Устройство для измерения влажности

 

(72) Авторы изобретення

Э.А.Мельников и Е. В. Коваленок

Курский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к физико-хи-. мическому анализу и может быть использовано для определения влагосодержания сыпучих и жидких материалов.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее ферритовый

3 трансформатор, первичная обмотка котдрого соединена с выходом высоко-. частотного генератора, а вторичная обмотка разделяется на две средней точкой, и обе половины включаются в разностную схему. В одно плечо включается емкостной датчик, а в другое эталонный конденсатор 1 1.1.

Наличие активной проводимости. вещества не обеспечивает возможности балансирования до нуля разностной схемы, у которой в плече сравнения имеется этапонная емкость. Для повышения точности в этом устройстве первичная обмотка соединяется со вторичной посредством конденсатора.

Однако такой конденсатор в состоянии сбалансировать схему в одной точке с определенными значениями емкостной и активной составляющих и не может обеспечить достаточной точности измерения в широком диапазоне изменений активной и реактивной составляющих датчика, тем более в широком диапазоне частот.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля состава смесей по величине электропроводности, содержащее генератор переменного тока, замкнутый магнито» провод с обмоткой, соединенной с одним выходом генератора, приемный замкнутый иагнитопровод с измерительной обмоткой, синхронный детектор, один вход которого соединен со вто- рыи выходом генератора, другой — с измерительной обмоткой, а выход синхронного детектора включен на вход измерительного устройства C2).

Однако известное устройство не позволяет измерить влажность материала с высокой точностью.

3 85 I . .

Цель изобре. теш!ч поищи!ение i oL} ности измерения .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство содержащее генератор переменного тока, замкнутый

5 магнитопронод с обмоткой, связанной с одним выходом генератора, приемный замкнутый магнигопровод с измерительной обмоткой, синхронный детектор, один вход которого соединен со 1О вторым выходом генератора, а другой— с измерительной обмоткой, а выход синхронного детектора включен на вход измерительного устройства, введен датчик с электродами, которые соединены проводящей перемычкой так,что образуют с ней замкнутый контур, причем перемычка проходит через отверстия магнитопроводов, кроме того, в устройство дополнительно введен измеритель амплитуды, вход которого также соединен с измерительной обмоткой, а выход — с измерительным устройством.

На фиг.l изображена конструкция датчика; на фиг.2 — блок-схема устройства для измерения влажности.

Датчик, входящий в измеритель влажности, состоит из двух электродов

1 и 2,которые-могут быть плоскими зв или, в зависимости от назначения, иметь иную конфигурацию. Электроды соединены друг с другом посредством проводящего стержня 3 и помещаются в материал 4, влажность которого 55 подлежит измерению. Электропроводящий стержень 3 проходит через центральные отверстия передающего

5 и приемного 6 ферритовых колец.

На кольцах расположены тороидаль- 4б ные обмо1ки: передающие 7 и 8 на передающем кольце 5 и приемная 9 на приемном кольце 6. Феррнтовые кольца с обмотками заключены в диэлектри.ческую изолирующую оболочку IO. 45

Передающие обмотки 7 и 8 связаны с выходами генераторов 11 и 12. Приемная обмотка 9 связана со входом широкополосного усилителя 13, имеющего два выхода. Один из выходов усилителя 13 соединен.с первыми входами синхронных детекторов 14 и 15, другой— со схемой 16 разделения частот. Вторые входы синхронных детекторов 14 и 15 соединены с выходами генераторов ss

11 и 12. Выходы синхронных детекторов 14 и 15 и выходы схемы !Ь разделения частот с<и.ливены сo входами

N 4 блока 17 обр !бо!ки информации, выход которого соединен со входом индикаторного устройства !8.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим сначала работу с использованием одного частотного канала.

Переменный ток от генератора 12 с частотой о « протекает по передающей обмотке 7 передающего кольца 5, создавая в нем магнитный поток, равный ф «Р !17 !Ц 5 5» tl LU Ь, 3у

2ii r

5 где ц =4 Ь ° «О Гн/М;

ГО

4 CJlO BHTK0B О6МОТКН 7

Sg — поперечное сечение кольца 5;

r> — средний радиус кольца 5; — относительная проницаемость .

5 кольца 5; — амплитуда тока в обмотке 7.

