Способ определения влажности материала Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение во влагометрии материалов с большими диэлектрическими потерями, например почвы, зерна.

Известны способы измерения влажности вещества путем определения двух его электрических характеристик, одна из которых принимается за основной параметр, а другая - за дополнительный, компенсирующий влияние на основной параметр, например путем определения емкости датчика с материалом и тангенса угла диэлектрических потерь 1.

Недостатком способа является не-, высокая точность измерения.

Наиболее близким техническим решением является способ определения влажности пищевого продукта, заключающийся в измерении электрического параметра продукта, находящегося в датчике, на нескольких частотах.

Однако измерение этим способом не .позволяет устранить влияние плот-, ности различных веществ в широком диапазоне влажностей на результаты, измерений, что снижает точность измерений . МАТЕРИЛЛЛ

Целью измерения является повышение точности измерения влажности. Поставленная цель достигается с тем, что согласно способу, Эс1ключающемуся в измерении электрических параметров материала, находящегосд в датчике, на нескольких частотах, предварительно измеряют электрическое сопротивление датчика без иссле10

дуемого материала на низкой частоте, а затем сопротивление датчика с материалом на высокой и низкой частотах, а влажность определяют из Твыражения

ZHU ZHW 2вч

W

j- - --j т; ZBM вч

комплексное сопротивление

где Z

нч датчика с веществом на

20 ни 3 кой ч астоте; комплексное сопротивление

вч датчика с воцеством на высокой частоте; комплексное сопротивление

нчо

25 пустого датчика на низкой частотеJ

постоянный коэффициент, зависящий от конструкции датчика и свойств измеря30емого материала.

Выражение, отражающее взаимосвязь между влажностью материала и измеряемыми параметрами, получено экспериментально.

На фиг, 1 изображено устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - схема решающего блока.

Устройство содержит датчик 1, выход которого подключен к входу ключа 2; выходы ключа 2 соединены с соответствующими входами высокочастотного и низкочастотного преобразователей 3 и 4, к другим входам преобразователей 3 и 4 подсоединены выходы высокочастотного и низкочастотного генератора 5 и 6. Выходы преобразователей 3 и 4 соединены с соответствующими входами коммутатора 7, выход которого соединен с входом решающего блока 8, один из выходов которого подключен к входу блока Циф ровой индикации 9, другой - к управляющему входу коммутатора 7. Решающий блок 8 (фиг. 2) содержит прецизионный выпрямитель 10, выход которого подключен к одному из входов коммутатора 11, источник эталонных напряжений 12, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора 11, интегратор 13, вход которого соединен с выходом коммутатора 11, а выход - с входом ноль-органа 14.

Выход ноль-органа 14 соединен с входом схемы управления 15 и с одним из входов схемы вычитания и нормирог вания 16, выход которой соединен с входом блока цифровой индикации 9. Управляющий вход коммутатора 11 соединен с одним из выходов схемы управления 15,ДРУГой выход соединен управляющим входом коммутатора 7.

Третий выход схемы управления 15 соединен с вторым входом схемы вы- читания и нормирования 16. Датчик 1 выполнен в виде шнековых пластин, закрепленных на штанге и выполняющих роль обкладок конденсатора, заполненного исследуемым веществом.

Высокочастотный и низкочастотный генераторы 5 и 6 вырабатывают пере- . менное напряжение, стабилизированное по амплитуде; Ключ 2 подключает к входу высокочастотного или низкочастотного преобразователя датчик 1 с исследуемым веществом.

