Диэлькометр Советский патент 1983 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испюпьзовано в различных отраслях народного хозяйства-для контроля состава материалов, в KOTOIHIX изменяется, например, влажность или процентное содержание какой-либо компоненты, вызывающих изменение диэлектрической проницаемости...

Известен диалькометр,содержащий емкостный первичный преобразователь,включенный в контур измерительного генера-: тора, опорный генератор, смеситель частот обоих генераторов и регистрирующий прибор. Наличие второго канала позволяет компенсировать отчасти помеху в первичном преобразователе и помеху, связанную с нестабильностью генераторов. Для этого необходимб оба генератора делать строго идентичными 1 .

Однако эти устройства обладают высокой погрешностью ,измерения, которая связана с зоной нечувствительности смесителей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является диэлькометр, состоящий из резистивного первичного преобразователя, включ&нкото через управляемый преобразоДИЭЛЬКОМЕТР

ватель нагрузки в контур высокочастотного опорного генератора/емкост ного первичного преобразователя, включенного в контур шлсокочастотного измерительного генератсн а. Выходы обоих генераторов заведены на разные входы смесителя, выход которого подключен к блоку усиления, фильтрации и преобразования в постоянное напря10жение, а тот в свою очередь соединен с входом блока регистрации. При изменении влёокности среды изменяется ее диэлектрическая проницаемость и активное сопротивление. Частота из-,

15 мерительного генератора является функцией от этих двух параметров среды. Частота опорного генератора является функцией только активного сопротивления среды, так как резис20тивный первичный преобразователь, включенный через преобразователь в контур этого генератора, находится в постоянном электромагнитном поле. Поэтому разностная частота, снимае25мая с выхода смесителя, который производит о.перацию вычитания частот опорного и измерительного генераторов, зависит только от диэлектрической проницаемости среды, помещенной

30 в емкостный первичный преобразователь. Затем разностная частота усиливается отфильтровывается от высших гармоник и преобразуется в сигнал постоянного напряжения, который фиксируется в блоке регистрации С23. Однако при малом приращении емкое ти, что бывает при технологическом контроле, например, чистых диэлектри ков, частоты обоих генераторов близки друг к другу.в этом случае происходит, как принято называть в радио технике, захват частот, т.е. оба генератора ,начинают работать на одной частоте. При этом на смесителе выделяются нулевые биения, а на выходе устройства получается псевдонулевой отсчет. Кроме того, у всех известных смесителей наблюдается зона нечувствительности, которая составляет . 50-100 Гц. Это, как правило, в извес ных устройствах выливается в виде погрешности измерительного тракта, равной 1-2%. Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем что в диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, блока регистрации, дополнительно введены первый и второй блоки формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель частоты и тактовый генератор, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам соответственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к пер вому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока распределения сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразователя заведен на вход блока регистрации При этом блок арифметического пре образователя содержит четыре управля ющих ключа и реверсивный счетчик, управляющие входы управляющих ключей являются управлякадими входами .блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управляющего ключа подсоединен к шине Земпя, измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифметического преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго третьего управляющих ключей соединеы соответственно с нулевым входом, ходом прямого и входом обратного чета реверсивного счетчика, а выход етвертого управляющего ключа являтся выходом блока арифметического реобразования. Причем блоки формирования сигнаов состоят из последовательно содиненных усилителя, оптронной разг язки и ограничителя. Такой диэлькометр позволяет прозводить контроль состава материалов высокой точностью за счет введения лока арифметического преобразования двух блоков формирования сигнала, оторые позволяют полностью освобоиться от гальванической связи между змерительным и опорньлм высокочастотны1«П1 генераторами. На чертеже представлена блок-схема иэлькометра. Емкостный первичный преобразователь 1 подключен в контур измерительного высокочастотного генератора 2, выход которого соединен с входом первого блока формирования сигнала 3, сост оящего из последовательно включенных усилителя 4, оптронной развязки 5 и ограничителя б. Выход первого блока формирования сигнала соединен со вторым:измерительным входом блока арифметического преобразователя 7, первый измерительный вход которого подключен к выходу опорного генератора 8 через второй блок формирования сигнала 9. Последний включает в себя, как и первый блок формирования сигнала 3, последовательно соединенные усилитель 10, оптронную развязку 11 и ограничитель 12. Тактовый генератор 13 через делитель 14 подключен ко входу блока распределения сигналов 15, первый, второй, третий и четвертый выход которого подсоединены к соответствующим управляющим входам блока арифметического преобразования 7. Блок арифметического преобразования включает в себя первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 управляющие ключи и реверсивный счетчик 20. Управляющие входы управляющих ключей 16-19 выведены на первый - четвертый управляющие входы блока арифметического преобразования- 7, а измерительные входы соответственно подключены к шине Земля, к выходам второго блока формирования сигналов 9, первого блока формирования сигналов 3 и квыходу реверсивного счетчика 20. Выходы управляющих ключей 16 - 19 соединены соответственно со входамисчетчика 20 (нулевым входом, входом прямого счета, входом обратного счета и с выходом блока арифметического преобразования 7. Диэлькометр работает следующим образом.

Через емкостный первичный преобразователь 1 пропускается материал, в котором меняется состав (влажность или процентное содержание какой-либо компоненты). При этом изменяется

(Диэлектрическая проницаемость мате риала в целом, а, следовательно; электрическая емкость первичного преобразователя 1. В соответствии с этим изменяется частота иэмерительного высокочастотного генератора 2, так как первичный преобразователь 1 включен в его колебательный контур. С выхода измерительного высокочастотного генератора 2. высокочастотный сигнал поступает на вход блока формирования сигнсша 3, где усиливается по амплитуде усилителем 4, проходит оптронную развязку 5 и ограничивается по амплитуде ограничителем б.

