Емкостно-кондуктометрический измеритель влажности

 

Использование: контроль влажности различных материалов. Сущность изобретения: устройство содержит емкостный и резистивный преобразователи, блок перемножения , регистратор,2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 6 01 N 27/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 4815218/25 (22) 16.04.90 (46) 30.12.92. Бюл. М 48 (71) Пензенский научно-исследовательский институт математических машин (72) Г.В.Фролов (56) Авторское свидетельство СССР %1017993, кл. 6 01 и 27/2, 1985.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для экспрессоценки состояния различных материалов, веществ и продуктов непосредственно в производственных условиях и может быть использовано 8 составе средств автоматизаций технологических процессов.

Известен влагомер, содержащий источник напряжения, первичный резистивный преобразователь, образцовый резистор, преобразователь проводимости в напряжеwe и регистратор. Он имеет недостаточно высокую чувствительность и не обеспечивает требуемой точности регулирования влажности.

Наиболее близким к предложенному является измеритель влажности, содержащий и емкостный, и резистивный первичные преобразователи, подключенные к генератору, термодатчик, блок регистрации и вычислитель. Этот измеритель также имеет низкую чувствительность к изменениям влажности. Указанный недостаток обусловлен тем, Т0 несмотря на наличие в приборе двух разнотипных датчиков в качестве информативного служит емкостный первичный преобразователь, а реэистивный г >5U 1784896 А1 2 (54) ЕМКОСТНО-КОНДУКТОМЕТРИЧ ЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ (57) Использование: контроль влажности различных материалов. Сущность изобретения . устройство содержит емкостный и резистивный преобразователи, блок перемножения, регистратор, 2 ил, а первичный преобразователь выполняет 3 вспомогательную функцию: участвует в уменьшении погрешности от изменения концентрации солей в испытуемом материале.

Цель изобретения — повышение чувст вительн ости.

Поставленная цель-достигается тем, что д измеритель влажности, содержащий первичные емкостный и резиСтивный и реобразователи, подключенные к преобразователям емкости и проводимости соответственно, и регистратор, дополнителЬно содержит блок перемножения, причем его входы соединены с выходами преобразователей емкости и О проводимости, а выход — с регистратором.

На фиг.> приведена структурнаа схема Г ° измерителя с блоком перемножения на- А пряжений; на фиг.2 — обобщенная струк-. турная схема упрощенного варианта преобразователя емкости (проводимости) в напряжение, где 1 — генератор стабилизированного по амплитуде и частоте напряжения 0< = Uqmsin Nt, у которого U > = const и со= canst; 2 и 3 — преобразователи емкости и проводимости в напряжения Uz и 0з постоянного тока; 4 и 5 — емкостный и рези1784896. стивный первичные преобразователи обозначены комплексными сопротивлениями 24 и Z5 и представлены параллельной схемой соединения информативного и паразитного параметров; т,е. Во и Хх, где Хх = 1/в Сх и Rx, Хо, где Хл- 1/ж Со, причем Сх - 11(М/), Rx =. f2(W), ГдЕ ЧЧ вЂ” ОтНОСИтЕЛЬНая ВЛажность контролируемого материала; 6 — блок гГеремйожения:напряжений; 7 - " регистратор (показывающий прибор или АЦП; 2 1 и

3,1 -" компэраторы напряжений; 2.2 и 3.2— интеграторы; 2;3 и 3.3 — регулируемые масштабные преобразователи (усилители с регулируемым коэффициентом усиления); 2,4 и 3 .4 — фазовые детекторы; 2.5 и 3.5 — амплитудные детекторы; 2.6 и 3.6 — аттенюаторы; 2,7 и 3.7 — узлы нормализации; 3.8— сумматор найряжений: 2.9- фэзовращатель нэ угол 90; Ro — образцовйй резистор; R — терморезистор; R1 — R4 — резисторы вход. ных цейей и цепей обратной связи узлов нормализации 2.7 и 3.7.

Изобретение осуществляется следующйм образом. Через емкостный 4 и резистивный 5 первичные преобразователи

- пропускается контролируемый материал, обладающий относительной влажностью Ч/.

