Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике



Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике
Способ и устройство определения влажности капиллярно-пористых материалов по ипульсной динамической характеристике

 


Владельцы патента RU 2552603:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ (RU)

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов. Способ определения влажности капиллярно-пористых материалов заключается в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга. Прикладывают напряжение на измерительную ячейку, регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и определяют влажность. Причем определяют влажность по частоте калибровочных характеристик, длительность которой в каждом цикле определяется интервалом измерения, фронт которого формируют в момент сравнения порогового напряжения с линейным напряжением динамической характеристики измеренной ячейки, состоящей из последовательно включенных влажного материала и эталонной емкости. После чего организуют срез за счет изменения полярности порогового напряжения. Калибровочными характеристиками служат функция нормированной влажности и функция предельной частоты импульсов сухого материала, которые определяют в процессе измерения предельных частот, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона, и по которым определяют нормированные меры: предельную частоту и нормированную влажность. Устройство для определения влажности капиллярно-пористых материалов по динамической характеристике состоит из измерительной ячейки, состоящей из последовательного соединения исследуемого материала и эталонной емкости. При этом организуют мультивибратор за счет включения измерительной ячейки в отрицательную обратную связь операционного усилителя, в положительную обратную связь которого включен эталонный делитель напряжения на резисторах, а выходным индикатором служит частотомер. Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, за счет устранения нелинейности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов.

Известен способ [см. патент РФ №2167416, G01 №27/416, 2001, бюл. №14], заключающийся в определение концентрации ионов водорода за счет измерения электродами с высоким внутренним сопротивлением электрических параметров среды по установившемуся потенциалу измеряемого сигнала, соответствующего физико-химическому составу среды. Сигнал регистрируют по интервалу времени от начала измерения до достижения порогового значения в каждом цикле.

Недостатками этого способа и устройства является низкая точность измерений влажности из-за pH-метрической ячейки.

Существует способ [см. патент РФ №2187098, G01N 27/04, 2002, бюл. №22], заключающийся в измерении диффузионной проводимости по вольт-амперной характеристики (ВАХ). Для этого измеряют электрические характеристики пробы материала в диапазоне 10-29% на напряжении 5-10 В.

Недостатками этого способа являются низкая точность из-за наличия динамической и методической погрешности.

Известен способ [см. патент РФ №2341788, G01N 27/04, 2008, бюл. №35], заключающийся в определении влажности по калибровочной характеристике предельного тока на двух эталонах, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона.

Недостатком способа является относительно низкая точность в реальных условиях из-за неучтенной нелинейности измеренной характеристики, что не позволяет автоматизировать мониторинг компьютерными анализаторами.

За прототип принят способ [см. патент РФ №2240546, G01N 27/04, 2004, бюл. №32], заключающийся в определение влажности древесины в динамическом режиме по диффузионному току и оптимизируемым электродинамическим характеристикам.

Недостатками прототипа являются низкая точность, достоверность и оперативность контроля влажности в адаптивном диапазоне, из-за нелинейности динамической характеристики.

Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, за счет устранения нелинейности.

Поставленная техническая задача достигается следующим образом.

1. В способе определения влажности капиллярно-пористых материалов, заключающемся в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и определяют влажность, в отличие от прототипа, определяют влажность по частоте калибровочных характеристик, длительность которой в каждом цикле определяется интервалом измерения, фронт которого формируют в момент сравнения порогового напряжения с линейным напряжением динамической характеристики измерительной ячейки, состоящей из последовательно включенных влажного материала и эталонной емкости, после чего организуют срез, за счет изменения полярности порогового напряжения.

2. В способе по п.1, в отличие от прототипа, калибровочной характеристикой служат функция нормированной влажности и функция предельной частоты импульсов сухого материала, которую определяют в процессе измерения предельной частоты на двух эталонах, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона.

3. В устройство для определения влажности капиллярно-пористых материалов по динамической характеристике, состоящее из измерительной ячейки, состоящей из последовательного соединения исследуемого материала и эталонной емкости, в отличие от прототипа, организуют мультивибратор за счет включения измерительной ячейки в отрицательную обратную связь операционного усилителя, в положительную обратную связь которого включен эталонный делитель напряжения на резисторах, а выходным индикатором служит частотомер.

Сущность предлагаемых способа и устройства поясняется на фиг.1-5.

Предлагаемый способ включает 2 этапа:

измерение предельного тока исследуемого образца по частоте импульсов;

калибровка на эталонных материалах для определения действительных значений влажности.

1. Влажность капиллярно-пористых материалов определяют за счет измерения частоты тока исследуемого образца. Для этого осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга. Прикладывают напряжение U0 на измерительную ячейку (фиг.1, б), регистрируют время t сравнения текущей амплитуды Ui с пороговым U0 значением и определяют влажность по частоте f. Измеряют частоту f в образце (фиг.1, в), длительность которой в каждом цикле определяется интервалом измерения t, фронт которого формируют в момент сравнения порогового напряжения с линейным напряжением Ui динамической характеристики измеренной ячейки, состоящей из последовательно включенных влажного материала (1) и эталонной емкости (2) (фиг.2), после чего организуют срез, за счет изменения полярности порогового напряжения. Устройство для определения влажности капиллярно-пористых материалов по динамической характеристике состоит из измерительной ячейки, состоящей из последовательного соединения исследуемого материала (1) и эталонной емкости.

