Измеритель влажности сыпучих материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к области автоматического измерения неэлектрических величин/ злектрическими методами и может быть использовано в АСУТП на предприятиях строительной индустрии.

Известны влагомеры, принцип действия которых основан на измерении сопротивле- , НИЛ исследуемого материала постоянному или переменному току 1.

Недостатком влагомеров является низкая точность из-за значительного влияния на . информативный параметр датчика таких факторов, как загрязненность, температура, химические примеси и т.н.

Наиболее близким техническим решением k предложенному является измеритель влажности, основанный на использовании более точной зависимости между влажностью материала и емкостью первичного преобразораТеля. Он содержит генератор синусоидального 2о напряжения, измерительную цепь, составленную последовательным включением образцового элемента и емкостного первичного преобразователя и подключенную к выходу . генератора, балансный фазовый детектор, блок обратной связи и измерительный прибор. Принцип действия зтого измерителя предусматривает применение, синхронного детектирования напряжения. Согласно теории данного вида преобразования электрических сигналов балансный фазовый детектор эквивалентен фазочувствительному выпрямителю, к выходу которого возможно подключение аналого-цифро- . вого преобразователя для обеспечения ввода информации в ЭВМ. Это обусловлено наличием на выходе напряжения постояннного тока, пропорционального значению емкости датчика Т2.

Недостатки прибора, снижающие эффективность и затрудняющие его применение в АСУТП, следующие: низкая точность измерения вследствие приближенного характера уравнения преобразования (обеспечивается выбором величины образцового элемента); оелабление (а не устранение) влияния сопротивления потерь датчика; сложность выбора значения образцового элемента из-за значительного диапазона изменения реактивной состав396ляющей комплексного сопротивления датчика от влажности. Цель данного изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, чтр в схему прибора, содержащего генератор синусоидального напряжения, емкостный первичный преобразователь, один из жимов которого подключен к общей шине, образцовый злемент, фазочувствительный выпрямитель, блок обратной связи и измерительный прибор, введены фазовращатель и амплитудный преобразователь, а блок обратной связи выполнен из компаратора и регулируемого масштабного преобразователя, причем выход компаратоpa соединен с управляющим входом регулируемого масштабного преобразователя, знергетический вход которого соединен с выходом генератора, а выход подключен к измерительному входу фазочувствительного B прямителя и к одному зажиму образцового злемента, ко второму зажиму образцового элемента подключены фазовращатель, соедине ный с управляющим входом фазочувствител ного выпрямителя, и амплитудный преобразователь, причем входы компаратора подключены к вь1ходам фазочувствительного вы .прямителя и генератора, а вход измерительного прибора соединен с выходом амплитудгюго преобразователя. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя влажности. На фиг. 1 обозначены: 1 - генератор си нусоидаль-ного напряжения; 2 - блок обратной связи; 3 - компаратор; 4 - регулируемый масштабный преобразователь; 5 измерительная цепь, составленная образцовы элементом RO и комплексным сопротивлением емкостного первичного преобразовате,ля Zx (представлено параллельной схемой замещения своих параметров Ry и GX); 6 фазовращатель; 7 - фазочувствительный вы прямитель; 8 - амплитудный преобразователь; 9 - измерительный прибор. Принцип действия измерителя поясняется векторной диаграммой напряжения (фиг. 2) составленной по методу комплексных амплитуд для цепи, н которой обьект измерения с параллельной схемой заменен эквивалентной ей последовательной схемой из эле ментов (фиг. 3), определяемыхпо формул V4 - реактивная составляющая где f. комплексного сопротивления емкостного первичного преобразователя Zx (фнг. измеряемая величина (информативный параметр датчи ка); RX - сопротивление потерь - неинформативный параметр датчика. На фиг. 2 обозначены: ОА V4 K4Viектор напряжения на выходе регулируемого асштабного преобразователя 4 (К - коффициент передачи блока 4); ОВ Vs К4 KS- Vj - вектор напряжения на выоде измерительной цепи 5; ON - направение вектора напряжения с выхода фазоращателя 6 (причем ON st ); гол сдвига по фазе между вектора ™ входого V4 и выходного Vs напряжений измеительной цепи, т.е. arg V4Vs. Вначале измерений К 1, поэтому на змерительную цепь 5 и на измерительный вход фазочувствительного вьцц)ямителя 7 поступает напряжение V4 - О А (фиг. 2). На вход амплитудного преобразователя 8 подается напряжение в общем случае равное V, .. rvxRoHi x- x -J yfio ., . 4Roirx)%y () на управляющий вход фазочувствительного выпрямителя 7 - напряжение Vs . Исходя из принципа действия фазочувствительного выпрямителя 7 и амплитудного преобразователя 8, на их выходах получены напряжения соответственно равчь (y« o a 9r 4Vfre %yRo (( Vg-K4/4r-l iV . ...avf v,,,a.ct j a cosat-g-4} s viargV4, npH4eMV, AC OK и Vg OB на Am.2. Сигнал V7(3) геэступает вместе с напряжением в компаратор 3 для сравнения. Согласно принципу действия компаратора на его выходе формируется сигнал, условно показанный отрезком АК на фиг. 2 и равный -(А 3-V,,-K4V,) Этот сигнал приводит в действие регулируемь1Й масштабный преобразователь 4 блока обратной связи 2, увеличивая коэффициент передачи К4. Тогда на измерительную цепь 5 и оставшуюся часть схемы поступает iienpeрывно возрастающее напряжение N/ K4V,. Это продолжается до тех пор, пока не произойдет компенсация разбаланса (4), т.е. пока не выполнится условие: УЗ 0. В этом случае на выходе преобразователя 4. - напряжение /4 ОА, причем А,Cj ОЛ ОЛ. В результате компенсации на выходе ам1титудиого преобразователя 8 получено напряжение Vs OBi, которое с уч том значения К4, получаемого из (4) при УЗ О и формул (1), оказывается равным M-JWv и не зависит от .сопротивления потерь KX емкостного первичного преобразователя. Таким образом, принцип действия предложенного измерителя обеспечивает вьодачу на измерительный прибор 9 активного скалярного сигнала, пропорционального измеряемой величине. Величина образцового элемента может изменяться в широких пределах и быть не только соизмеримым, но и го- раздо меньше величины информативного параметра, так как такое С9отношение между RX и Vx увеличивает сигнал (5). Формула изобретения Измеритель влaжнoctи сыпучих материалов содержащий генератор синусоидального напряжения, емкостный первичный преобразова тель, один из зажимов которого подключен к обшей шине, образцовый элемент, фазо-. чувствительньш выпрямитель, блок обратной связи и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с Целью повышения точности, в него введены, фазовращатель и амплитудный преобразователь, а блок обратной связи выполнен в виде компаратора и регулировочного масштабного преобразователя, причем выход компаратора соединен с управляющим входом регулируемого масщтабного преобразователя, энергетический вход которого соединен с выходом генератора, а выход подключен к измерительному входу фазочувствительного выпрямителя и к одному зажиму образцового элемента, ко второму зажиму образцового элемента подключены фазовращатель, соединенный с управляющим входом фазочувствительного выпрямителя, и амплитудный преобразователь, причем входы компаратора подключены к выходам фазочувствительного вьшрямителя и генератора, а вход измерительного прибора соединен с выходом амплитудного преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Берлинер-М.А. Измерение влажности. М., Энергия, 1973, с. 88-101. 2.Авторское свидетельство СССР № 734538, кл. G 01 N 27/22, 1980 (прототип).