Устройство для измерения линейной плотности диэлектрического материала

 

Сущность изобретения: устройство содержит генератор переменного напряжения , измерительный блок 2, фазовый детектор 4, фазовращатель 5, формирователь корректирующего сигнала 7, блок коррекции 6. 2 ил. 1-2-4-7-6, 1-5-4, 2-6. 1 з. п. ф-лы 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s G 01 N 33/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4921022/12 (22) 27,03,91 (46) 07.04.93. Бюл. N. 13 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) А. В. Францессон и А. Е; Мефед (56) Авторское свидетельство СССР:

М 1254383, кл, G 01 N 33/36, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1318869, кл, G 01 N 22/04, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНЕЙНОЙ ПЛОТНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА (57) Сущность изобретения: устройство содержит генератор переменного напряжения, измерительный блок 2, фазовый детектор 4, фазовращатель 5, формирователь корректирующего сигнала?, блок коррекции 6. 2 ил. 1-2-4.-7-6, 1-5-4, 2-6. 1 з. и, ф-лы 3 ил.

1807391

Изобретение может быть использовано в различных областях промышленности, например в текстильной и целлюлозно-бумажной для измерения линейной плотности движущихся волокнистых продуктов в процессе прядения, линейной и поверхностной плотности движущегося текстильного и бумажного полотна, в химической для измерейия линейной плотности движущегося порошкового продукта в автоматических 10 технологических процессах, в строительной — для аналогичных измерений параметрОв сыпучих продуктов, опилок, древесной стружки.

Цель изобретения — повышение точно- 15 сти измерений и упрощение конструкции устройства;

Кэк известно, сигнал рэзбаланса емкостного мосте, обусловленный введением исследуемого материала в измерительный 20 конденсатор моста, зависит от плотности материала и его влажности: Авторами заявки установлено, что угол фазового сдвига этого сигнала относительно фазы входного сигнала моста зависит только от влажности 25 материала-, Измеряя этот угол и осуществ.ляя соответствующую коррекцию амплитуды сигнала разбалэнса моста, получают, сигнал, содержащий информацию только о плотности материала. Поэтому введение в 30 устройство емкостного моста. фазового де-. тектора и фазовращателя, необходимых для осуществления указанных операций, позволяет повысить точность измерений плотности материала зэ счет практически полного 35 исключения влияния влажности материала на результаты измерений, На фиг. 1 и 2 показана функциональная блок-схема устройства в двух вариантах; на фиг. 3 калибровочная переходная характе- 40 ристика формирователя корректирующего сигнала.

Устройство (фиг, 1) содержиг генератор 1 переменного напряжения; емкостный мост 2 с измерительным конденсатором З,.фазовый 45 детектор 4, фазовращатель 5, блок коррекции 6 и формирователь 7 корректирующего сигнала.-Вход емкостного моста 2 соединен с выходом генератора 1, а выход — с сигнальными входами фазового детектора 4 и блока кор- 50 рекции 6, Вход фээовращателя 5 соединен с выходом гейератора 1, а выход- с управляющим входом фазового детектора 4. Вход формирователя 7 корректирующего сигнала соединен с выходом фазового детектора 4, а 55 выход — с корректирующим входом блока коррекции 6, выход которого является выходом устройства.

Емкостный мост может быть выполнен, например, аналогично (11. Блок коррекции 6 может быть выполнен в виде умножителя или дифференциального усилителя с амплитудным детектором на его сигнальном входе, Формирователь 7 корректирующего сигнала может быть выполнен в виде диодно-реэистивного моста с заданным коэффициентом передачи или в виде масштабного усилителя постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

С выхода генератора 1 (фиг, 1) на входы емкостного моста 2 и фазовращателя 5 подается синусоидальное напряжение

Овк"-Ооз!и cot с частотой а, В отсутствии материала в измерительном конденсаторе 3 производится балансировка моста .2 так, чтобы его выходной сигнал был равен нулю..

