Устройство для измерения влажности
Изобретение относится к области радиотехники и м.б. использовано для определения влажности сыпучих материалов. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Колебания от генератора СВЧ 1 подводятся к излучающей антенне 2, закрепленной на стенке камеры 3 с исследуемым iматериалом. Пройдя через камеру 3, электромагнитная волна, ослабленная по мощности, попадает в приемную антенну 4, а затем в детектор 5 и логарифмический усилитель 6. Прологарифмированный сигнал поступает на 1-й вход аналогового перемножителя 7 . К выходу детектора 5 подключен также 1-й вход компаратора 8, 2-й вход которого подключен к источнику опорного напряжения 22, обеспечивающему переключение компаратора 8 в единичное состояние. Выход компаратора 8 через элемент задержки 10 соединен с входом блока управления (ВУ) II. БУ 11 вырабатывает импульс, обнуляющий счетчики 14,15, а по сигналу I с компаратора 8 открывает 1-и ключ 12, через который на вход счетчика 15 поступают импульсы с дополнительного генератора (ДГ) 16. Частота импульсов соответствует емкости i (Л to о ел о о 4ib
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ÄÄSUÄÄ 1205004 g g G 01 и 22/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ а .
Ъ описания изоьгят ния /-
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3755556/24-09 (22) 14.06.84 (46) 15.01.86. Бюл. ¹ 2 (71) Белорусский институт механизации сельского хозяйства (72) Б.Л.Ценципер, .В.А.Дайнеко, И.И.Ренгарт и В.В.Лисовский (53) 621.317.738(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 306410, кл. G 01 и 27/12, 1971. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ (57) Изобретение относится к области радиотехники и м.б. использовано для определения влажности сыпучих материалов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Колебания от генератора СВЧ 1 подводятся к излучающей антенне 2, закрепленной на стенке камеры 3 с исследуемым
;материалом. Пройдя через камеру 3, электромагнитная волна, ослабленная по мощности, попадает в приемную антенну 4, а затем в детектор 5 и логарифмический усилитель 6. Прологарифмированный сигнал поступает на
1-й вход аналогового перемножителя ?. К выходу детектора 5 подключен также 1-й вход компаратора
8, 2-й вход которого подключен к источнику опорного напряжения 22, обеспечивающему переключение компаратора 8 в единичное состояние.
Выход компаратора 8 через элемент задержки 10 соединен с входом блока управления (БУ) 11. БУ 11 вырабатывает импульс, обнуляющий счетчики 14,15, а по сигналу "1" с компаратора 8 открывает 1-й ключ
12, через который на вход счетчика
15 поступают импульсы с дополнительного генератора (ДГ 16. Частота импульсов соответствует емкости
1 конденсатора, образованного стенками камеры 3, когда она не заполне. на исследуемым материалом. По истечению этого временного интервала
l-й,ключ 12 закрывается, при этом в счетчике 15 хранится информация, соответствующая частоте ДГ 16, при которой камера 3 не заполнена исследуемым материалом. После засыпки исследуемого материала с ДГ 16 через 2-й ключ 13 на вход счетчика 15 (вычитающий вх.) поступают импульсы с частотой, соответствующей случаю засыпанной камеры. Ког205004 да ключ 13 закрывается, в счетчике
l5 оказывается информация, равная разности частот ДГ 16. При этом на выходе ЦАП 20, включенного на выходе счетчика 15, появляется сигнал в виде напряжения, пропорционального разности частот f< - f> . Частота fy преобразуется в аналоговый, сигнал 1-м ЦАП 19 и поступает в аналоговый перемножитель 7, где перемно жается с сигналом, пропорциональным ослаблению во влажном исследуемом материале, а следовательно, влажности. 2 ил.
Изобретение относится к технике измерения. влажности методом поглощения СВЧ-энергии во влажном материале и может быть использовано для определения влажности сыпучих материалов.
Цель изобретения — повышение точности измерения влажности за счет уменьшения влияния плотности исследуемого материала. 1I0
На фиг,l приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства для измерения влажности; на фиг.2 — структурная электрическая схема блока управления. 15
Устройство для измерения влажности содержит генератор 1 СВЧ, к которому последовательно подсоединена из.лучающая антенна 2, камера 3, приемная антенна 4, детектор 5 и лога- 2О рифмический усилитель 6, выход которого соединен с первым входом аналогового перемножителя 7, компаратор
8, индикатор 9, элемент задержки 10„ блок управления 11, первый ключ 12, 2 второй ключ 13, десятичный и реверсивный счетчики 1ч и 15, дополнительный генератор 16, в колебательный контур которого включен конденсатор, обкладки 17 и 18 которого являются двумя противоположными стенками камеры 3, первый и второй цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 19 и 20,аналоговый делитель 21, источник 22 опорного напряжения. 35
Устройство для измерения влажности работает по следующему алгоритму.
Измерения ослабления в исследуемом материале зависят от весовой влажности И и от насыпной плотности исследуемого материала так, что выполняется соотношение где К вЂ” коэффициент пропорциональности, характерный для каждого конкретного материала;
Cl- толщина слоя материала.