Высокочастотный и низкочастотный преобразователи 3 и 4 преобразуют величину комплексного сопротивления датчика с веществом в напряжение. Коммутатор 7 подключает поочередно выходы высокочастотного и низкочастотного преобразователя 3 и 4 к входу решающего блока 8. Решающий блок 8 управляет работой коммутатора 7, в соответствии с вышеописанным способом обрабатывает информацию, поступающую с выхода коммутатора 7,

и выдает результат на блок цифровой обработки 9.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 заполняется исследуемым веществом. После нажатия кнопки Пуск в системе управления 15 Лфиг. вырабатываются импульсы, управляющие работой коммутатора 7 и ключа 2 (фиг. 1), и коммутатора 11 (фиг. 2} После окончания импульса Пуск ключ 2 подключает датчик 1 к входу высокочастотного преобразователя 3, коммутатор 7 подключает на вход преци зионного выпрямителя 10 (фиг. 2 выход низкочастотного преобразователя 4, коммутатор 11 подключает положительный выход прецизионного выпрямителя к входу интегратора 13. Интегратор интегрирует напряжение, величина которого определяется конструкцией датчика и свойствами низкочастотного преобразователя. Длительность интегрирования строго постоянная, заданная системой управления. После чего коммутатор 7 подключает выход высокочастотного преобразователя к входу прецизионного выпрямителя, коммутатор 11 (фиг. 2) подключает вход интегратора к отрицательному выходу прецизионного выпрямителя. На вход интегратора 13 поступает напряжение, пропорциональное комплексному сопротивлению датчика на высокой частоте. Напряжение на выходе интегратора линейно возрастает до нуля. При выходном напряжении интегратора 13, равном нулю срабатывает нуль-орган 14 и посредством -системы управления переключает коммутатор 7, который подключает на вход интегратора 13 положительное напряжение, пропорциональное комплексному сопротивлению датчика на высокой частоте. Выходное сопротивление интегратора линейно уменьшается. Длительность интегрирования постоянна и равна такту интегрирования. После окончания интегрирования коммутатор подключает на вход интегратора постоянное стабилизированное напряжение с выхода источника эталонных напряжений. Выходное напряжение интегратора 13 увеличивается. При равенстве нуля нуль-орган 14 вырабатыBiaeT импульс, который посредством систе управления переключает коммутаторы и ключ следующим образом: ключ 2 подключает выход датчика к низкочастотному преобразователю 4, коммутатор 7 подключает выход низкочастотного преобразователя 4 к входу прецизионного выпрямитЕШя 10, коммутатор 11 подключает положительный выход прецизионнтэго выпрямителя 10 к входу интегратора. Выходное напряжение уменьшается со скоростью, пропорциональной комплексному сопротивлению датчика с веществом, измеренном на низкой частоте. Длительность интегрирования постоянна. После окончания интегрирования коммутатор 7 подключает выход датчика к входу высокочастотного преобразователя 3, коммутатор 11 подключает отрицательный выход прецизионного выпрямителя 10 к входу интегратора. На вход интегратора поступает напряжение, пропорциональное комплексному сопротивлению датчика на высокой частоте. Выходное напряжение интегратора возрастает и при Uftbix 0 ноль-орган 14 вырабатывает импульс, несущий информацию об окончании измерения. Далее в системе управления временные интервалы преобразуются в .число импульсов 1 - 3 в соответствии с тактами интегрирования и поступают на вход схемы вычитания и нормирования. Схема нормирования суммирует две последовательности импульсов N + Nj и вычитает результат этой суммы из Nj:Np N3- (). Полученный после вычитания результат нормируется по крутизне преобразования и выдается на блокцифровой индикации. Преимущества изобретения - повышение точности за счет устранения влияния плотности, температуры, химического состава материала.

Формула изобретения Способ определения влажности материала, заключающийся в измерении электрического параметра материала спомощью датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, предварительно измеряют электрическое сопротивление датчика без исследуемого материала на низкой частоте, а за0тем сопротивление датчика, заполненного материалом, на высокой и низкой частотах, а влажность определяют из выражения

Днч

Анмо ZBM

W

5

к

-вч

вч где Z

ич - сопротивление датчика с

материалом на низкой ча- стоте;

1вч - сопротивление датчика с

0

материалом на высокой частоте;

нчо сопротивление датчика без исследуемого материала на низкой частоте; К - постоянный коэффициент.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 249749, кл. G 01 N 27/22, 1965.

2.Авторское свидетельство СССР

0 507817, кл. G 01 N 33/03, 1974.

/

.i.i