Затем устанавливается нужная фаза управляющего сигнала на выходе фазовращателя

5. Для этого вводится резкий разбаланс моста 2 путем увеличения емкости С измерительного конденсатора 3 и -регулировкой фэзовращателя. 5 устанавливается выходное напряжение фазового детектора 4 равным нулю. При этом фазы сигналов на входах фазового детектора 4 совпадают. Затем восстанавливают первоначальное зна- . чение емкости С - измерительного конденсатора 3, Проводимость пустого измерительного конденсатора 3 практически чисто реактивна . и равна Хрo I мСо. При наличии материала в конденсаторе его проводимость возрастает на величину д Х= дХ р . д )4. Здесь дXPtаСоy(8 — 1.), д Хо =аСоэую — приращения соответственно реактивной и активной составляющих проводимости измери-: тельного конденсатора, обусловленные введением в него материала, где е и к "действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости материала 8 = е — t а ", y — коэффициент заполнения измерительного конденсатора материалом, равный отношению массы измеряемого материала к его массе в объеме конденсатора y 1). д Хр, обусловлено приращением емкости измерительного конденсатора на величину Со. q (е — 1 ), 8 д Х эквивалентно шунтирование измерительного конденсатора активным сопротивлением

Вп=1/ д Ха =. 1/й) Со 2/ Я.

Возрастание проводимости измерительного конденсатора сопровождается разбалансировкой моста. При этом его выходной сигнал становится равным Ueyx 4=0оР ((е — 1 )

Япв t " L e" 3!пв t, что эквивалентно

Us x 0о*э1п{вt — р) . Здесь Оо+=(4Р» тря, е -(е 1) +(е )" ) 14, ср угол сдвига фазы сигнала раэбаланса моста 2

1807391 относительно фазы его входного сигнала сигнала навыходеблока6,-определяютмасМ

О»., Р— постоянный коэффициент,опреде- су материала, помещенного в измерительляемый параметрами емкостного моста 2, ный конденсатор 3. При движении

Амплитуда Uo сигнала Овых" пропорцио-. материала через измерительный конденсанальна параметру д, Этот параметр про- 5 тор 3 это эквивалентно измерению линей- порционален сухой массе m, находящегося. ной плотности материала за вычетом его в измерительном конденсаторе материалам влагосодержания, независитотеговлажности.АмплитудаОо При использовании в качестве блока зависит также от влажности материала, так коррекции 6 дифференциального усилителя как от нее сильно зависит величина пара- lO с амплитудным детектором на его сигнальметра 8 -. В блоке коррекции босуществля- ном входе; а в качестве фоРмиРователЯ 7 ется преобразование сигнала Ов " таким KoPPeKTMPÓI 4åãî сигнала — масштабного образом, чтобы его амплитуда зависела УсилителЯ постолнногьтока с коэффициенлишь от массы сухого материала п1 и не том усиления Ко сигнал н входе блока 6 о ®Л . зависела от его влажности. Это достигается l5 6Уделтдравен 0 "х с помощью корректирующего выходного Овых — сигнал на выходе указан ого амп- . сигнала постоянного тока Охор,. блока 7, формируемого путем соответствующего При сильном измеРении линейной плотпреобразования выходного сигнала посто- ности " влажности матер а а амплитУда янного тока О ых Д фазового детектора 4 . 20 сигнала Овых Разбаланса моста может меФ