Предлагаемое устройство свободно от указанного недостатка вследствие того, что две противоположные боковые стенки камеры являются обкладками 17 и 18 конденсатора, включенного в колебательный контур дополнительного генератора 16, частота которого зависит от емкости конденсатора, образованного этими обкладками 17 и 18 и заполненного исследуемым материалом.
Eсли частота f работы емкостного датчика, включенного в цепь колебательного контура дополнительного генератора 16, выбрана таким образом, что потери, связанные с проводимостью и релаксацией диполей воды пренебрежимо малы, что выполня-. ется на частоте порядка 10 ИГц, то с высокой степенью точности выполняется соотношение
Л = + Я вЂ” диэлектрическая проницаемость воды. Пусть Р - плотность сухого материала, являющаяся константой для каждого конкретного материала. Тогда очевидно, что У (1-M) Ч 1 (3) Подставляя (3) в (2) и преобразуя, имеют 1 м- « (6) При помещении в камеру исследуемого материала частота измерительного контура изменяется в 4Е раз и становится равной f, причем М С,Е Из сравнения (6) и (I) находят, что (7) — — — /Я вЂ” 1 (8) f - f f, Из (8) и (5) окончательно находят N Г1 А gf (9) где 0f = fe от генератора 1 СВЧ излучающей антенне 2, на стенке камеры: 3 с Колебания подводятся к закрепленной Разделив уравнение (1) на (4) и введя А-параметр, получают Кс1 Ге-1 JEST-11+Я (/(- t)() (Б) Таким образом, А-параметр является монотонно возрастающей функцией влагосодержания и не зависит от насыпной плотности. Тогда резонансная частота колебательного контура, в который включен этот конденсатор, определяется соотношением! О ! 55 исследуемым материалом. Пройдя через исследуемый материал, электромагнитная волна, ослабленная по мощности. попадает в приемную антенну 4, а затем в детектор 5,выход которого соединен с входом логарифмического усилителя 6. Сигнал на выходе логарифмического усилителя 6 пропорционален влажности исследуемого материала. Прологарифмированный сигнал поступает на первый вход аналогового перемножителя 7. К выходу детектора 5 подключен также первый вход компаратора 8, второй вход которого подключен к источнику 22 опорного напряжения, которое имеет значение .напряжения, обеспечивающее переключение компаратора 8 в единичное состояние при заполнении камеры 3 материалом. Выход компаратора 8 соединен через элемент 10 задержки с входом блока управления 11. Элемент 10 задержки обеспечивает выдержку времени, необходимую для полного заполнения камеры исследуемым материалом. Блок управления 1! выполняет следующие функции: производит начальную установку десятичного и реверсивного счетчиков 14 и 15,формирует временной интервал, в течение которого открыт первый ключ 12, формирует временной интервал, в течение кото" рого открыт второй ключ 13. При включении устройства для измерения влажности блок управления ll вырабатывает импульс, обнуляющий десятичный и реверсивный счетчики 14 и 15, а по сигналу "1" с компаратора 8 открывает первый ключ 12, через который на вход реверсивного счетчика 15 поступают импульсы с дополнительного генератора 16, причем частота их соответствует емкости конденсатора, образованного стенками камеры 3, когда она не заполнена исследуемым материалом. Первый ключ 12 находится в открытом состоянии в течение интервала, заданного блоком управления ll, при этом импульсы через второй ключ 12 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 14. По истечении этого временного интервала первый ключ 12 закрывается, при этом в реверсивном счетчике 15 хранится информация, соответствующая частоте дополнительного генератора 16, при которой камера 3 120500 6 не заполнена исследуемым материалом. После засыпки исследуемого материала в камеру 3 компаратор 8 переключается в состояние "!" и с выдержкой времени, определяемой элементом 10 задержки, включает второй ключ 13 в открытое состояние. При этом с дополнительного генератора 16 через второй ключ 13 на вход реверсивного счетчика 15 (вычитающий вход) 1и поступают импульсы с частотой, соответствующей случаю, когда камера 3 заполнена исследуемым материалом. По истечении временного интервала, сформированного блоком управления 11, второй ключ 13 закрывается и в реверсивном счетчике 15 оказывается записанной информация, равная разности частот дополнительного генератора 16, который генери- 2ц ровал частоту, соответствующую емкости конденсатора, заполненного исследуемым материалом, и частоту, соответствующую емкости конденсатора, когда исследуемого ма- 25 териала в камере 3 не бь>ло. При этом на выходе второго ЦАП ?