В соответствии со вторым уравнением Максвелла этот переменный поток возбуждает в перемычке 3 ЭДС

dy — (2) сК

Эта ЭДС возбуждает в замкнутом контуре, образованном перемычкой 3, электродами 1 и 2 и промежутком,заполненным исследуемым веществом, электрический ток, состоящий из двух компонентов — тока смещения, вызванного. диэлектрической проницаемостью вещества, и тока проводимости, вызванного отличной от нуля проводимостью промежутка между электродами 1 и 2, заполненного веществом 4.

В комплексной форме этот ток может быть записан в виде

Е

)(Ъ)

" 5M«C« где 1 = k ф„- j 6..) — емкость промежутка I и 2, заполненного веществом 4; где Еп — составляющая активных потерь вещества;

E — диэлектрическая проницаемость вещества;

К вЂ” геометрический коэффициент электродов, Таким образом, модуль комплекса тока, протекающего по перемычке 3, равен Š— — (4) цу 2 + 2

85! 2 38

5 фаза тока очевидно равна

9 = ьгc, t,g — (5)

1п

Я

Таким образом, мы имеем два неизвестных Я„и Я. два уравнения (4 ) и (5 }. Следовательно, система разреши«а. Для нахождения Е< и f необх: димо определить модуль и фазу тока 1 известно, поскольку она определяется известными величинами " значением !О тока генератора 12, числом витков обмотки 7,материалом и формой кольца 5.

Дальнейшая схема измеряет модуль и фазу тока Д . При протекании тока !5

Д по перемычке 3 он возбуждает магнитный поток в приемном кольце 6, величина которого равна, Ф6= 1 0Мь „" с !п(„, + р„„), (6) 2ЖГ ь

Ь

При наличии смеси иэ нескольких веществ для правильного измерения влажности необходимо знать значенияз„и с для каждого вещества. С этой целью система имеет несколько генераторов с разными частотами СО<> и т.д. генераторы Il, 12 и т.д.) и несколько синхронных детекторов 14

I5 и т.д. Схема 16 разделения частот в этом случае разделяет на выходах сигналы с разными частотами 4 4, 4)g и т.д. Синхронные детекторы выделяют также сигналы, пропорциональные амплитудам и фазам токов, частоты которых равны частотам генераторов, напряжение которых используются в качестве опорных -в соответствуяцих синхронных детекторах.

Предлагаемое устройство ооэволяет повысить точность измерения влажности. где Ио !

Этот обмотке — магнитная проницаемость кольца 6; средний радиус кольца 6, магнитный поток наводит в

25 где Ф/ — число витков обмотки 9. 30

Сигнал с выхода обмотки 9 усиливается усилителем 13 и поступает на один из входов синхронного детектора 15, на опорный вход которого подается переменное напряжение с гене- З5 ратора 12. Выходное напряжение синхронного детектора пропорционально амплитуде и фазе выходного сигнала усилителя 13, т.е. амплитуде и фазе

Сигнал с выхода усилителя 13 через схему 16 разделения частот по соответствующему выходу поступает в блок !7 обработки информации, который преобразует сигнал с выхода 45 усилителя 13, пропорциональный амплитуде тока 3„, и с выхода синхронного детектора 14, где сигнал пропорционален и амплитуде и фазе, в величины и Я и далее в напряжение,пропор- 50 циональное влажности. Это напряжение поступает на вход индикаторного устройства 18, где уже иидицируется значение влажности.

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности, . содержащее генератор переменного тока, замкнутый магнитопровод с обмоткой, связанной с одним выходом генератора, приемный замкнутый магнитопровод с измерительной обмоткой, синхронный детектор, один вход которого соединен со вторым выходом генератора, другой — с измерительной обмоткой,а выход синхронного детектора включен на вход измерительного устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен датчик с электрддами, которые соединены проводящей перемычкой так, что образуют с ней замкнутый контур, причем перемычка проходит через отверстия магнитопроводов, кроме того, в устройство дополнительно введен измеритель амплитуды, вход которого также соединен с измернтельной обмоткой, а выход— с измерительным устройством.

Источники информации, принятые во вныкание при экспертизе

I.Àâòîðñêîå свидетельство СССР

Ф 437957 G 01 М 27/22, .!972.

2. Авторское свидетельство СССР

У 659944, кл. G О! М 27/02, 1977 (прототип).

851238

Составитель М Кривенко

Редактор И. Михеева - Техред С.Мигунова Корректор H. Вабинец

Заказ 6342/61 Тираж 907 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раусшкая наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4