Устройство для контроля структурообразования сложных смесей Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

емкостный первичный преобразователь включенный в качестве элемента параллельного резонансного контура ав тогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подк7р}ченные к выходу автогенератора, блок умножения, вход которого подключены к выходам Амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки врем ни, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума в реле. Измерительный автогенератор собран по схеме с общей базой с емкост ной обратной связью. Его колебатель ный контур состоит из индуктивности и емкостного датчика, между пластин ми которого и контролируемой средой имеется зазор. В процессе твердения свойства бетона изменяются от проводниковых до диэлектрических. При этом эквивалентный тангенс угла потерь системы датчик - зазор - бетон изменяется во времени Г2 . Несмотря на повышение точности определения момента окончания основных процессов структурообразования бетона, устройство имеет следую щие недостатки. Положение экстремума в характери тике (t) зависит от электромагнитных свойств компонентов бетонной смеси (наполнителя, водоцементного отношения, марки цемента и т.п.-). Если при рабочей частоте устройства положение кстремума ) приурочено к окончанию основных про цессов структурообразования для кон кретной бетонной смеси, то при неко тором изменении состава смеси из-за изменения ее электромагнитных свойс окончание основных процессов структурообразования может произойти ранее, чем в момента появления экстремума в характерис-пйсе ) , Но так как устройство отключает нагрев в момент достижения максимума, то будет иметь место перегрев смеси, а также снижение качества продукции. Поэтому для эффективной работы устройства необходимо строго поддержание постоянства системы ком понентов, что снижает ассортимент контролируемых в процессе нагрева бетонных смесей. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее автогенератор по схеме с общей базой и емкостной связью, емкостный первичный преооразователь, включенный в качестве элемента параллельного резонансного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки времени, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума и реле, введены два варикапа, полевой транзистор, два конденсатора и три резистора, причем первый варикап и конденсатор соединены последовательно и подключены к выводам электроемкостного первичного преобразователя, полевой транзистор выводами истоксток подключен к зажимам катушки индуктивности контура автогенератора, точка соединения первого варикапа и конденсатора и затвор полевого транзистора через резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, второй варика;п и конденсатор, соединенные последовательно и включены между эмиттером и коллектором транзистор.а автогенератора, а средняя точка цепочки второй варикап - конденсатор через резистор подключена к выходу блока умножения. На чертеже представлена принципиальная схема устройства для контроля структурообразевания сложных смесей. Устройство содержит измерительный автогенератор 1, амплитудный детектор 2, частотный детектор 3, блок 4 умножения, элементы 5-6 задержки времени, указатель 7 момента появления экстремума, реле 8. К выходу измерительного автогенератора 1 подключены входы амплитудного 2 и частотного 3 детекторов, к выходам которых подключены входы блока 4 умножения. Выход частотного детектора через элемент 5 задержки времени подключен к базе транзистора автогенератора, к выходу блока умножения подключены последовательно соединенные элемент б задержки, указатель 7 момента появления экстремума и реле 8. Измерительный автогенератор построен по схеме с общей базой на транзисторе 9с резисторами 10-12, регулирующими режим автогенератора по постоянному току, и конденсаторами 13-15, устанавливающими режим автогенератора по переменному току. Резонансный контур автогенератора образован электроемкостным преобразователем 16 и катушкой 17 индуктивности. К выводам электроемкостного преобразователя подключены цепочка из последивательно соединенных варикапа 18 и конденсатора 19 и вывода исток-сток полевого транзистора 20. Средняя точка цепочки через резнетор 21, а затвор пблевого транзистора через резистор 22 подключены к выходу амплитудного детектора. Амплитудный и частотный-детекторы чере конденсатор 23 подключены к коллекто ру транзистора автогенератора, при- чем между коллектором и эмиттером этого транзистора подключена цепочка из последовательно соединенных варикапа 24 и конденсатора 25. Средняя точка этой цепочки через резистор ,26 подключена к выходу блока умножения Электроемкостной первичный преобразователь, .содержащий диэлектрическую проклсщку-зазор 27, прикладалвается к контролируемой среде 28. Устройство работает- следующим образом. В процессе структурообразования сложных смесей, например бетона-, в процессе нагревания свойства среды монотонно изменяются от проводниковых к диэлектрическим. При этом экви валентный тангенс угла потерь tg «Aj систЪмы электроемкостный первичный преобразователь - зазор - среда 16, 27, 28 изменяются во времени так, что при уменьшении тангенса угла потерь среды до величины tgi#x lTl,42 в характеристике (t) имеет, место экстремум. Подбирая рабочую частоту до конкретной твердеющей смеси, пере ход через максимум можно приурочить к окончанию основных процессов струк турообразования.Величина tgcAj определяется формулойt ):д1« уЧ) )с(чЧ)

где Сх tg - емкость и тангенс уг-л-а потерь контролируемой среды;

С.,, tg(f- - емкость и тангенс угла потерь диэлектрической прокладки. Если принять, что , что .справедливо для прокладок из хороших диэлектриков, например фторопласта, стеклотекстолита и т.п., то из (1) получим . .

t

(2)

Таким образом, величина tgefj зависит от емкости образца или.