При этом изменяются электрическая емкость Сх первого и активное сопротивление

Rx второго первичного преобразователя, которые станут равными Cx = Ско+ Л Сх и

Rx = Rxo — Айх, При включении генератора

1 осуществляется подача переменного напряжения U1 в компараторы 2,1, 3,1 и регу- лируемые масштабные преобразователи

2.3, 3.3. Поскольку в начальный момент времени с компараторов 2.1 и 3.1 снимаются напряжения нулевого уровня, т,е, 02.1 = 03.1 = О, то и с выходов интеграторов

2:2 и 3.2 тоже получили 02.2 = U3.2 - О, Регулируемые масштабные преобразо ватели 2.3 и 3.3 выполнены таким образом, что подача на упрэвля ющие входы сигнала нулевого уровня обеспечивает получение у нйх:единичного коэффициента передачи, т,е, при 02.2 = 03.2 = 0 имеем К2.3 - Кз.з - 1, Отсюда следует, что сразу после включения

"прибора. на измерительные цепи, составленные сопротивлением Ro образцового резистора и комплексным сопротивлением 24 емкостного первичного преобразователя 4, а также сопротивлением R> терморезистора и комплексйым сопротивлением 25 резистивного первичного преобразователя 5 будут поступать напряжения, равные напряжению U1 генератора, т.е.

02.3о - U3.3о = 01, ХОтя В ОбщЕМ СЛуЧаЕ ОНИ равны U2.3= К2,3U1и Оз,з= Кз.301. Выходные сигналы измерительных цепей равны соответственно:

Z4

024 К2.3 Z + R 01m

4 . о

025 = К3.3 Z + R 01m

С помощью амплитудных детекторов

2,5 и 3.5 всегда формируются сигналы

02.5 = UZ4m и 03.5 = Она соответственно, ПосколькУ Uz4 < 01 и Uzj < 01, то компаРаторы 2,1, 3.1 в последующий момент време15 ни выработают импульсные сигналы 02,1(т) >

0 и U3.1(t) > О, которые проходят Ь соответствующий интегратор и в виде линейно-возрастающих напряжений 02,2, 03,2поступают на управляющие входы регулируемых масш20 табных преобразователей 2.3 и 3.3, вызывая увеличение их коэффициентов передачи, т.е. К2.3 > 1 и К3.3 > 1

Работа этих узлов происходит независимо друг от друга и вызывает увеличение напряжений питания указанных выше измерительных цепей; э вместе с ними рост напряжений (1) и напряжаний 02.5, U3.5.

Поскольку U1m - сопзС то наступят момен30 ты, когда увеличенные входные сигнала детекторов 2.5 и 3.5, т.е. 0 2.5 и U 3.5; станут

Равными 01m, ТогДа компаРатоР 2.1 {или

3,1) вновь выдает нулевой уровень, по которому""собтветствующий интегратор пе35 реключится на разрядку. Это приведет к некоторому уменьшению К2,3 (или Кз.з) и напряжения U 2.5 (U 3.5). Однако при

0 2.5 < U1m (ми U3.5 < U1m) вновь сработает компаратор. станет заряжаться соединен40 ный с ним интегратор и повторно будет увеличиваться К2.3(или Кз,з). В результате в цепи Ro, Z4 (или R>, Z5) восстановится состояние; при котором 0 2.5 =01 (или

0 3,5 =01m). В дальнейшем этот пРоцесс

45 будет повторяться в каждом канале прибора непрерывно и примет характер периодического, так как благодаря наличию интеграторов 2,2, 3.2 и регуляторов 2.3. 3.3 в приборе функционируют независимые друг от друга

50 астатические следящие системы автоматического регулирования..

Установление периодических процессов свидетельствует об окончании измерений, после чего выходные сигналы фазовых

55 детекторов 2.4 и 3.4 при К2.4 - К3.4 - K2 5:*

- К3.5- t будут равны

U 2.4 = U1m Ф RoCx, U 3.4 U 1щ(1 — ) . (2) пх

1784896

U2 = K2.7U1m Вно АСх, (3) Ыз = Язз Uim

Йт ARx хо хо 2 = К2.7U1mRo4 (1/Za}, (5) где К2.7 = R2/R1, Кз.7 = R4/Вз. - -.. : .:..;:."-- Озу = Кз.701ЛтЛ (1/Zg), Учитывая; что Л Ях/Rx>(R О - Л Rx) эквивалентно разности между новой и перво- 30 которые с учетом приведенных выше услоначальной проводимостями резистивного вий легко могут быть сведены также к виду первичного преобразователя 5, т,е. (3). В Результате реакция регистратора 7 на

