Устройство для измерения влажности грунтов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ, содержащее два емкостных датчика, источник питания, измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, датчики выполнены в виде коаксиальных электродов с различной высотой и одинаковыми диаметрами, при этом внутренний электрод кёокдого датчика частично покрыт изоляцией таким образом, что высота непокрытой изоляцией части электродов одинакова для обоих датгчиков . (Л

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(Я) "0 01 Ю 27 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3368977/18-25 (22 ) 21. 22. 81 (46) 30.08.83. Вюл. 9 32 (72) В.Ф.Давыдов, В.Е.Сеськов

i и В.Е.Тяглик (71) Институт строительства и архитектуры Госстроя Велорусской CCP (53) 543.257(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 714260, кл. G 01 И 27/22.

2. Авторское свидетельство СССР

9 280931, кл. G 01M 27/04, 1973 (про тотки ) . (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ, содержащее два емкостных датЧика, источник питания, измерительный прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, датчики выполнены в виде коаксиальных электродов с различной высотой и одинаковыми диаметрами, при этом внутренний электрод каждого датчика частично покрыт изоляцией таким образом, что высота непокрытой изоляцией части электродов одинакова для обоих дат.чиков.

1038865;

Изобретение относится и физикохимическому. анализу и может быть .использовано при исследовании грунтов и других сыпучих материалов.

Известен измеритель влажности, основанный на.определении диэлектрической проницаемости материала, содержащий источник питания, емкост.ный коаксиальный датчик и измерительный прибор (1) .

Недостаток указанного устройства-- 10 снижение точности измерения за счет влияния проводимости материала. Одним из путей уменьшения влияния проводимости на тс чность измерения является нанесение диэлектрического )5 покрытия на один или оба электрода .емкостного датчика, однако это снижает чувствительность измерения.

- Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения влажности, содержащее два емкостных датчика, источник питания и измерительный прибор (2j.

Недостатком известного устройства является наличие поляризации электродов датчика, что снижает точность измерения.

Цель изобретения -. повышение. точности измерения влажности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем два ем- .ЗО костных датчика, источник, питания, измерительный прибор, датчики выполнены в.виде-коаксиальных электродов .с различной высотой и одинаковыии диаметрами, Gpa STGM saóòðåííéé элект35 род каждого датчика частично покрыт, изоляцией таким образом, что .высота непокрытой изоляцией части элект" . родов одинакова для обоих датчиков.

Такое выполнение датчика позволя- 40 ет измерять величину полного тока высокой частоты, йротекающего через исследуемый материал в обоих датчиках, и по геометрической разности токов определять влажность. I

На фиг.1 представлена блок-схема 45 предлагаемого устройства, на фиг.2 — . вид датчика большей емкости, на фиг.3 — - вид датчика меньшей емкости, на фиг.4 - токовая диаграмма работы датчика. 56

Устройство содержит высокочастот-. ный источник 1 питания, который соединен с емкостным датчиком 2 большей емкости и емкостным датчиком 3 меньшей емкости. датчики соединены с из- 55 мерительным прибором 4.

Датчик состоит из корпуса 5,центрального стержня б, покрытого частично слоем изоляции 7 H установленного в корпусе-через изолирующую втул- М ку 8 °

Датчик 2 имеет большую высоту (hq h>) . В соответствии с формулой

Са = 1,114(1.8и ВИ емкость датчика 2 больше емкости датчика 3. Посколь-, у5 ку в датчиках длины участков h стержней 6, не покрытым изоляцией, раины, их электрическая проводимость для одного и того же исследуемого материала одинакова.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотный сигнал от источника 1 питания поступает на заполнен» ные исследуемым материалом емкостные датчики 2 и 3. Величина тока 3 протекающего через исследуемый мате- риал обоих датчиков; фиксируется измерительным прибором 4. По геометрической разности величин токов 3з и

J определяют влажность грунта, а * р. и -Т, где 8 - коэф@йциент пропорциональности, у -. ток, протекающий через мате- ° риал, помещенный в датчик 2, 3 - ток, протекающий через материал, помещенный в .датчик 3.

Положительный результат обусловлен следующим: полный ток,.протекающий через материал, которым заполнен датчик, имеет как активную 3, так и реактивнуй составлящ 9 Зр 9 причем кадая из них в свою очередь является суммой токов а скв aSñ,а р* см . абс.р где 3с„ «сквозной ток, обусловленный переносом под действием градиента поля свободных ионов через породу, .который характеризуется удельной проводимостью материала, 4a9e - абсорбционный ток характеризующийся фактором потерь;

Зс„ — ток смещения, который характе« ризуется диэлектрической проницаемостью материала (количеством содержащейся влаги).

При измерении влажности материалов на высоких частотах абсорбционным то ком можно пренебречь. B этом случае п = cue " р см

На диаграмме (фиг.4)3Ä вЂ” пОлный ток, протекающий через материал в датчике меньшей емкости, 3 и Зр„ .— активная и реактивная соответственно составляющие полного тока датчика меньшей емкостиД8 - полный ток, протекающий через материал в датчике большей емкости, 36 иЭ - активная и реактивная составляющие пол-. ного тока датчика большей емкости.

Так как датчики, заполненные исследуемым материалом, имеют рав1038865 йую проводимость, то активные составляющие полных токов обоих датчиков равны

j5 И

Реактивные составляющие зависят от количества влаги, содержащейся в исследуемом материале, и характеризуются диэлектрической проницае мостью, которая зависит оТ величины электрической емкости датчикаконденсатора, т.е. справедливо следующее:

38 юК М (2) 15 где K - величина постоянная, зависящая от конструктивных соотношений обоих датчиков. g0

Исходя из векторной диаграммы трков (фиг.4) Опуская преобразования и учиты. вая (1) и (2), получаем формулы для определения реактивных составляющих полных токов, протекающих че;рез материал, помещенный в датчики

B эти формулы не вошли активные сос» тавляющне полных токов и,следовательно, результаты измерений не зависят от величины сквозного, тока (проводимости материала)..

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность определения влажности грунта.

1038865.

Р

1у

4Ы4

Составитель A. Синицын

Редактор С.Квятковская Техред А.Вабинец Корректор А.Ильин

Заказ 8992

Тираа 873 Подннсное

BHHHlIH Ãîñóäàðñòâåííîãî комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Умгород, ул. Проектная, 4