Диэлькометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик но989435 (61) Дополнительное к авт. свид-ву- . (22) Заявлено 2306 81 (21) 330б910/18-25

Р М Кд з

G 01 М 27/22 с присоединением заявки HP—

Государственный комнтет

СССР

R0 делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0183. Бюллетень Йо 2 (ЩУ ф(543.712 (088.8) Дата опубликования описания 150183 (72) Авторы изобретения

С.С. Галушкин, Е.С. Кричевский, A A Соколо

Л.P. Саванович, В.Н. Смирнов и В.М. ту

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябр кой 37еводвцнн и ордена Трудового Красного Знамени горный нстнтут им. Г.В. Плеханова (71) Заявитель

ДИЭЛЬКОИЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано в различных отраслях народного хозяйства для контроля состава материалов, в которых изменяется, например, влажность или процентное содержание какой-либо компоненты, вызывающих изменение диэлектрической проницаемости. ". 10 .Известен диэлькометр, содержащий емкостный первичный преобразователь,вклю ченный в контур измерительного генера- . тора, опорный генератор, смеситель частот обоих генераторов и регистрирующий прибор. Наличие второго канала позволяет компенсировать отчасти помеху в первичном преобразователе и помеху, связанную с нестабильно стью генераторов. Для Этого необходимо оба генератора делать строго идентичными (1 .

Однако эти устройства обладают высокой погрешностью:измерений, которая связана с зоной нечувствительности смесителей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является диэлькометр, состоящий из резистивного первичного преобразователя, включенного через управляемюй преобразователь нагрузки s контур высокочастотного опорного генератора емкостного первичного преобразователя, включенного в контур высокочастотного измерительного генератора. Выходи обоих генераторов заведены на разные входы смесителя, выход которого подключен к блоку усиления, фильтрации и преобразования в постоянное напряжение, а тот в свою очередь соединен с входом блока регистрации. При изменении влажности среды изменяется ее диэлектрическая проницаемость и активное сопротивление. Частота из-. мерительного. генератора является функцией от этих двух параметров среды. Частота опорного генератора является функцией только активного сопротивления среды, так как резистивный первичный преобразователь, включенный через преобразователь в контур этого генератора, находится в постоянном электромагнитном поле °

Поэтому разностная частота, снимаемая с выхода смесителя, который производит операцию вычитания частот опорного н измерительного генераторов, зависит только от диэлектрической проницаемости среды, помещенной в емкостный первичный преобразователь.

989435

Затем разностная частота усиливается, отфильтровывается от высших гармоник и преобразуется в сигнал постоянного напряжения, который фиксируется в блоке регистрации 2 7.

Однако при малом приращении емкос- 5 ти, что бывает при технологическом контроле, например, чистых диэлектриков, частоты обоих генераторов близки друг к другу., В этом сЛучае происходит, как принято называть в радио- » технике, захват частот, т.е. оба генератора.начинают работать на одной частоте. При этом на смесителе выделяются нулевые биения, а на выходе устройства получается псевдонулевой отсчет. Кроме того, у всех известных смесителей наблюдается зона нечувствительности, которая составляет

50-100 Гц. Это, как правило, в известных устройствах выливается в виде погрешности измерительного тракта, равной 1-2%.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем,?5 что в диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, бло- ЗО ка регистрации, дополнительно введены первый и второй блоки формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель частоты и такто- 3 вый генератор, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам оответственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к пер-4р вому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока рас- 45 пределения сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразователя заведен на вход .блока регистрации.

При этом блок арифметического преобразователя содержит четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, управляющие входы управляющих ключей являются управляющими входами блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управляющего ключа подсоединен к шине "Земля", измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифмети- 64» ческого преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго, третьего управляющих ключей соедине- 65 ны соответственно с нулевым входом, входом прямого и входом обратного счета реверсивного счетчика, а выход четвертого управляющего ключа является выходом блока арифметического преобразования.

Причем блоки формирования сигналов состоят из последовательно соединенных усилителя, оптронной развязки и ограничителя.

Такой диэлькометр позволяет производить контроль состава материалов с высокой точностью за счет введения блока арифметического преобразования и двух блоков формирования сигнала, которые позволяют полностью освободиться от гальванической связи между измерительным и опорным высокочастотными генераторами.

На чертеже представлена блок-схема диэлькометра.

Емкостный первичный преобразователь 1 подключен в контур измерительного высокочастотного генератора 2, выход которого соединен с входом первого блока формирования сигнала 3, состоящего иэ последовательно включенных усилителя 4, оптронной развязки 5 и ограничителя 6. Выход первого блока формирования сигнала соединен со вторым .измерительным входом блока арифметического преобразователя 7, первый измерительный вход которого подключен к выходу опорного генератора 8 через второй блок формирования сигнала 9. Последний включает в себя, как и первый блок формирования сигнала 3, последовательно соединенные усилитель 10, оптронную развязку 11 и ограничитель 12. Тактовый генератор 13 через делитель 14 подключен ко входу блока распределения сигналов 15, первый, второй, третий и четвертый выход которого подсоединены к соответствующим управляющим входам блока арифметического преобразования 7. Блок арифметического преобразования включает в себя первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 управляющие ключи и реверсивный счетчик 20. управляющие входы управляющих ключей 16 — 19 выведены на первый — четвертый управляющие входы блока арифметического преобразования. 7, а измерительные входы соответственно подключены к шине

"Земля", к выходам второго блока формирования сигналов 9, первого блока формирования сигналов 3 и квыходу реверсивного счетчика 20.

Выходы управляющих ключей 16 — 19 соединены соответственно со входами. счетчика 20 (нулевым входом, входом прямого счета, входом обратного счета } и с выходом блока арифметического преобразования 7.

Диэлькометр работает следующим образом.

989435 кочастотиый сигнал строго стабильной частоты в делитель частоты 14, где происходит деление на такое псстоянное число, чтобы с выхода его поступал на вход блока распределения .сигналов 15 сигнал, частотой f4 1 Гц.

В блоке распределения сигналов 15 вырабатываются прямоугольные импульсы управления с крутыми передними и задними. фронтами постоянной длительО ности t 1 с. При этом управляющие импульсы поочередно проходят на первый, второй, третий и четвертый выходы. По приходу управляющего импульса на первый управляющий вход блока арифметического преобразования 7 первый управляющий ключ 16 открывается и пропускает потенциал, равный 0 (от шины "Земля"), на нулевой вход счетчика 20, в результате чего уст« ройство приводится в исходное состояние, т.е. во всех разрядах счетчика

20 записываются нули. После этОго следует пауза, а затем поступает второй импульс на второй управляющий вхо) блока арифметического преобразования 7. Открывается второй управляющий кхиоч 17 и закрывается первый управляющий ключ 16, а сигнал с выхода опорного высокочастотного генератора 8 через второй блок формирования сигналов 9 и второй управляющий ключ 17 поступает на вход прямого счета счетчика 20. В разрядах счетчика 20 записывается число, равное частоте. опорного высокочастотного —генератора З.По истечении очередной паузы с блока распределения сигналов

15 поступает управляющий импульс на третий управляющий вход блока арифметического преобразования 7. При этом третий управляющий ключ 18 открывается, а второй управляющий ключ .

17 закрывается и сигнал от измерительного высокочастотного генератора

2 через первый блок формирования сигналов 3 и третий управляющий. ключ

18 поступает на вход обратного счета счетчика 20 ° Таким образом,.в разрядах счетчика 20 записывается число, равное разности частот высокочастотного опорного генератора и высокочастотного измерительного генератора. Это число пропорционально величине контролируемого .параметра и оно остается запомненным до прихода очередного импульса на нулевой вход счетчика 20. После паузы с блока распределения сигналов 15 на четвертый управляющий вход блока арифметического преобразования 7 поступает импульс, управляющий ключ 19 открывается, а управляющий ключ 18 за- . крывается. С выхода счетчика 20 сигнал через управляющий ключ 19 поступает на вход блока регистрации 21, где фиксируется и запоминается до

Через емкостный первичный преобразователь 1 пропускается материал, в котором меняется состав (влажность

:или процентное содержание какой-либо компоненты). При этом изменяется (диэлектрическая проницаемость-мате,риала в целом, а, следовательн0; электрическая емкость первичного преобразователя 1. В соответствии с этим изменяется частота измерительного высокочастотного генератора 2, так как первичный преобразователь 1 включен в его колебательный контур.

С выхода измерительного высокочастотного генератора 2, высокочастотный сигнал поступает на вход блока формирования сигнала 3, где усиливается по амплитуде усилителем 4, проходит оптронную развязку 5 и ограничивается по амплитуде ограничителем б.

Таким образом, на выходе первого 2Q блока формирования сигналов 3 сигнал имеет прямоугольную форму с частотой следования импульсов, равной частоте измерительного высокочастотного генератора 2. При этом оптронная раз- 25 вязка 5 позволяет осуществить развязку выхода первого блока формирования сигналов 3 с его входом близкой к идеальной. Этот сигнал поступает на второй измерительный вход блока ЗО арифметического преобразования 7.

Опорный высокочастотный генератор 8, собранный иа идентичных элементах, как и измерительный высокочастотный генератор 2, посылает на вход втоРо- З5

ro блока формирования сигнала 9 сигнал постоянной (опорной) частоты, равный частоте измерительного высокочастотного генератора 2 в случае нулевого значения контролируемой компоненты. Сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 во втором блоке формирования сигналов 9 подвергается такой же обработке, как и сигнал с измерительного высокочастотного генератора 2 в первом блоке фор- 45 мирования сигналов 3, для чего используется усилитель 10, оптронная развязка 11 и ограничитель 12. Таким образом, на первый измерительный вход блока арифметического преобразования 7 поступает сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 в виде прямоугольных импульсов.

На первый, второй, третий и четвертый управляющие входы блока арифметического преобразования 7 поочередно с интервалом в одну и более секунду поступают прямоугольные импульсы инфранизкой частоты (f 4 1 Гц) с первого, второго, третьего и четвертого выходов блока распределения сигналов 15. Блок распределения сигналов 15 запитан через делитель частоты 14 от тактового генератора 13.

Тактовый генератор 13 посыпает высо- 65

989435 следующего отсчета. Выходная информация пропорциональна вносимой в контур высокочастотного измерительного генератора 2 электрической емкости .анализируемого материала, а следовательно, является количествен ной мерой контролируемой компоненты материала. После этого цикл работы устройства повторяется..

Таким образом, погрешность в бло ке арифметического преобразования 10 при вычитании частот сводится к минимальной, так как число разрядов счетчика можно увеличивать до необходимой величины.

Использование предлагаемого ди- 35 элькометра позволяет значительно снизить погрешность измерительных блоков диэлькометрических влагомеров и концентратомеров., 20

Формула изобретения

1. Диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, блока регистрации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ-, ности измерений, в него введены два блока формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель чаетоты и тактовый генератор, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам соотвеТственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к первому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока распределения. сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока. арифметического преобразования подключен к входу блока регистрации.

2. Диэлькометр по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок арифметического преобразования включает в себя четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, при этом управляющие входы управляющих ключей являются управляющими входами блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управляющего ключа подсоединен к шине "Земля", измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифметического преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго, третьего управляющих ключей соединены соответственно с нулевым входом,. входом прямого и входом обратного счета реверсивного счетчика, а выход четвертого управляющего ключа является выходом блока арифметического преобразования.

3. Диэлькометр по п. 1„ о т л ич а ю шийся тем, что блоки формирования сигналов состоят из последовательно соединенных усилителя, оптронной развязки и ограничителя.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3046479, кл. G 01 N 27/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

М 370512, кл. G 01 N 27/02,15.07.71 (прототип).

Составитель Г. Кулаков

Редактор Т. Веселова Техред И.Надь Корректор Л. Ференц

Заказ 11115/62 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритий.

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

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