Влагомер


 


Владельцы патента RU 2572087:

Коннов Владимир Валерьевич (RU)
Семенов Андрей Сергеевич (RU)
Сизиков Олег Креонидович (RU)
Силаев Константин Владимирович (RU)

Влагомер относится к измерительной технике и может быть использован для контроля влажности материалов путем измерения комплексной диэлектрической проницаемости. Влагомер содержит перестраиваемый по частоте генератор гармонического сигнала, электронное устройство управления генератором, устройство измерения, первичный преобразователь, образованный внешним экранным и сигнальным проводниками, измерительную ячейку, включенную между выходом генератора и входом первичного преобразователя. Измерительная ячейка содержит резистор, первый вывод которого соединен с выходом генератора, а второй вывод соединен с входом первичного преобразователя, первый детектор, подключенный к первому выводу резистора, второй детектор, подключенный ко второму выводу резистора, выходы детекторов подключены к устройству измерения. Техническим результатом является повышение точности, обеспечение независимости измерений от плотности материала при малых влажностях. 2 з.п. ф-лы,1 ил.

 

Техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности материалов.

Известен влагомер (Бензарь В.К. Техника СВЧ-влагометрии. - Минск: Высшая школа, 1974, с.226-234), содержащий генератор зондирующего микроволнового сигнала, кювету, заполненную контролируемым материалом, передающую и приемную рупорные антенны, расположенные на противоположных сторонах кюветы, преобразователь микроволнового сигнала в низкочастотный сигнал, подключенный к выходу приемной рупорной антенны и к входу устройства измерения.

В данном влагомере влажность материала определяется по ослаблению и фазовому сдвигу прошедшего через материал зондирующего сигнала. Антенны должны быть согласованы со средой распространения микроволнового сигнала, в отсутствии такого согласования зондирующий сигнал многократно переотражается на границах перехода от измеряемого материала к антенне, что приводит к ошибкам в измерениях ослабления и, соответственно, в определении влажности. Для материалов с высокой влажностью из-за сильного ослабления в них зондирующего сигнала ошибка измерения увеличивается.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому влагомеру является влагомер (Рефлектометрический влагомер. Патент 2269766, опубл. 10.02.2006. МПК: GO1N 22/04. Заявка 2003136497/09, 19.12.2003), содержащий генератор зондирующего сигнала, электронное устройство управления, подключенное к входу управления генератора, устройство измерения, подсоединенное к электронному устройству управления генератором, первичный преобразователь, образованный внешним экранным проводником и сигнальным проводником, измерительную ячейку, включенную между выходом генератора и входом первичного преобразователя и подсоединенную к устройству измерения.

Принцип действия этого влагомера заключается в определении влажности материала по его диэлектрической проницаемости путем измерения времени прохождения зондирующего сигнала по первичному преобразователю, помещенному в контролируемый материал. Точность данного влагомера зависит от погрешности измерения наносекундных временных интервалов между фронтами импульсных сигналов, излученного и прошедшего через материал и снимаемых с рефлектометра, входящего в состав измерительной ячейки. На погрешность фиксации фронта импульсного сигнала влияют как дисперсия, так и ослабление этого сигнала в материале с высокой влажностью, что снижает точность измерения.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерений, обеспечение независимости измерений от плотности контролируемого материала при малых влажностях. Для обеспечения высокой точности измерения влажности необходимо измерять не только действительную составляющую комплексной диэлектрической проницаемости (что реализовано в прототипе), но одновременно и мнимую составляющую, которая определяется по величине ослабления зондирующего сигнала в материале.

Указанная цель достигается благодаря тому, что предлагаемый влагомер содержит:

первичный преобразователь, образованный внешним экранным проводником и сигнальным проводником, пространство между которыми предназначено для заполнения жидким или сыпучим контролируемым материалом, при этом первый конец сигнального проводника служит входом первичного преобразователя, а второй конец сигнального проводника соединен с экранным проводником первичного преобразователя так, что в месте соединения между ними образован электрический контакт; генератор зондирующего сигнала, имеющий вход управления и выполненный на основе перестраиваемого по частоте формирователя гармонического сигнала;

электронное устройство управления, подключенное к входу управления генератора и выполненное с возможностью управления перестройкой генератора в диапазоне рабочих частот;

измерительную ячейку, включенную между выходом генератора и входом первичного преобразователя и содержащую резистор и первый и второй детекторы, причем первый вывод резистора соединен с выходом генератора и с первым детектором, а второй вывод резистора соединен с входом первичного преобразователя и вторым детектором, при этом выходы первого и второго детекторов подключены к устройству измерения.

