Преобразователь влажности

 

ОП ЫСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсник

Социалистические . республик »>873094 (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено04. 12. 79 (21) 2868172/18-25 с 1трисоединенмем заявки М (28) Приоритет

Опубликовано 15. I 0, 81 . Б>оллетень № 38

Дата опубликованмя описания 17. 1О .81 (5! )М. Кл.

G 0I М 27/02

3Ъоударстееиаый комитет

СССР ао делам изобретеиий и открытий (53) УДК 543.257, (088. 8) (72) Авторы изобретения

Л. Г. Озирный, Б. Н. Гриб и К. П ко украинское научно-производственное ение (7I) Заявитель

> целлюлозно-бумажной промьппленности (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к области физико-химического анализа, в частности к определению влажности материалов, например бумаги, картона, прессовых сукон, зерна, сахара и т.д., в целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности и других отраслях народного хозяйства. „

Известен микроволновый влагомер, в качестве чувствительного элемента

lO в котором-используется объемный СВЧрезонатор, настраиваемый на две частоты. Одна иэ них, частота, на котОрой производятся .измерения, создает электрическое поле, "обволакивающее"

15 рабочую поверхность резонатора и взаимодействующее с-объектом измерения.

Изменение влажности объекта приводит к изменению рабочей частоты. Вторая эталонная частота образует поле внутри самого резонатора. Разность между эталонной и рабочей частотами резонатора, измеряемая специальным детектором по максимумам резонансных кривых, служит мерой влажности объекта (1).

Недостатком данного влагомера является зависимость точности измерений от колебаний температуры и механических деформаций,вызывающих изме- нение объема резонатора.

Наиболее близким к предложенному является преобразователь влажности, выполненный в виде двухпроводной длинной линии в форме однородных катушек с диэлектрическими каркасами, рабочие грани .которых расположены в плоскости параллельной плоскости измеряемого материала, в данном преобразбвателе медный провод диаметром 0,16 мм намотан на пластинчатые изоляционные каркасы длиной 1.00 мм, шириной 25 мм и толщиной 2 мм. Этот преобразователь (датчик) питается от генератора синусоидального напряжения частотой колебания 10-20 мГц 52.1

Недостатками данного преобразова. еля являются низкая чувствительность

873094 и незначительный диапазон измерения что ограничивает область его применения и требует периодической настройки режима работы преобразователя при изменении участка измерения параметра бумажного полотна на технологической линии, что требует значительных затрат времени и в условиях эксплуатации практически невозможно из-за отсутствия соответствующей аппаратуры. 10

Целью изобретения является повышение чувствительности в диапазоне измерений.

Поставленная цель достигается тем, :что в преобразователе влажности, вы-; ,полненном в виде двухпроводной длинной линии в форме однорядиых катушек с диэлектрическими каркасами, рабочие грани которых расположены в плоскости, параллельной плоскости измеряемого материала, катушки двухпроводной длинной линии установлены под углом друг к другу с возможностью его изменения.

Усиление эффекта в отношении диапазона измерения с целью его расширения без снижения чувствительности достигается тем, что в указанном ™реобразователе каркасы катушек выполнены в виде прямых призм, преимущественно

;треугольных.

Повышение чувствительности преобразователя в некотором диапазоне достигается sa счет согласования его волнового сопротивления с волновым со35 противлением исследуемого материала .1 4 в диапазоне измеряемых влажностей.

Эффект согласования -достигается плавным изменением расстояния между катушками по их длине (так как катуш40 ки находятся под углом друг к другу), что обеспечивает плавное изменение по длине катушек. и волнового сопротивления датчика. Это обеспечивает для некоторого участка длинной линии приближенное равенство его волнового

45 сопротивления волновому сопротивлению исследуемого материала. Теперь в месте равенства волновых сопротивлений исследуемый материал становится как бы. продолжением датчика, одной с ним системой, что приводит к хорошему проникновению электромагнитного поля в исследуемый материал. В свою очередь, из-эа значительной величины относительной диэлектрической про- 55 ницаемости воды (83), содержащейся в исследуемом материале, значительно изменяются С,eL, k, смещаются пучносt ти напряжения и, в конечном счете, изменяется потенциал в конце линии, где присоединен индикатор. При этом диапазон измерения влажности обеспечивается диапазоном согласования волновых сопротивлений датчика и исследуемого материала. Как известно, волновое ((характеристическое) сопротивление материала можно определить по формуле где,й. — абсолютная магнитная проницаемость;

K — абсолютная диэлектрическая проницаемость исследуемого материала; — относительная магнитная и диэлектрическая проницаемость исследуемого материала (в основном воды).

Поскольку относительная магнитная проницаемость абсолютного большинства веществ, близка к единице, можно приблизительно определить диапазон возможных волновых сопротивлений исследуемых материалов,до формуле (11, при, этом учтено, что / = 377. Так, ec&o ли содержание воды в исследуемом материале равно от 1007. до 1Ж, то его волновое сопротивление приблизительно равно ото .„ 40 Ом до Ф „, < 240 Ом

Такой дйапазон волновых сопротивлений вдоль катушек датчика обеспечивается их расположением под углом. Ми. нимальное значение волнового сопротивления (Я = 4p Ом) будет в области сближения катушек, а максимальное зна чение Я = 240 Ом - в месте их наибольшего удаления друг от друга.

Пользуясь известной формулой

110 Лд

У=

g .Ь (g) i где - расстояние между гранями катушекк;

Ь - ширина грани; - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха, можно определить, при каких размерах

3 и 3 волновое сопротивление преобразователя принимает соответственно значения; ф 40 Ом и У = 240 OM. Далее, зная длину катушек, находим угол, под которым катушки располагаются по отношению друг к другу. Этот угол при35

8730 близительно равен (5 . Величина, найденная расчетным путем, хорошо согласуется со значением, найденным в процессе настройки.

