Устройство для измерения влажности

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>935770 (6I ) Донолиителькое w авт, сеид-еу (22)Заявлено 08.10.80{21) 2989078/18-25 с ярисоедкненкен заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.82. Бюллетень М 22

Дата опубликования описания 15 ° 06 . 82 (53)N. Кл . а 01 И 27/02 фкударстатлаыа конатат

СССР ао делам азабретенна н открытнк (53} УДК 543. 257 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.В.Подгорный, А,И.Аверин и Г,П.Глазырин (71) Заявитель (54) уетройСтВО дЛя ИЗМКИНИя ВЛМНОСтИ

Изобретение относится к измери" тельной технике и может быть использовано при измерении влажности жидких и твердых веществ с большой электропроворностью или для измерения диэлектрических параметров веществ.

Известен влагомер, содержащий колебательный контур с включенными в него емкостным датчиком и компенсирующим конденсатором, задающий гене.та ратор и вольтметр. Контур настраивается в резонанс по максимуму напряжения и измеряемая величина определяется по шкале компенсирующего конденсатора. Важным достоинством вла35 гомера является то, что емкость, соответствующая резонансу, не зависит от проводимости, шунтирующей емкость 1 j.

Однако указанный влагомер характеризуется низкой чувствительностью и сложностью автоматизации процесса измерения. Низкая чувствительность обусловлена тем, что при шунтировании контура большой проводимостью снижается его добротность и резонансная характеристика теряет остроту.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения влажности, содержащее колебательный контур с емкостным датчиком и компен. сирующим конденсатором, задающий генератор с двумя выходами, сдвинутыми по фазе на П/2 и последовательно включенные дополнительный генератор, два балансных модулятора, синхронный детектор, усилитель и реверсивный двигатель, ось которого связана с осью компенсирующего конденсатора, причем первый выход задающего генератора через резистор связи связан с icgpeбательным контуром и вторым входом второго балансного модулятора, а второй выход задающего генератора связан со вторым входом первого балансного модулятора, другой выход задаю935770

sin а) t (2) U = Е

30 где R 1(-Ч = ТС(2 где г,» +

7l

2. щего генератора соединен с синхронным детектором (2$.

Однако чувствительность устройства быстро падает с ростом шунтирую" щей контур проводимости, эквивалентной активным потерям в исследуемом материале, это приводит к возраста" нию погрешности измерения и является существенным недостатком устройства, е

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения влажности веществ с большой электропроводностью, Поставленная цель достигается 35 тем, что s устройстве, содержащем колебательный контур с емкостным датчиком и компенсирующим конденсатором, элемент связи, задающий гене"

f ратор и последовательно включенные дополнительный генератор, два балансных модулятора, синхронный детектор, усилитель и реверсивный двигатель, ось которого связана с осью компенсирующего конденсатора, элемент связи выполнен в виде конденсатора, емкость которого определяется соотношением

С =1 8 .Ри RC2, v3 3R внутреннее сопротивление задающего генератора, максимально возможная

Мс кс проводимость анализируемой пробы, зз круговая частота измерений.

На чертеже представлена принципи" альная схема устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1, конденсатор связи 2, колебательный контур 3 и последовательно соединенные дополнительный генератор ч, два балансных модулятора и 6, синхронный детектор 7, усилитель 8, 45 реверсивный двигатель 9.

Элементами колебательного контура

3 являются катушка индуктивности L, емкостный датчик (g и компенсирующий конденсатор С,, ротор которого через редуктор связан с осью реверсивного двигателя 9, Выход задающего генератора 1 непосредственно связан со вторым входом первого балансного модулятора 5 и через конденсатор связи 2 с колебательным контуром и вторым балансным модулятором 6. ф

Влагомер работает следующим образом, Напряжение на измерительном кон" туре U<, поступающее с выхода задаю" щего генератора 1 через конденсатор связи 2, определяется выражением где e = E sin(et - ЭДС задающего генератора;

R внутреннее сопро" тивление задающе го генератора, 1 комплексное сопротивление контура

Напряжение на выходе первого ба" лансного модулятора определяется выражением

Напряжение U ; U и напряжение

U> = U s1J1 t с выхода дополнитель. ного генератора Й поступают на соответствующие входы балансных модуляторов 5 и 6.

Нетрудно показать, что при условии 1 " UPL(C + () = О, фазовый сдвиг между напряжениями на вторых входах балансных модуляторов состав7Г ляет 2 ° где 1(- фазовый угол напряжения на контуре, Ч - фазовый угол напряжения на втором входе первого балансного модулятора 5.

Сигнал фазового рассогласования, поступающий на вход синхронного детектора 7, определяется выражением

М = — "- -" — Ми ь Мни „, (3) С выхода синхронного детектора сигнал фазового рассогласования поступает на фазочувствительный уси5 935770 6 литель 8, управляющий двигателем 9, му чувствительности измерительной который, изменяя емкость компенси- схемы, из условия рующего конденсатора Ск настраивает 86 контур в резонанс. =о, (.и)

Шкала конденсатора прorðàäóèðo- S в

После соответствующих преобразована в единицах измеряемой влажнос(10) (11} ти. ваний из 10 и ll получим уравне" ние

Крутизна преобразования колеба" тельным контуром отклонения 6С ем-, 4. 4 % 4 о 2 ъ <р2. 1, О кости контура от резонансного значе- tO + сЬ Ъ i w Т. СВ 3 е ния в фазовой сдвиг ЬЯ определяется из выражения

Решая уравнение (12) относительно величины (9 Сс В, получим откуда

Д9 (В Ьо, dC 3< 1 (C+C В))+а tQ

С =уиЯ 9 =. (34) utPCcs

5K (— — 1, РМ

< к

Амплитуда напряжения на втором вхо" де первого балансного модулятора 5 определяется выражением где К - постоянный коэффициент. ч„= е .(у.с д а а а а. (9) 3 3

Из 15 видно, что требуемой чувствительности теоретически можно достичь при как угодно большой проводимости. Для этого необходимо, чтобы выполнялось следующее соотношение

Подставляя (7), (8) и (9) в (3), получим

cN СсВ ьС

V Е

Фг 2 К Ю С В1(+ Ф СоВК) юСХ " %3kB) Ьт куда

{1 О) Ugp(0„,Е

d = = к

zc tm а. Chug с X

R q uu c >+(y+(e С )

Определим оптимальное значение емкости связи Сс, соответствующее максимуp-(® Ü (С+СсВ))- аЧ а С= q, (r? или С.(ч), Амплитуда напряжения на контуре определяется выражением

Учитывая диапазон изменения про20 водимости контролируемых веществ, можно всегда обеспечить выполнение условий Rg «2 соответствующим уменьшением внутреннего сопротивления генератора l, тогда из (13) получим

Подставляя (14) в (1О), получим

30 аналитическое выражение для чувствительности преобразователя при оптимальной емкости связи

Таким образом, введение конденсатора связи .между задающим генератором и контуром позволяет повысить

И точность измерения влажноСти веществ с большой электропроводностью за счет повышения чувствительности, упростить влагомер, так как для его

7 935770 8 реализации нет необходимости в гене- тельности измерения, элемент связи раторе с двумя выходами напряжений, выполнен в виде конденсатора, ем" и ых по фазе на— кость которого определяется соотно2 шеи нем

Формула изобретения где Й - внутреннее сопротивление задающего генератора, g, . - максимально возможная дакс проводимость анализируемой пробы, Ж - круговая частота измерения, ВНИИПИ Заказ 4197/43 Тираж 887 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для измерения влажности, содержащее задающий генератор, выход 1Е которого соединен через элемент связи с колебательным контуром, содержащим емкостный датчик и компенсирующий конденсатор, дополнительный генератор, один выход которого соединен с синхронным детектором, а другой выход " с последовательно соединенными двумя балансными модуляторами, синхронным детектором, усилителем постоянного тока и реверсивным дви20 гателем, о. т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствие

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бондзеладзе A.Å. и др. Электронный влагомер. - "Уголь", 1961, 9, с. 34-35, 2. Авторское свидетельство СССР

М 443299, кл. G 01 N 27/22, 1974.