Устройство измерения обеспечивает возможность определения влажности по значению частоты, на которой достигается минимальное входное сопротивление первичного преобразователя. При вычислении влажности учитываются величина отношения сигналов с выходов первого и второго детекторов на указанной частоте и температура контролируемого материала.

В одной из предпочтительных форм выполнения влагомера устройство управления выполнено в виде синтезатора, формирующего частоту генератора по цифровому коду, задаваемому устройством измерения, включающему в свой состав процессор.

В еще одной предпочтительной форме выполнения влагомера устройство управления представляет собой аналоговый каскад, выполненный с возможностью перестройки частоты генератора до достижения минимума отношения сигнала с выхода второго детектора к сигналу с выхода первого детектора, а устройство измерения снабжено узлом измерения указанной частоты.

На чертеже изображен влагомер.

Влагомер содержит генератор 1 зондирующего сигнала, электронное устройство 2 управления генератором, устройство измерения 3, первичный преобразователь, образованный внешним экранным проводником 4 и сигнальным проводником 5, измерительную ячейку 6. Первый конец сигнального проводника 5 служит входом 7 первичного преобразователя, а второй конец сигнального проводника 5 соединен с экранным проводником 4 первичного преобразователя так, что в месте соединения между ними образован электрический контакт. Вход управления генератора 1 подключен к электронному устройству управления 2. Измерительная ячейка 6 включена между выходом генератора 1 и входом 7 первичного преобразователя и подсоединена к устройству измерения 3. Устройство измерения 3 подсоединено к электронному устройству управления 2.

Измерительная ячейка 6 содержит резистор 8, первый детектор 9 и второй детектор 10. Первый детектор 9 включен на входе измерительной ячейки 6, а второй детектор 10 включен на выходе измерительной ячейки 6 и соединен с входом 7 первичного преобразователя. Первый вывод резистора 8 соединен с выходом генератора 1 и с первым детектором 9. Второй вывод резистора 8 соединен с входом 7 первичного преобразователя и вторым детектором 10, выходы детекторов 9, 10 подключены к устройству измерения 3. Первый детектор 9 обеспечивает измерение напряжения на выходе генератора 1, второй детектор 10 обеспечивает измерение напряжения на входе 7 первичного преобразователя. Генератор 1 зондирующего сигнала выполнен на основе перестраиваемого по частоте формирователя гармонического сигнала.

Принцип действия этого влагомера заключается в определении влажности контролируемого материала по его комплексной диэлектрической проницаемости: измеряются не только действительная (как в прототипе), но и мнимая составляющие этого параметра. Далее по ним с учетом температуры материала вычисляется влажность материала.

Комплексная диэлектрическая проницаемость материала определяется на основании измерений следующих параметров:

- резонансной частоты первичного преобразователя, определяемой при перестройке генератора 1 гармонического сигнала по минимуму входного сопротивления первичного преобразователя, заполненного материалом;

- величины входного сопротивления на резонансной частоте первичного преобразователя, заполненного материалом.

Влагомер работает следующим образом. Электронное устройство управления 2 перестраивает генератор 1 в диапазоне рабочих частот. Одновременно при перестройке проводится измерение напряжений на первом и втором выводах резистора 8 измерительной ячейки 6. Для измерения используются полупроводниковые детекторы 9 и 10, которые преобразуют высокочастотные сигналы в низкочастотные. Напряжения U9 и U10, снимаемые, соответственно, с выходов первого детектора 9 и второго детектора 10, подаются на вход устройства измерения 3. В устройстве измерения 3 определяется отношение напряжений U10 и U9. Минимум отношения напряжений (U10/U9) достигается в тот момент, когда входное сопротивление первичного преобразователя будет минимальным. По измеренной величине этого отношения и известной величине сопротивления резистора 8 процессор устройства измерения 3 вычисляет величину входного сопротивления. В момент достижения минимума определяется и запоминается частота гармонического сигнала, вырабатываемого генератором 1. Эта частота при известной геометрической длине сигнального проводника 5 позволяет вычислить коэффициент замедления электромагнитной волны в контролируемом материале. Далее, по вычисленной величине входного сопротивления с учетом вычисленного коэффициента замедления определяется комплексная диэлектрическая проницаемость. По переводным таблицам, заложенным в память процессора, проводится вычисление влажности для конкретного материала. Полученный результат передается с выхода устройства измерения 3 по цифровому интерфейсу (например, RS485) или токовым сигналом 4-20 мА на внешний индикатор.