2. Организуют мультивибратор за счет включения измерительной ячейки в отрицательную обратную связь операционного усилителя (ОУ) (3), в положительную обратную связь которого включен эталонный делитель напряжения на резисторах R1 (4) и R2 (5), а выходным индикатором (6) служит частотомер (фиг.2).

Опорное напряжение U0 через делитель R4R5 прямого входа ОУ 3 сравнивается со значением линейно нарастающего U0i напряжения

формируемого RC-цепочкой на инверсном входе компаратора. В момент времени τ1, когда U0i≤U0, компаратор находится в единичном состоянии. Время τ1 находится из условия равенства U0=U0i, т.е.

,

и соответствует

На интервале τ21 компаратор находится в нулевом состоянии, линейно убывающий сигнал - U0i сопоставляется с потенциалом низкого уровня U0, т.е.

,

откуда находим интервал времени

Широта τ переключения компаратора за время τ21 определяется соотношениями (1) и (2):

т.е. обратно пропорционально измеряемому напряжению Ui.

Исходя из равенств и формула (3) преобразуется к виду

Следовательно, частота импульсов fi импульсной динамической характеристики fi(Ui) прямо пропорциональна измеряемому напряжению Ui.

2. По аналогии с влажностной характеристикой древесины [патент РФ №2375704, G01N 27/00, 2009, бюл. №34]

влажностная характеристика Wi(fi) древесины предлагаемого способа выглядит следующим образом:

где параметр F0i является функцией предельной частоты импульсов, а параметр W0i - функцией нормированной влажности.

Зависимость частоты fi от влаги Wi следует из инверсии выражения (5).

Неизвестные нормированную W0i (фиг.3, 1) и предельную F0i (фиг.3, 2) характеристики находят из сопоставления формулы (6) с эквивалентом fэi влажностной характеристики (фиг.3, 3) с информативными параметрами F0 и W0 (7).

При калибровке измеряют значения частоты fi в нижней и верхней границах измеряемого диапазона влажности на эталонных материалах с известной влажностью W01 и W02 (фиг.3).

Строится комбинированная характеристика с учетом того, что, по условию калибровки, f0i=fi, то есть

.

Из полученного уравнения выразим W0i и F0i:

Из аналогичных рассуждений для характеристики (5) находят формулу (9):

Используя формулу (9), составим систему уравнений для двух известных значений W01, W02 границ диапазона функции нормированной влажности:

Первое уравнение системы делят на второе, перемножают обе части уравнения с использованием правила пропорций и выражают информативный параметр F0 предельной частоты импульсов:

Используя формулу (8), составим систему уравнений для двух известных F01 и F02 значений границ диапазона функции предельной частоты:

Второе уравнение системы вычитается из первого, перемножают обе части уравнения с использованием правила пропорций, и выражают информативный параметр W0 нормированной влажности:

Полученные параметры W0 и F0 однозначно определяют функции нормированной влажности W0i и предельной частоты F0i, поэтому их принимают за информативные параметры, по которым строят калибровочные характеристики (фиг.3, кривые 4 и 5). По калибровочным характеристикам W0i (8) и F0i (9) и влажностной характеристике W(fi) (фиг.3, 4) с учетом эталонных значений (фиг.3, 3) определяют действительные значения влажности (фиг.3, 5).

Докажем эффективность калибровки.

Относительные отклонения от эксперимента ξi (фиг.4, 1) и (фиг.4, 2) без калибровки и после калибровки вычисляются соответственно по формулам:

где W(fэ) - значения влажности, принятое за эталон (фиг.3, 3);

W(fi) - влажность, рассчитанная без калибровки (фиг.3, 4);

- влажность, рассчитанная с калибровкой (фиг.3, 5).

Метрологическая эффективность (фиг.5) по частоте определяется отношением погрешностей до и после калибровки:

Максимальные пределы относительных отклонений от эксперимента без калибровки ξi и после калибровки равны соответственно 45% и 0,000258765%, т.е. предлагаемое решение повышает точность калибровки минимум на 4 порядка, что очень важно при автоматизации мониторинга компьютерными анализаторами за счет создания программно управляемых высокоэффективных метрологических средств.

Таким образом, калибровочными характеристиками служат функция нормированной влажности и функция предельной частоты импульсов сухого материала, которые определяют в процессе измерения предельных частот, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона, и по которым определяют нормированные меры: предельную частоту и нормированную влажность. Применение предлагаемых способа и устройства позволяет повысить метрологическую эффективность, а именно точность измерений, за счет устранения нелинейности, что позволяет автоматизировать мониторинг компьютерными анализаторами.

