряжения и измеряемая величина определяется по у1кале компенсирующего конденсатора. Важным достоинством влагомера является то, что емкость, соответствующая резонансу, не зависит от проводимости, шунтирующей емкость tOОднако указанный влагомер характеризуется низкой чувствительностью и сложностью автоматизации процесса измерения. Низкая чувствительность обусловлена тем, что при шунтироваНИИ конт,ура большой проводимостью снижается его добротность и резонансная характеристика теряет ос.троту.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения влажности, содержащее колебательный контур с емкостным датчиком и компен.сирующим конденсатором, задающий генератор с двумя выходами, сдвинутыми по фазе на П/2 и последовательно включенные дополнительный генератор, два балансных модулятора, синхронный детектор, усилитель и реверсивный двигатель, ось которого связана с осью компенсирующего конденсатора, причем первый выход задающего генератора через резистор связи связан с колебательным контуром и вторым входом второго балансного модулятора, а второй выход задающего генератора связан со вторым входом первого балансного модулятора, другой выход задающего генератора соединен с синхронным детектором 2. Однако чувствительность устройства быстро падает с ростом шунтирующей контур проводимости, эквивалент- 5 ной активным потерям в исследуемом материале, это приводит к возраста+НИЮ погрешности измерения и является существенным недостатком устройства.10 Цель изобретения - повышение чувствительности измерения влажности веществ с большой электропроводностью. Поставленная цель достигаете 15 тем, что в устройстве, содержащем колебательный контур с емкостным датчиком и компенсирующим конденсатором, элемент связи, задающий генератор и последовательно включенные ,ц дополнительный генератор, два балансных модулятора, синхронный детектор, усилитель и реверсивный двигатель, ось которого связана с осью компенсирующего конденсатора, элемент свя- s зи выполнен в виде конденсатора, емкость которого определяется соотношением ,- при R«2, -внутреннее сопротивление задающего генератора, -максимально возможная проводимость анализируемой пробы W - круговая частота измерений. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит задающий генератор 1, конденсатор связи 2, колебательный контур 3 и последовательно соединенные дополнительный генератор i, два балансных модулятора 5 и 6, синхронный детектор 7, усилитель 8, реверсивный двигатель 9 Элементами колебательного контура 3 являются катушка индуктивности L, емкостный датчик и компенсирующий коН(енсатор С,, ротор которого нере редуктор связан с осью реверсивного двигателя 9. Выход задающего генератора 1 непосредственно связан со вторым входом первого балансного модулятора 5 и через конденсатор связи 2 с колебательным контуром и вторым балансным модулятором 6. зо ту ще св гд ла ра и 1( но ве то ви сд вх ЛЯ гд по те с ст Влагомер работает следующим обра. Напряжение на измерительном коне и,, поступающее с выхода задаюо генератора 1 через конденсатор зи 2, определяется выражением и Е 5ШШ1 R + jXcB+ Z е е Е sinliJt - ЭДС задающего генератора;R - внутреннее сопротивление задающего генератора. в - комплексное сопротивление контура 3: Напряжение на выходе первого бансного модулятора определяется выжениемХс. + 2 и Е зш + Хсй-tR - Лее Напряжение U. jj, vj и напряжение и. - Jjv siniij t с выхода дополнительго генератора k поступают на сооттствующие входы балансных модуляров 5 и 6. Нетрудно показать, что при услои 1 - U L(C + Q,g) О, фазовый виг между напряжениями на вторых одах балансных модуляторов состав6Т лt ,-тс1г е Ц. - фазовый угол напряжения на контуре , Ц - фазовый угол напряжения на втором входе первого балансного модулятора 5. Сигнал фазового рассогласования, ступающий на вход синхронного дектора 7 определяется выражением ч, . -siMuM6iiiu M-b, (3) Р 2 i4«4 +f-V vtС выхода синхронного детектора гнал фазового рассогЛасозания поупает на фазочувствительный уси5литель 8, управляющий двигателем 9, который, изменяя емкость.крмпеисирующего конденсатора Сц настраивает контур в резонанс. Шкала конденсатора проградуирована в единицах измеряемой влажности. Крутизна преобразования колебательным контуром отклонения ЛС емкости контура от резонансного значения в фазовой сдвиг ДЧ определяется из выражения )( откуда иуЧ% ас I- «AL/C CCB)UUHY )-0 дЧ и; С 9дЧ-- ЛС.О) . Амплитуда напряжения на контуре определяется выражением (() Амплитуда напряжения на втором входе первого балансного модулятора 5 определяется выражением

Подставляя (7),(8) и (9) в (3), получим- .

М o CcfeAC ФР 2. R-(((,f Ьткуда ;..М1 Д.С/СХ. 2 СсьС ех ) Определим оптимальное значение ем ти связи 00, соответствующее макс

Из 15 видно, что требуемой чувствительности теоретически можно достичь при как угодно большой проводимости. Для этого необходимо, чтобы выполнялось следующее соотношение0 му чувствительности измерительной схемы, из условия н) После соответствующих преобразований из 10) и (11) получим уравнение; o У4c1iV 2йc % -Ь o-02) Решая уравнение (12) oтнocиteльно величины ( , получим ( -|- c R+2±V()Hi 1(3) Учитывая диапазон изменения проводимости контролируемых веществ, можно всегда обеспечить выполнение условий Rg 2 соответствующим уменьшением внутреннего сопротивления генератора 1, тогда из (13) получим Vi О/) ГЬэдставляя (1А) в (10, получим аналитическое выражение для чувствительности преобразователя при оптимальной емкости связи ь -К пг-- / Щ где К - постоянный коэффициент. ., /iS Таким образом, введение конденсатора связи .между задающим генератором и контуром позволяет повысить точность измерения влажности веществ с большой электропроводностью за счет повышения чувствительности, упростить влагомер, так как для его

79357708

реализации нет необходимости в гене- тельности измерения, элемент связи раторе с двумя выходами напряжений, выполнен в виде конденсатора, ем кость которого определяется соотносдвинутых по фазе на

2 шением Формула изобретения Устройство для измерения влажности, содержащее задающий генератор, выход to .которого соединен через элемент связи с колебательным контуром, содержащим емкостный датчик и компенсирующий конденсатор, дополнительный генератор, один выход которого соединен с синхронным детектором, а другой выход - с последовательно соединенными двумя балансными модуляторами, синхронным детектором, усилителем постоянного тока и реверсивным дай-гателем, о. т.лимающееся тем, что, с целью повышения чувствиприрон № 9 (внутреннее сопротивление задающего генератора; максимально возможная проводимость анализируемой пробы, круговая частота измере7 ни я. Источники информации, нятые во внимание при экспертизе 1.Бондзеладзе А.Е. и др. Электный влагомер, - Уголь, 1961, , с. . 2.Авторское свидетельство СССР 3299, кл. G 01 N 27/22, 1,97.