Таким образом, на выходе первого блока формирования сигналов 3 сигнал имеет прямоугольную форму с частотой следования импульсов, равной частоте измерительного эысокочастотного генератора 2. При этом оптронная развязка 5 позволяет осуществить развязку выхода первого блока формирования сигналов 3 с его входом близкой к идеальной. Этот сигнал поступает на второй измерительный вход блока арифметического преобразования 7. Опорный высокочастотный генератор 8, собранный на идентичных элементах, как и измерительный высокочастотный генератор 2, поснлает на вход второго блока формирования сигнала 9 сигнал постоянной (опорной) частоты, равный частоте измерительного высокочастотного генератора 2 в случае нулевого значения контролируемой компоненты. Сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 во втором блоке формирования сигналов 9 подвергается такой же обработке, как и сигнал с измерительного высокочастотного генератора 2 в первом блоке формирования сигналов 3, для чего используется усилитель 10, оптронная развязка 11 и ограничитель 12. Таким образом, на первый измерительный вход блока арифметического преобразования 7 поступает сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 .в виде прямоугольных импульсов.

На первый, второй, третий и четвертый управлякицие входы блока арифметического преобразования 7 поочередно с интервалом в одну и более секунду поступают прямоугольные импульсы инфранизкой частоты(f 4 1 Гц) с первого, второго, третьего и четвертого выходов блока распределения сигналов 15. Блок распределения сигналов 15 запитан через делитель частоты 14 от тактового генератора 13. Тактовый генератор 13 посылает высокочастотный сигнал строго стабильной частоты в делитель частота 14, где происходит деление на такое псстоянлое число, что«йл с выхода его поступал на вход блока распределения сиг налов 15 сигнал частотой f 1 Гц. В Опоке распределения сигналов 15 вырабатываются прямоугольные импульсы управления с крутыми передними и заднимифронтами постоянной длитель0 ности с. При этом управляйвдие импульсы поочередно проходят на первый , второй, третий и четвертый клходал. По приходу управляющего импульса на первый управляющий вход блока

5 арифметического преобр 13О8ания 7 первый упраалякшшй ключ 16 открывается и пропускает потенциал, равный О (от шины Земля)« На нулевой вход счетчика 20, в зультате чего устQ ройство приводится в исходное состояние, т.е. во всех разрядах счетчика 20 записываются нули. После этого следует пауза, а затем поступает второй импульс на второй управляющий

5 вхоЗч блока арифметического преобразования 7. Открывается второй управляняций кшоч 17 и закрывается первый управляюф й ключ 16,а сигнал с выхода опорного высокочастотного гене0 ратора 8 через второй блок формирования 9 и второй управляющий ключ 17 поступает на вход прямого счета счетчика 20. В разрядах счетчика 20 з.апист вается число, равное

частоте опорного высокочастотного генератора 8.По истечении очередной паузы с блока распределения сигналов 15 поступает управлякндий импульс на ТЕЮТИЙ управляющий вход блока ариф0 метического преобразования 7. При этом третий управляюсций ключ 18 откривается, а второй управляющий ключ .

17закрывается и сигнал от измерительного высокочастотного генератора

е 2 через первый блок формирования

сигналов 3 и третий управляриций ключ

18поступает на вход обратного счета счетчика 20. Таким образом, в разрядах счетчика 20 записывается число, равное разности частот высоко частотного опорного генератора и высокочастотного измерительного генератора. Это число пропорционально величине контролируемого-параметра и оно остается запомненным до прихода оче5

редного икшульса на нулевой вход счетчика 20. После паузы с блока распределения сигналов 15 на четвертый управляющий вход блока арифметического преобразования 7 постз пает

0 импульс, управлякяций ключ 19 открывается, а управляющий ключ 18 закрывается. С выхода счетчика 20 сигнал через Управляющий ключ 19 поступает на вход блока регистрации 21,

5 где фиксируется и запоминается до следующего отсчета. Выходная информация пропорциональна вносимой в контур высокочастотного измерительного генератора 2 электрической емкости .анализируемого материала, а следовательно, является количественной мерой контролируемой компоненты материала. После этого цикл работы устройства повторяется. Таким образом, погрешность в бло ке арифметического преобразования при вычитании частот сводится к мини мальной, так как число разрядов счет чика можно увеличивать до необходимой величины. Использование предлагаемого диэлькометра позволяет значительно сни зить погрешность измерительных блоков диэлькометрическихвлагомеров и концентратомеров.., Формула изобретения 1, Диэлькометр, состоящий иземкостного первичного преобразJвaтeля подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, блока регистрации, отличающий с я Тем, что, с целью повышения точ ности измерений, в него введены два блока формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель частоты и тактовый генератор, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам соответственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к первому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока распределения сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразования подключен к входу блока регистрации. 2.Диэлькометр по п. 1, о т л ичающийся тем, что блок арифметического преобразования включает в себя четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, при этом управляющие входы управляющих ключей являются управляющими входами блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управлянощего ключа подсоединен к шине Земля, измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифметического преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго, третьего управляющих ключей соединены соответственно с нулевым входом,. входом прямого и входом обратного счета реверсивного счетчика, а выход четвертого управляннцего ключа является выходом блока арифметического преобразования. 3.Диэлькометр по п. 1, отличающийся тем, что блоки формирования сигналов состоят из последовательно соединенных усилителя, оптронной развязки и ограничителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3046479, кл. G 01 N 27/02, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР I 370512, кл. G 01 N 27/02,15.07.71 (прототип).