О, включенного на выходе реверсивного счетчика 15, появляется аналоговый сигнал в виде напряжения, пропорционального разности частот Го — fq . : На вход десятичного счетчика 24 при открытом втором ключе 13 поступает частота f, которая преобразуется в аналоговый сигнал первым ЦЛП 19 и поступает в виде напряжения на второй вход аналогового перемножителя 7, где перемно>кается с сигналом, пропорциональным ослаблению во влажном исследуемом материале, а следовательно, влажности. Блок управления ll состоит из блока формирования импульса установки в "0" десятичного счетчика 14 и реверсивного счетчика 15, который содержит инвертор 23, формирователи измерительных интервалов, в течение которых открыты первый и второй ключи 12 и 13 выполненные на D-триггерах 24-27; генератора 28 так-., товых импульсов и ждущего мультивибратора 29 (фиг.2). Блок управления 11 работает следующим образом. При включении питаьГия { при 4i5 включении устройства измерения влажHocTH ) на выходе инвертора 23 вырабатывается положительный импульс сброса десятичного и реверсивного счетчиков 14 и 15, который одновременно запускает ждущий мультивибратор 29. Длительность импульса определяется постоянной времени цепи, состоящей из резистора 30 и конденсатора 31. Когда конденсатор 31 зарядится, на выходе инвертора 23 устанавливается потенциал логического нуля, при котором десятичный и реверсивный счетчики 1 4 и 15 готовы к подсчету импульсов. Положительный импульс запускает ждущий мультивибратор 29, с инверсного выхода. которого на С-вход 0-триггера 26 поступает импульс, задержанный во времени .по отношению к импульсу сброса. Величина временной задержки определяется постоянной времени цепи, состоящей из резистора 32, и конденсатора 33. На вход триггера 26 подан уровень логической "l. Поэтому при появлении на С-входе импульса 0-триггер 26 переходит из состояния "0" в состояние "1". Поскольку прямой выход 0-триггера 26 соединен с входом 0-триггера 27, то ближайший импульс с тактового генератора 28 переводит Dтриггер 27 в состояние "!". При этом с инверсного выхода D-триггера 27 потенциал "0" подается на В-вход установки в "01 0-триггера 26. В результате 0-триггер 26 vc.танавливается в состояние 0". и в нем удерживается все время, пока 0-триггер 24 находится в единице. Ввиду того, что переключение в нуль 0-триггера 26 приводит к появлению сигнала "0" на 0-входе 0-триггера 27, то последний очередным импульсом с генератора 28 устанавливается в "0". Таким образом, схема формирования измерительного интервала на 0-триггерах 26 и 27 возвращается в исходное состояние. Как следует из изложенного, длительность положительного импульса на выходе D-триггера равна. одному периоду тактоmbrz импульсов, вырабатываемых генератором 27. Этот период и формирует измерительный интервал, в течение которого открыт первый ключ 12, пропускающий частоту на суммирующий вхоц реверсивного счетчика 15. По окончании измерительного интервала первый ключ 12 закрывается. 1205" После засыпки исследуемого материала в камеру 3 компаратор: 8 через элемент 1О задержки положительным импульсом запускает формиро ватель измерительного интервала на D-триггерах 24 и 25, который рабо- тает точно так же, как и первый. В результате Формирователь формирует измерительный интервал, во время которого открыт второй ключ 13, 1п пропускающий частоту f<, на вычитающий вход реверсивного счетчика 15. Для проведения измерения влажно" сти следующей пробы устройство нужно выключить, и при повторном вклю 15 чении происходит измерение в том же порядке. Импульс сброса и запуска первого измерительного интервала можно производить кнопкой 34. Ручной запуск можно ввести и в цепь 20 запуска второго измерительного интервала. uu--. 8 тивоположные боковые стенки камеры, компаратор, элемент задержки, первый и второй ключи, блок управления, реверсивный счетчик, десятичный счетчик, источник опорного напряжения, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, логарифмический усилитель, аналоговый перемножитель и аналоговый делитель, причем выход дополнительного генератора че— рез первый ключ соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а через второй ключ — с входом де— сятичного счетчика и с вычитающим входом реверсиьного счетчика, управляющие входь. первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий выход которого соединен с установленными входами реверсивного и десятичного счетчиков, вход блока управления через элемент задержки соединен с выходом компаратора, выход детектора подключен к входу логарифмического уси.— . лителя и к первому входу компараратора, а второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения., выход логарифмического усилитля соединен с первым входом аналогового псремножителя, второй вход которого через первый цифро аналоговый преобразователь соединен с выходами десятичного счетчика, выход аналогового перемножителя соединен с первым входом аналогового делителя, к второму входу которого подключен выход второго цифроаналогового реверсивного счетчика, а выход аналогового делителя соедиФормула нен с входом индикатора. ВНИИА Типаж 89б Заказ 8520/44 Подписное изобретения Устройство для измерения влажности, содержащее излучающую и приемную антенны, закрепленные на противоположных стенках камеры для размещения исследуемого образца, генера- Зп тор СВЧ, соединенный с входом излуча,ющей антенны, детектор, вход которого подключен к выходу приемной антенны, и индикатор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше 35 ния точности измерения влажности за счет уменьшения влияния плотности исследуемого материала, введен дополнительный генератор, в колебательный контур которого включен конденсатор, 4О обкладками которого являются проФилиал ПЛП Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4