Необходимо отметить, что в предлагаемом влагомере процесс измерений может быть реализован в двух вариантах.

Первый вариант: генератор 1 с помощью устройства управления 2 перестраивается по частоте таким образом, чтобы отношение (U10/U9) сигналов с выхода измерительной ячейки 6 было минимальным, при достижении минимума устройство измерения 3 производит отсчет частоты зондирующего сигнала и величины входного сопротивления первичного преобразователя.

Второй вариант: устройство измерения 3 выполняет измерения отношения (U10/U9) для ряда частот из диапазона частот вокруг точки минимума, то есть снимается полная частотная характеристика входного сопротивления первичного преобразователя.

Величина сопротивления резистора 8 выбирается исходя из того, что слишком малое его значение ухудшит чувствительность нахождения минимума, а чрезмерно большое - приведет к потере в точности измерения сигнала в минимуме. В опытных образцах влагомера оптимальные результаты получены с номиналом резистора 8 в пределах 20…51 Ом.

При малых влажностях частота резонанса слабо зависит от влажности материала, но зато по значению частоты резонанса можно контролировать количество материала в первичном преобразователе. Объемное количество влаги контролируется по величине входного сопротивления первичного преобразователя, что позволяет определить массовую влажность независимо от степени заполнения первичного преобразователя.

1. Влагомер, содержащий первичный преобразователь, образованный внешним экранным проводником и сигнальным проводником, пространство между которыми предназначено для заполнения контролируемым материалом, при этом первый конец сигнального проводника служит входом первичного преобразователя, а второй конец сигнального проводника соединен с экранным проводником первичного преобразователя так, что в месте соединения между ними образован электрический контакт, генератор зондирующего сигнала, имеющий вход управления и выполненный на основе перестраиваемого по частоте формирователя гармонического сигнала, электронное устройство управления, подключенное к входу управления генератора и выполненное с возможностью управления перестройкой генератора в диапазоне рабочих частот, измерительную ячейку, включенную между выходом генератора и входом первичного преобразователя и содержащую резистор и первый и второй детекторы, причем первый вывод резистора соединен с выходом генератора и с первым детектором, а второй вывод резистора соединен с входом первичного преобразователя и вторым детектором, при этом выходы первого и второго детекторов подключены к устройству измерения, обеспечивающему возможность определения влажности по значению частоты, на которой достигается минимальное входное сопротивление первичного преобразователя.

2. Влагомер по п.1, характеризующийся тем, что в нем устройство управления выполнено в виде синтезатора, формирующего частоту генератора по цифровому коду, задаваемому устройством измерения, включающему в свой состав процессор.

3. Влагомер по п.1, характеризующийся тем, что в нем устройство управления представляет собой аналоговый каскад, выполненный с возможностью перестройки частоты генератора до достижения минимума отношения сигнала с выхода второго детектора к сигналу с выхода первого детектора, а устройство измерения снабжено узлом измерения указанной частоты.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности, для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.

Изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.

Заявленное изобретение относится к способу определения влажности жидких углеводородов и может найти применение в нефтехимической промышленности, лабораторной практике для контроля качества горюче-смазочных материалов, в частности для экспресс-контроля качества авиационного керосина.

Изобретение относится к устройству измерения физических свойств жидкости в емкости. Повышение точности измерения является техническим результатом заявленного устройства, которое представляет собой первый рабочий чувствительный элемент в виде первого резонатора - отрезка коаксиальной линии, заполняемого контролируемой жидкостью, между полым внутренним и наружным проводниками которого размещена совокупность одного или более соосных с ними и вложенных один в другой металлических цилиндров, поочередно короткозамкнутых и разомкнутых на одном из их концов, и эталонный чувствительный элемент в виде второго резонатора, заполняемого эталонной жидкостью, являющегося полостью внутреннего проводника первого резонатора, при этом оба резонатора подключены через соответствующие элементы возбуждения и съема колебаний и линии связи этих резонаторов с соответствующими электронными блоками, выходы которых подсоединены к входу функционального преобразователя, подсоединенного выходом к индикатору.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности волокнистых материалов, и может быть использовано в текстильной и хлопчатобумажной промышленности.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влагосодержания, а также других физических свойств (концентрации смеси, плотности) различных материалов и веществ, перемещаемых по ленточным конвейерам, транспортерам.