1 1 „ .:: воздействия сигналов(3) будет также описыRx — Ях R„a " " еэтьсл выражением (4).. лать вывод, что сигналы (3) пропорцио- 35 . Учитывая произведенные упрощения, нальн и приращениям информативных можно сделать вывод о возможности унифипарэметров первичных преобразователей кации узлов 2 и 3 и о снижении трудозатрат и не зависят от влияния их йэразитйых при их изготовлении"и настройке. Наличие параметров, т.е. от сопротивления потерь: в схеме термочувствительного элемента

Йл в емкостном и от емкости электродов Ср 40 (терморезистора Вт) позволяет до минимув резистивном первичном преобразовате- ма снизить алияйие колебаний температуры ле..: окружающей среды и контролируемого маИспользование блока 6 перемнржения — - териала, причем для этого не требуется ввепозволяет сформировать сигнал, пропорци- дения дополнйтельных узлоа. ональный в конечном итоге отношензие 45 приращенйя Л С» емкости емкостного O о Р Му л а и з о б р е т е н и я датчика к приращению Ь йх сопротивления резистиеного датчика, которые проти- : Емкостно-кондуктометрический измевоположнй по характеру изменения от W, Ритель влажности, содержащий емкостный что и обуславливает значительно более вы- 50 и Резистиеный первичные преобразоват»сокую (практически в 5 — 7 раз) чувстви- ли, подключенные к пРеобразователям емтельность предложенного прибора по кости и проводимости соответственно и сравнению с известными. Подача его на ре- Регйстратор, о т л и ч à io шийся тем. что, гистратор7еызоветотклонение егострелки с целью повышения чувствительности, он на угол 55 дополнительно содержи; блок перемножения, причем его входы соединены с вы-, Q2 К2.7 Кз.7 К7м Р, RT х . ходами. первичных преобразователей емкости и проводимости, а выход — с регистратором. х b Сх Л(1/Rx)U 1в, (4}

Далее с помощью узлов 2.7 и 3,7 нормализации, выполненных на основе дифференциальных усилителей, аттенюаторов 2.6, 3,6 и сумматора 3,8 осуществляется компенсация собственных параметров перзичных преобразователей 4 и 5 и соединительных кабелей, т,е. Схо и 1/Rx<,, и формируются напряжения U2 и 0з, пропорциональные приращениям емкости Сх и проводимости

1/Rx. т.е, Л Сх и Л(1/Rx). Благодаря сумматору 3.8 одновременно с компенсацией

1iR» е первичном преобразователе 5 производится компснсация постоянной составляющей в напряжении U з.a(2), равной

U1m. ДлЯ этой Цели на оДин их вхоДов сУмматора 3,8 подается напряжение U з,5, которое после регулировки становится равным 01п, Подбирая значения К2.е и Кз.е на выходе преобразователей 2 и З,окончательно получим где К7 — постоянная регистратора 7.

Наряду с более резким характером изменения напряжения"Сзвыхода блока 6 перемножения йовый прибор обладает также

5 лучшей линейностью по сравнению с характеристикой емкостного илй кондукто метрического влагомера; что обусловлено взаимной компенсацией нелинейностей в хЬРа ктеРистйках Сх = f1(W) и Rx = f2(W).

10 При работе на низких и средах частотах, для которых сйраеедливы условия Rn» Xx и Хд >> Rx, возможно применение и абсолютно одинаковых упрощенных преобразователей емкости ЬСх или проводи15 мости Л(1/Rx) в напряжение. Обобщенная . схема данного узла приведена на фиг.2 и отличается от ранее упомийэемых (фиг. t) отсутствием фазовых детекторов 2,4, и 3,4 и фазовращателя 2.9, Работа прибора с упро20 щен ными преобразователями 2,3 осуществляется точно так же, как и в первом, более строгом варианте,-но по окончанию процесса измерения на выходах указанных узлов будут получены следующие сигналы:

1784896

Составитель Г. Фролов

Техред М,Моргентал Корректор А. Коэориз

Редактор Т, Егорова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4361 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5