Для того, чтобы добротность контура автогенератора из элементов 1650 20 при изменении емкости варикапа 18 не менялась, к эгикимам катушки ян;дуктивности. подключен шунтирующий yпpaвляe мй резистор, в качестве которого использован полевой тран55 зистор 20. При уменьшении по модулю. выходного напряжения амплитудного детектора 2 емкость варикапа 18 уменьшается, увеличивая добротность контура. Но так как при этом умень60 шается и отрицательное напряжение на затворе полевого транзистора 20 (КПЗОЭ), то сопротивление исток-сток 1га еньшается, приводя тем самым добротность контура к исходно С чению. что то же самое, от диэлектрической проницаемости образца е . А так как величина g в определенном диапазоне возрастает с увеличением электропроводности образца, то величина tg оэ для более проводящих смесей меньше, чем для менее проводящих. Иначе, чем меньше проводимость смеси, тем больше tg ef. С другой стороны, с увеличением начальной проводимости твердеющей смеси, например бетона, основные процессы структурообразования в процессе нагревания заканчиваются раньше, т.е. при значениях, tgoV, превышающих 1-г 1,42, соответствующих экстремальному значению tgcTg. Но так как устройств о отклю- . чает нагрев в момент достижения экстремума tgc, то в данном случае будет иметь перегрев смеси, что п4 иводит к дополнительному расходу электроэнергии и ухудшению качества материала. Учитывая, что величина tg обратно пропорциональна частоте со, можно, увеличивая ш, искусственно уменьшить tgc/V смеси до значений tgdV ,42, соответствующих , v экстремальному . Для этого использована .цепочка из варикапа 18, разделительного конденсатора 19 и резистора 21. Выходное напряжение амплитудного детектора 2 пропорционально величине электроемкостного преобразователя 16 и отрицательно, причем мюдуль максимальной величины этого напряжения меньше EI-. При контроле смесей, проводимость которой выше , образцовой, величина выходного напряжения детектора 2 меньше по модулю и, соответственно, больше разность потенциалов, приложенная к варикапу 18. Это означает, что емкость варикапа 18 уменьшается, увеличивая частоту и контура и йриближая тем сакезм, величину tgcAx к значениям tgcf-x 1-г1,42, характеризующим область экстремума. Напряжение на выходе частотного детектора 3 зависит от эквивалентной емкости Сд системы электроемкостный первичный преобразователь эаэор 27 - твердеющая смесь 28.Емкость Сд начинает уменьшаться, гла ным образом, в окрестности экстремума в зависимости (t) , Напряжение с выхода частотного детектора 3 подается на второй вход блока ум ножения 4, а также в цепи обратной связи по постоянному току на базу транзистора 9. Влияние этой обратной связи, а также переумножение выходных сигналов детекторов 2-3 приводит к более резкому изменению величины tgc/g при переходе через экстремум. Выходное напряжение блока 4 умножения через согласующий резистор 26 подается на варикап 24, При контроле сред со сравнительно ольшой электропроводностью величина tg мала, Соответственно этому мало вы ходное напрялгение амплитудного 2 и частотногЦ 3 детекторов, а также п ложительное выходное напряжение бло ка 4 умножения. Вследствие этого емкость варикапа 24 имеет значитель ную величину, и соответственно увел чивается коэффициент положительной обратной связи транзисторного автогенератора. Это приводит к увеличению амплитуды напряжения автогене ратора, работающего в недонапряженн режиме, противодействуя тем самым уменьшению амплитуды за счет влияния . Величина результирующего изменения амплитуды лО и в этом случае мала, В случае контроля -сред со сравнительно малой электропровод ностью, когда tg сравнительно велик, выходное напряжение блока 4 умножения велико, соответственно этому уменьшается емкость варикапа 24 и коэффициент положительной обратной связи. Это вызывает уменьшен амплитуды гармонического напряжения и, следовательно, увеличение результирующего напряжения uU, Преимущества устройства: высокая чувствительность контроля и более простая схема, характеризующаяся меньшими порциальными погрешностями. Устройство не предполагает -также погружения зондов в контролируемую смесь, что упрощает его эксплуатацию. Формула изобретения Устройство для контроля структурообразования сложных смесей, содержащее автогенератор по схеме с базой и емкостной связью, электроемкостный первичный преобразователь, включенный в качестве мента параллельного резонансного контура, амплитудный и частотный детекторы, под15люченные к выходу автогенератора, блок умножения, входы л отЬрого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки времени, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума и реле, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в устройство введены два варикапа, полевой транзистор, два конденсатора и три резистора, причем первый варикап и конденсатор соединены последовательно и подключены к выводам электроемкостного первичного преобразователя, полевой транзистор выводами исток-сток подключен к зажимам катушки индуктивности контура автогенератора, точка соединения первого варикапа и конденсатора и затвор полевого транзистора через резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, второй варикап и конденсатор соединены последовательно и включены между эмиттером и коллектором транзистора автогенератора, а средняя точка цепочки второй варикап - конденсатор через резистор подключена к выходу блока умножения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 362242, кл, G 01 N 27/22, 2.Авторское свидетельство СССР № 742784, кл. G 01 N 27/22 (прототип) ,