Изменение расстояния .между катушками прицодит к изменению погонной ем кости длинной линии в больших пределах. Этим достигается некоторый диапазон изменения волнового сопротивления .и постоянной сдвига фазы датчика.

В свою очередь, широта диапазона изменения Я и aL позволяет выбрать такой режим работы. преобразователя, при котором на его выходе (на конце длинной линии), где подключен детектор с инди катором, будет заданная, точка пучност напряжения стоячей волны. Таким обра-. зом, расположение катушек двухпроводной длинной линии под углом друг к другу с воэможностью его изменения обеспечивает преобразователю высокую чувствительность измерения в некотором диапазоне измерительного параметра. Более значительный диапазон измерения с сохранением чувствительности может быть достигнут в таком преобра-, зователе выбором сечения каркаса катушек ° ((аиболее оптимальным является сечение в виде неравностороннего прямоугольного треугольника. При этом каркасы располагают друг к другу меньшими гранями. Каркасы катушек могут быть выполнены также в виде прямых четырехугольных призм равно и неравносторонних. Рекомендуется при использовании прибора в области высоких влажностей располагать катушки большими площадями противолежащих граней.

Таким образом, взаимное расположение катушек, форма каркаса взаимосвязанно обеспечивают чувствительность преобразователя, расширение диапазона измеряемых частот, а также эффективность регулировки параметров преобразователя.

На фиг. 1 изображена блок-схема . предложенного влагомера; на фиг.2— конструкция чувствительного элемента преобразователя в двух проекциях.

На блок-схеме (фиг. 1) генератор 1 высокочастотных электромагнитных колебаний подключен выходом на вход преобразователя 2, к выходу которого подключен детектор 3. Выход детектора 3 подключен на один иэ вы-, ходов сравнивающего, устройства 4, на второй вход которого подключен выход источника 5 компенсирующего напряже5 (О (5 и

94 6 ния. Выход устройства 4 подключен к индикатору .7 через аттенюатор б с переключателем диапазонов измеряемых влажностей. К выходу аттенюатора 6 мо" жет подключаться регистрирующее устройство 8, например цифровой индикатор или самопишущий прибор. Устрой" ство содержит также каркас 9 треугольного сечения с обмоткой 10.

Устройство работает следуннцим об" разом.

От генератора 1 синусоидальйые колебания высокой частоты подаются на вход преобразователя 2 (отрезки длинной линии в виде катушек, намотанных на трехгранные каркасы). В отрезках длинной линии устанавливается режим стоячих волн, благодаря тому, что волновое сопротивление линии значительно меньше сопротивления нагрузки, в качестве которой служит детектор 3, сравнивающее устройство 4 и индикатор 7.

В исходном состоянии, когда в электромагнитном поле преобразователя 2 не вносится исследуемый материал, на концах длинной линии устанавливается определенное напряжение высокой частоты, которое детектируется детектором 3 и попадает на один из входов сравнивающего устройства 4. Регулировкой компенсирующего напряжения, поступающего в блок -5, добиваются равенства нулю выходного напряжения сравнивающего устройства 4, в зт6м случае индикатор покажет нуль. При внесении исследуемого материала в электромагнитное поле длинной линии 2 изменяется длина стоящей волны иэ-эа того, что изменилась диэлектрическая проницаемость пространства возле линии и погонная емкость линии, а следовательно, и ее волновое сопротивление. Это вызывает изменение длины волны и смещение пучности напряжения на выходе длинной линии, а значит, н на выходе детектора 3. Нарушается баланс двух напряжений, подаваемого с блока 5, и выходного напряжения детекто1 ра 3, и. на выходе сравнивающего устройства 4 появляется сигнал, который подается на индикатор 7 через аттенюатор 6. При этом переключением резисторов аттенюатора 6 выбирают нужный диапазон измеряемых влажностей индикатором 7. Сигнал с выхода аттенюатора 6, кроме индикатора, может подаваться;и на цифровой вольметр и самопишущий прибор, если их подключить к вы1.Преобразователь влажности, выпол-ненный в виде двухпроводной линии в форме однородных катушек на плоских

ВНИИПИ Заказ 9022/68

Тираж 910 Подписное

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

7 873094 8 ходу аттенюатора 6. Если чувствитель- диаметрических каркасах, рабочие граность преобразователя 2 недостаточна, ни, которых расположены в плоскости, то ее можно увеличивать, регулируя параллельной плоскости измеряемого. величину угля между катушками. материала, отличающийся

Влагомер имеет стабильные показа- 5 тем, что, с целью повышения чувствииия, когда исследуемый материал при тельности измерения, катушки установповторных измерениях одинаково фикси- лены под углом друг к другу с возможруется (располагается на одинаковых ностью его изменения. расстояниях .от плоскости катушек). 2. Преобразователь по и. 1, о т—

Устройство, в котором используется f0 л и ч а ю шийся тем, что каркасы преобразователь, имеет более простую катушек выполнены в виде прямых призм. конструкцию, удобно в настройке и экс- Источники информации, плуатации. принятые во внимание при экспертизе

Лихтер А.Д. и др. Приборы для

15 измерения влажности бумажного полотФормула изобретения на. M., 1971, с. 23-24.

2. Разработка переносного прибора для определения влажности прессовых сукон. Отчет УкрНПОБумпром, регистр

2o ¹ 72041716, Киев.