М

Сигнал Овыхфд пРопоРционален УглУ Р фа- нЯтьсЯ более чем нЧ орЯдок. В РеэУльтате зовогО сдвига сйгнала Овых" Разбаланса мо- УхУдшаетсЯ Работа фазового де в тора 4 и ста 2 Этот угол равен р=агсщ(понижаетсЯ точность измеРений линейной е у(е — 1 1 j . Он не зависит от параметра . плотности материала. Для устранения этого д,-т, е. от сухой массы п1д материала, но 25 нежелательного эффекта в Устройс во ввосильно зависит от его влажности, причем дят регули уемый усилитель 8 и блок автоэта зависимость нелинейна,. Формирование . матической регулировки усиления(АРУ) фиг.. сигнала 0 в блоке 7 и нужное преобразо- 2). пРи этом сигнальный вход УсилителЯ 8 вание сигнала Овых" в блоке 6 может быть соединен с выходом моста 2, а его выход осуществлено следующим образом. 30 с сигнальным входом фазового дете "тоРа 4

Передаточная характеристика К форми- и входом блока APY 9 выход которого соерователя 7 корректирующего сигнала долж» динен с УправдЯющим входом УсилителЯ 8.

®@ . При изменении линейной плотности и (или) на иметь вид K=Uxop/08blx =И е 0вых, влажности материала блок АРУ 9 регулирует где С вЂ” постоянный коэффициент(фиг. 3) В 35 коэффициент усиления усилителя 8 таким явном виде ее получают экспериментально . образом, что его выходное напряжение ос. путем одновременных измерений амплиту- .. тается практически постоянным, ды U>* сигнала Разбаланса моста 2 и выход- Таким образом, предлагаемое устройсто о а р жения Овых. Фазового во обеспечивает измерение линей ой плотдетектора 4 при варьировании влажности чЧ 40. ности материала, на результат которого эталонного образца материала с фиксиро- практически не влияет его влажность. При ванной сухой массой m„. При этом Tðåáó этом повышается точность. измерений, сниемый вид передаточной характеристики " - жаются требования к влажнос-ным услов* . (вых ) определяют по формуле K-flUo ям хранения и переработки материала.

Овых Aсиспользованиемизмеренныхзна- 45 КРоме того, пРедлагаемое УстРойство значений U * и 0 Фл г е 1— о* Овых где — постоянныЙ чительно проще прототипа, так как в нем коэффициент. В блоке 7 эту характеристику используется лишь один измерительный кареализуют с помощью схемотехники диодно-Резистивных Цепочек. При такой переда- ф о р м у л а и 3 î 6 р е т е н и я точной характеристике выходной сигнал 50 . 1, Устройство для измерения линейной кор блока 7 Равен UÄop (9)=1/Оо (\9)=90оР плотности диэлектрического материала, со- . (W). где параметр доосоответствует держащее генератор переменного напрямассе материала яро. В блоке 6 коррекции жения, выход которого связан с входом происходит перемножение сигналов Овых измерительного блока, формирователь кор-- и Uxop. В результате перемножения выход- 55 ректирующего сигнала, выходом связанный

НОЙ СИГНаЛ 6ЛОКа 6 раВЕН Овых=((/оо) f С КОррЕКтИруЮщИМ ВХОДОМ бЛОКа КОРРЕКsin (в t -ф), Амплитуда этого сигнала за- ции, выход которого является выходом уствисит (через параметр r ) лишь от сухой ройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с массы л1 измеряемого материала и не за- целью повышения точности измерения, оно висит от его влажности. Измеряя амплитуду снабжено фазовым детектором и фазовра1807391 8 фД вакх

Фиг. 5

Составитель А.Францессон

Техред М. Моргентал Корректор, Т.Вашкович

Редактор

Заказ 1376 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101 щателем, а измерительный блок выполнен в виде емкостного моста, при этом сигнальный вход фазового детектора связан с выходом измерительного блока, управляющий вход — с выходом генератора переменного напряженйя, а выход — с входом формирователя корректирующего сигнала,.выход измерительного блока соединен с сигнальным входом блока коррекции, а фаэовращатель включен в одну иэ цепей, связывающую генератор переменного напряжения с управляющим входом фаэовото детектора или с входом измерительного блока, 2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е5 с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения. в него введен установленный между измерительным блоком и фаэовым детектором управляемый усилитель с блоком автоматической регулировки усиления в

10 цепи обратной связи,