1. Способ определения влажности капиллярно-пористых материалов, заключающийся в том, что осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, регистрируют время сравнения текущей амплитуды с пороговым значением и определяют влажность, отличающийся тем, что определяют влажность с помощью калибровочных характеристик по частоте, длительность которой в каждом цикле определяется интервалом измерения, фронт которого формируют в момент сравнения порогового напряжения с линейным напряжением динамической характеристики измеренной ячейки, состоящей из последовательно включенных влажного материала и эталонной емкости, после чего организуют срез, за счет изменения полярности порогового напряжения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибровочными характеристиками служат функция нормированной влажности и функция предельной частоты импульсов сухого материала, которые определяют в процессе измерения предельных частот, соответствующих нижней и верхней границам измеряемого диапазона, и по которым определяют нормированные меры: предельную частоту и нормированную влажность.

3. Устройство для определения влажности капиллярно-пористых материалов по динамической характеристике, состоящее из измерительной ячейки, состоящей из последовательного соединения исследуемого материала и эталонной емкости, отличающееся тем, что организуют мультивибратор за счет включения измерительной ячейки в отрицательную обратную связь операционного усилителя, в положительную обратную связь которого включен эталонный делитель напряжения на резисторах, а выходным индикатором служит частотомер.



 

Похожие патенты:

Способ может быть использован в сканирующей зондовой микроскопии для определения электрического напряжения, модуля упругости, твердости, вязкости, пластичности пьезоэлектрических материалов, компонентов микро- и наноэлектромеханических систем, а также биомикроэлектромеханических устройств.

Предложены способ и система определения периода схватывания химически активного материала. Способ включает непрерывное измерение электрического свойства материала для получения временной зависимости удельного сопротивления или его представления.

Изобретение может быть использовано при изготовлении летательных аппаратов. Способ определения электрической характеристики композитного материала для изготовления летательного аппарата, в котором, по меньшей мере, к одному образцу, выполненному из композитного материала, прижимают две накладки, осуществляя плотную подгонку, по меньшей мере, одной из накладок и отверстия этого или каждого образца, определяют значение электрического сопротивления сборки, образованной накладками и образцом, и выводят на основании полученного значения значение электрического сопротивления композитного материала.

(57) Изобретение относится к устройству для измерения электрических параметров твердых или жидких геологических образцов, таких как, например, горные породы, предпочтительно из нефтяных или газовых пластов-коллекторов, и насыщающие их текучие среды, содержащему полый корпус, выполненный из первой верхней половины и второй нижней половины, которые коаксиально скользят одна внутри другой, причем в указанном корпусе расположено гнездо для размещения по существу цилиндрического образца, при этом к указанному гнезду обращены две пары электродов, предназначенные для подвода тока в образец и для измерения напряжения на концах указанного образца, и отличающемуся тем, что указанные пары электродов являются парами копланарных электродов, каждая из которых расположена на одном конце указанного гнезда.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности капиллярно-пористых материалов. Предложен способ определения влажности древесины, в котором осуществляют контакт с образцом с помощью двух электродов, расположенных вдоль линии, перпендикулярной волокнам образца, на фиксированном расстоянии друг от друга, прикладывают напряжение на измерительную ячейку, состоящую из последовательно включенных влажного материала и эталонного сопротивления, измеряют падение напряжения на эталонном сопротивлении и определяют влажность, при этом в фиксированный момент времени измеряют амплитуду напряжения, тока и крутизны соответствующих импульсных динамических характеристик, по которым регистрируют их комплекс информативных параметров: постоянную времени и предельное напряжение, начальный ток и его крутизну, которые служат для определения влажности по калибровочной характеристике, а калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона по образцу с известной влажностью и нормируемыми параметрами: постоянной времени и предельным напряжением, начальным током и крутизной при измерении в фиксированный момент времени амплитуд напряжения, тока и крутизны соответствующих нормированных импульсных динамических характеристик.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия из оксида алюминия на деталь, имеющую поверхность из карбида кремния (SiC) и используемую в высокотемпературных областях техники.

Изобретение относится к методам и средствам для измерения состава парогазовых сред и может быть использовано для контроля атмосферы в помещениях промышленных предприятий, в частности, для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой атомных электрических станций.

Изобретение относится к устройствам для измерения электропроводности влажных дисперсных природных и искусственных материалов, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов, и может найти применение для определения электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других влажных дисперсных материалов.

Изобретение относится к устройствам для измерения электропроводности влажных дисперсных природных и искусственных материалов, а именно к конструкциям измерительных сосудов и электродов и может найти применение для определения электропроводности влажных грунтов и почв, керамических масс, цементных паст, концентрированных суспензий и других влажных дисперсных материалов.

Изобретение относится к измерительной технике и аналитическому приборостроению и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Устройство для определения концентрации кислорода содержит первичный преобразователь, представляющий собой магнитную систему с рабочим и сравнительным чувствительными элементами, подключенными по мостовой схеме к двум сопротивлениям, соединенный входом с первым блоком питания и измеритель. Устройство дополнительно содержит второй блок питания, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты и усилитель напряжения, причем выход первичного преобразователя через усилитель напряжения соединен с первым входом микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, второй вход которого подключен ко второму блоку питания, выход микроволнового генератора с варактоной перестройкой частоты соединен с входом измерителя. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения концентрации кислорода за счет повышения стабильности ее измерения. 1 ил.
Наверх