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации, при составлении земельного кадастра и т.п. .

Изобретение относится к области измерительной электротехники, а именно к влагомеру для контроля влажности жидких и сыпучих материалов путем измерения их диэлектрической проницаемости. Влагомер содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь высокочастотного сигнала, образованный металлическим основанием и металлическим прутком. В качестве металлического основания применен бункер, трубопровод или лоток. На первом конце прутка закреплен изолятор, пруток вторым концом соединен с основанием. На изоляторе закреплен металлический корпус, внутри которого установлена измерительная ячейка. В первом варианте влагомера на основании установлена металлическая бобышка, выполненная в виде стакана с отверстием в его дне. Корпус с измерительной ячейкой установлен внутри стакана и прижат крышкой-фиксатором к дну стакана. Во втором варианте влагомера на основании закреплены резьбовые шпильки, а корпус с измерительной ячейкой прижат к основанию пластиной с посадочными отверстиями под шпильки и закреплен гайками. Техническим результатом является повышение точности и стабильности измерений в промышленных условиях эксплуатации, обеспечение возможности демонтажа и установки зонда влагомера без изменения настроек. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и контроля насыпи железных дорог и автодорог. Влажность, загрязненность и толщину слоев насыпи определяют с помощью георадара. В составе насыпи железной или автодороги применяют один или несколько слоев отражательного геотекстиля. Отражательный геотекстиль включает электропроводящие элементы. Измеряют электромагнитные сигналы георадара, отраженные от электропроводящих элементов геотекстиля. Результаты численно обрабатывают на ЭВМ. Затухание отраженных электромагнитных сигналов определяют по амплитуде, а показатель преломления - по скорости сигналов. Влажность насыпи определяют по показателю преломления, а загрязненность - по показателю преломления и затуханию сигналов. Толщину и влажность слоев слоисто-неоднородной насыпи определяют по форме годографа отраженных сигналов. Способ является бесконтактным, неразрушающим, быстрым и эффективным. Технический результат заключается в увеличении эффективности и качества обследования насыпи, повышении безопасности на железных дорогах и автодорогах. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к СВЧ-способу определения содержания физической глины и гумуса в почвах, Способ включает измерение показателя преломления почвы с влажностью, превышающей максимальное содержание связанной воды, образцы которой выдерживают в герметическом контейнере в течение 1-2 суток при комнатной температуре, измеряют показатель преломления на частотах f1=0,35 ГГц и f2=1,75 ГГц, находят разность показателей преломления Δn=n(f1)-n(f2), на частотах f1 и f2 одновременно измеряют и показатель поглощения, находят разность показателей поглощения Δκ=κ(f1)-κ(f2) и определяют массовую долю физической глины С в почве из соотношения: и массовую долю гумуса в почве из соотношения: где С - содержание физической глины в почве (в массовых долях); Δn - разность показателей преломления; Δκ - разность показателей поглощения; Н - содержание гумуса в почве (в массовых долях). Повышение точности определения массовой доли физической глины и гумуса в почвах является техническим результатом изобретения. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя. Предложено пять вариантов выполнения первичного преобразователя. Вариант 1 - металлическое основание выполнено в виде прямоугольной рамки, вариант 2 - металлическое основание выполнено в виде полого цилиндра с продольными щелями. Первичные преобразователи указанных вариантов устанавливаются на стержень для контроля материалов в резервуаре. Для контроля проб устройство снабжено кассетой. Вариант 3 выполнен на основе кюветы с дополнительной пластиной-крышкой. В варианте 4 преобразователь выполнен в виде трубы для измерения материалов в потоке под давлением. В варианте 5 устройства внутренний проводник первичного преобразователя совмещен конструктивно с его корпусом, что позволяет встраивать первичный преобразователь в стенку трубы буровой колонны или в стенку камеры бетоносмесительного устройства. Повышение точности измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала непосредственно в резервуарах на разных уровнях, в трубопроводах под давлением, а также в условиях жестких механических воздействий является техническим результатом изобретения. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх