Устройство для контроля структурообразования сложных смесей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>987491

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено .17 ° 07 ° 81 (21) 3321137/18-25 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 07.0183. Бюллетень М 1

3313 М. Кп.з

G 01 N 27/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

t$3) УДК 543. 257 (088. 8) Дата опубликования описания 07.01.83 в ъ

I (72) Авторы изобретения

Э.И.Арш, В.С.Хандецкий и P.Ï.Êîâàëåíêî б,,1 " *. . .

I

Днепропетровский ордена Трудового Красного Ьнамещ .:— государственный университет им.300-летия воссоединения.

Украины с Россией (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ .

СЛОЖНЫХ СМЕСЕЙ

ИзобрЕтение относится к средствам измерения состояния свойств сред в процессе твердения, структурообразования, полимеризации и т.д., в тех случаях, когда контролируемая среда изменяет во времени под действием, например нагрева, свои свойства от проводящих к диэлектрическим, и может быть использовано для неразрушающего контроля в строительной и химической промышленности.

Устройство основано на измерении эквивалентного тангенса угла диэлектрических потерь системы, состоящей из емкостного датчика, контролируемой среды и диэлектрической прокладки (или зазора) между датчиком и средой.

Известно устройство для контроля процесса твердения бетона, которое содержит измерительный автогенератор, выполненный по схеме емкостной трехточки, емкостной датчик с зазором, балансный усилитель, элемент задержки времени, указатель момента появления экстремума и реле. Емкостный датчик является элементом нагруэочного контура автогенератора.

Сигнал в виде постоянной составляющей сеточного тока выделяется на реэисторе в цепи утечки сетки и подается на балансный усилитель постоянного тока, затем через элемент задержки времени на вход указателя момента появления экстремума. При

;окончании основных процессов структурообразования фиксируется момент перехода значения сигнала через экстремальную точку и включается реле.

Это реле сигнализирует об окончании твердения структурообраэования бетона и отключает источники прогрева 1 1.

Однако известное устройство,несмотря на возможность фиксации момента окончания основных процессов структурообразования бетона, имеет низкую точйость определения момента появления экстремума. Этот недостаток связан с тем, что в зависи2О мости эквивалентного тангенса угла потерь Сд сР от тангенса угла потерь среды gd крутизна кривой в области экстремума имеет очень малую величину.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для контроля структурообразования сложных смесей, содер» жащее автогенератор по схеме с оба(ей

ЗО базой и емкостной связью, электро987491 емкостный первичный преобразователь, включенный в качестве элемента параллельного резонансного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенный к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам hMплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки времени, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума в реле.

Измерительный автогенератор собран по схеме с общей базой с емкостной обратной связью. его колебательный контур состоит из индуктивности и емкостного датчика, между пластина- 2О ми которого и контролируемой средой имеется зазор.

В процессе твердения свойства бетона изменяются от проводниковых до диэлектрических. При этом эквива- 25 лентный тангенс угла потерь системы датчик — зазор — бетон изменяется во времени P2 ).

Несмотря на повышение точности определения момента окончания ос- ЗО новных процессов структурообразова- ния бетона, устройство имеет следующие недостатки.

Положение экстремума в характерисtgN) (t) зависит от электромаг- 3S нитных свойств компонентов бетонной смеси (наполнителя, водоцементного отношения, марки цемента и т.п.).

Если при рабочей частоте устройства положение экстремума 1дд () @» приурочено к окончанию основных процессов структурообразования для конкретной бетонной смеси, то при некотором изменении состава смеси из-за изменения ее электромагнитных свойств окончание основных процессов структурообразования может произойти ранее, чем в момента появления экстремума в характеристике tgd (t).

Но так как устройство отключает нагрев в момент достижения максимума, то будет иметь место перегрев смеси, а также снижение качества продукции. Поэтому для эффективной работы устройства необходимо строгое поддержание постоянства системы ком- 55 понентов, что снижает ассортимент контролируемых в процессе нагрева бетонных смесей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой- щ ства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее автогенератор по схеме с общей базой и, емкостной связью, емкостный первич- у ный преооразователь, включенный в качестве элемента параллельного резонансного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки времени, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума и реле, введены два варикапа, полевой транзистор, два конденсатора и три резистора, причем первый:варикап и конденсатор соединены последовательно и подключены к выводам электроемкостного первичного преобразователя, полевой транзистор выводами истоксток подключен к зажимам катушки индуктивности контура автогенератора, точка соединения первого варикапа и конденсатора и затвор полевого транзистора через резисторы подключены к выходу амплитудно".о детектора, второй варикап и конденсатор, соединенные последовательно и включены между эмиттером и коллектором транзистора автогенератора, а средняя точка цепочки второй варикап — конденсатор через резистор подключена к выходу блока умножения.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для контроля структурообразввания сложных смесей.

Устройство содержит измерительный автогенератор 1, амплитудный детектор 2, частотный детектор 3, блок 4 умножения, элементы 5-б задержки времени, указатель 7 момента появления экстремума, реле 8.

К выходу измерительного автогенератора 1 подключены входы амплитудного 2 и частотного 3 детекторов, к выходам которых подключены входы блока 4 умножения. Выход частотного детектора через элемент 5 задержки времени подключен к базе транзистора автогенератора. К выходу блока умножения подключены последовательно соединенные элемент б задержки, указатель 7 момента появления экстремума и реле 8.

Измерительный автогенератор построен по схеме с общей базой на транзисторе 9 с резисторами 10-12, регулирующими режим автогенератора по постоянному току, и конденсаторами 13-15, устанавливающими режим автогенератора по переменному току.

Резонансный контур автогенератора образован электроемкостным преобразователем 1б и катушкой 17 индуктив987491 схьчдэ (14ЬГхек). ((+Бойд )ь д

G<(A4q ю ) С (1+Ьр у ) 45 где С.х tg d"< - емкость и тангенс уг- ла потерь контролиру-. емой средин .50

С tgd> — емкость и тангенс уг»

Ф ла потерь диэлектрической прокладки.

Если принять, mo tgd>+, что .справедливо для прокладок из хоро- 55 ших диэлектриков, например фторопласта, стеклотекстолита и т.п., то из (1) получим

*% х

С d э (2) Таким образом, величина tgdэ saвисит от емкости образца С„, или, 6S ности. К выводам электроемкостного преобразователя подключены цепочка из последОвательно соединенных варикапа 18 и конденсатора 19 и выводы исток-сток полевого транзистора 20.

Средняя точка цепочки через резис- 5 тор 21, а затвор полевого транзистора через резистор 22 подключены к выходу амплитудного детектора. Амплитудный и частотный детекторы через конденсатор 23 подключены к коллекто-10 ру транзистора автогенератора, при:чем между коллектором и эмиттером этого транзистора подключена цепочка из последовательно соединенных варикапа 24 и .конденсатора 25. Средняя точка этой цепочки через резистор,26 подключена к выходу блока умножения.

Электроемкостной первичный преобразователь,.содержащий диэлектрическую

"poêë äêó-зазор 27. Прикл дывается 20 к контролируемой среде 28.

Устройство работает следующим образом.

В процессе структурообразования

cJIoKHHx смесей, например бетона, процессе нагревания свойства среды монотонно изменяются от проводниковых к диэлектрическим. При этом эквивалентный тангенс угла потерь tg d системы электроемкостный первичный преобразователь — зазор — среда 16, 27, 28 изменяются во времени так, что при уменьшении тангенса угла потерь среды до величины дФ„=1+1,42 в характеристике tgd (t) имеет место экстремум. Подбирая рабочую частоту 35 до конкретной твердеющей смеси, переход через максимум можно приурочить к окончанию основных процессов струк-. турообразования.

Величина tgd определяется Форму- 40 лой что то же самое, от диэлектрической проницаемости образца Е„ . A так как величина Е„ в определенном диапазоне . возрастает с увеличением электропроводности образца, то величина

19 с, для более проводящих смесей меньше, чем для менее проводящих. Иначе, чем меньше проводимость смеси, тем больше-tg d

С другой стороны, с увеличением начальной проводимости твердеющей смеси, например бетона, основные процессы структурообразования в процессе нагревания заканчиваются раньше, т.е. при значениях, 1до „, превышающих tgd"„= 1+1,42, соответствующих экстремальному значеиию

tgd . Но так как устройство отклю- . чает нагрев в момент достижения экстремума tgd" то в данном случае будет иметь перегрев смеси, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии и ухудшению качества материала. Учитывая, что величина

tg d обратно пропорциональна частоте со, можно, увеличивая ш, искусственно уменьшить tgd » смеси до значений tgd»= 1+1,42, соответствующих экстремальному tgd ». Для этого использована .цепочка из варикапа 18, разделительного конденсатора 19 и резистора 21.

Выходное напряжение амплитудного детектора 2 пропорционально величине tgd" электроемкостного преобразователя 16 и отрицательно, причем модуль максимальной величины этого напряжения меньше Е . При контроле смесей, проводимость которой выше образцовой, величина выходного напряжения детектора 2 меньше по модулю и, соответственно, больше разность потенциалов, приложенная к варикапу

18. Это означает, Что емкость варикапа 18 уменьшается, увеличивая частоту ю контура и приближая тем самым, величину tgd"» к значениям

tgd"z 1+1,42, характеризующим область экстремума.

Для того, чтобы добротность контура автогенератора из элементов1 16.20 при изменении емкости варикапа 18 не менялась, к зажимам катушки ин.дуктивности подключен шунтирующий управляемый резистор, в качестве которого использован полевой транзистор 20. При уменьшении по модулю, выходного напряжения амплитудного детектора 2 емкость варикапа 18 уменьшается, увеличивая добротность контура; Но так как при этом уменьшается и отрицательное напряжение на затворе полевого транзистора 20 (КПЗОЗ), то сопротивление исток-сток уменьшается, приводя тем самым добротность контура к исходноау значению.

987491

Преимущества устройства". высокая чувствительность контроля и более простая схема, характеризующаяся меньшими порциальными погрешностями. Устройство не предполагает также погружения зондов в контSO

Напряжение на выходе частотного детектора 3 зависит от эквивалентной емкости С системы электроемкостный первичный преобразователь 16зазор 27 — твердеющая смесь 28.Емкость С начинает уменьшаться, главным образом, в окрестности экстремума в зависимости tgd" (t). Напряжение с выхода частотного детектора

3 подается на второй вход блока умножения 4, а также в цепи обратной 10 связи по постоянному току на базу транзистора 9. Влияние этой обратной связи, а также переумножение выходных сигналов детекторов 2-3 приводит к более резкому изменению )5 величины tgd при переходе через экстремум.

Выходное напряжение блока 4 ум— ножения через согласующий резистор

26 подается на варикап 24. При контроле сред со сравнительно большой злектропроводностью величина tg cPy мала, соответственно этому мало вы ходное напряжение амплитудного 2 и частотнот О 3 детекторов, а также по- ложительное выходное напряжение блока 4 умножения. Вследствие этого емкость варикапа 24 имеет значительную величину, и соответственно увеличивается коэффициент положительной обратной связи транзисторного автогенератора. Это приводит к увеличению амплитуды напряжения автогене. ратора, работающего в недонапряженном режиме, противодействуя тем самым уменьшению амплитуды за счет влияния ада . Величина результирующего измененйя амплитуды аБ и в этом случае мала. В случае контроля .сред со сравнительно малой электропровбдностью, когда tg dз сравнительно ве- 40 лик, выходное напряжение блока 4 умножения велико, соответственно этому уменьшается емкость варикапа

24 и коэффициент положительной обратной связи. Это вызывает уменьшение 45 амплитуды гармонического напряжения, и, следовательно, увеличение результирующего напряжения ьП. ролируемую смесь, что упрощает его эксплуатацию. формула изобретения

Устройство для контроля структурообразования сложных смесей, содержащее автогенератор по схеме с общей базой и емкостной связью,. злектроемкостный первичный преобразователь, включенный в качестве зле= мента параллельного резонансного контура, амплитудный и частотный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенная между выходом частотного детектора и базой транзистора автогенератора, последовательно соединенные второй элемент задержки времени, подключенный к выходу блока умножения, указатель момента появления экстремума и реле, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, в устройство введены два варикапа, полевой транзистор, два конденсатора и три резистора, причем первый варикап и конденсатор соединены последов тельно и подключены к выводам электроемкостного первичного преобразователя, полевой транзистор выводами исток-сток под-. ключен к зажимам катушки индуктивности контура автогенератора, точка соединения первого варикапа и конденсатора и затвор полевого транзистора через резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, второй варикап и конденсатор соединены последовательно и включены между эмиттером и коллектором транзистора автогенератора, а средняя точка цепочки второй варикап — конденсатор через резистор подключена к выходу блока умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 362242, кл. а 01 Н 27/22.

2. Авторское свидетельство СССР

М 742784, кл. G 01 N 27/22 (прототип) .

987491

1Г

Составитель А.Синицын

;Редактор С.Патрушева Техред О.Неце Корректор Г Огар

Заказ 10284/30 Тиран 871 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Уигород, ул. Проектная, 4