Цифровой поточный измеритель влажности
Использование: технологические процессы в строительной, деревообрабатывающей и пищевой отраслях промышленности. Сущность: цифровой поточный измеритель влажности содержит конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, соединенного со счетным входом микроконтроллера, два бесконтактных переключателя, установленные на торцах конденсаторного датчика по направлению движения образца, служащие для определения положения образца относительно конденсаторного датчика, логический элемент ИЛИ-НЕ, подключенный первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера, к одному из портов ввода-вывода которого подключен цифровой индикатор. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможность измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения влажности твердых, сыпучих и газообразных веществ, и может быть применено в строительной, горнодобывающей, деревообрабатывающей и пищевой отраслях промышленности.
Известно устройство диэлькометрического влагомера (Берлинер М.А. Измерения влажности. М.: Энергия, 1973. - 400 с.), основанное на принципе дифференциальных измерительных схем, содержащем генератор частот, к выводам которого последовательно соединены образцовый конденсатор и конденсатор чувствительного элемента датчика, выводы которого дополнительно соединены с указательным прибором.
Данное измерительное устройство имеет низкий технический уровень, обусловленный невысокой точностью измерений (2-3%), поскольку не позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности частоты генератора, возникающую вследствие нестабильности параметров конденсатора чувствительного элемента датчика; не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке; содержит указательный прибор, регистрирующий результат измерения влажности в аналоговой форме. При использовании измерительного устройства с аналоговой схемой обработки информации в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом необходим аналого-цифровой преобразователь, который является источником дополнительной погрешности измерения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое за прототип является устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками (пат. РФ 
2214610, МКИ G01R 27/26), содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор и два генератора, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, выходы генераторов подключены к счетным входам, соответственно, первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к одному из портов ввода-вывода микроконтроллера.
Данное измерительное устройство не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку устройством не предусмотрено определение положения образца при его движении относительно конденсаторного датчика. Существующие диэлькометрические измерители влажности основаны на принципе вычитания частот измерительного и опорного генераторов, чем обеспечивается компенсация аддитивной составляющей погрешности измерения частоты, хотя сама погрешность носит мультипликативный характер.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового цифрового устройства для измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Техническим результатом заявленного цифрового поточного измерителя влажности является расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможность поточного измерения влажности материалов и изделий с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Указанный технический результат достигается тем, что цифровой поточный измеритель влажности, содержащий микроконтроллер, к счетному входу которого подключен генератор, а к одному из портов ввода-вывода цифровой индикатор, конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, снабжен логическим элементом ИЛИ-НЕ, подключенным первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю, установленными на торцах конденсаторного датчика, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера.
Указанное отличие позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку цифровой поточный измеритель влажности снабжен бесконтактными переключателями, позволяющими определять положение образца при его движении относительно конденсаторного датчика, что позволяет производить объективные измерения влажности материалов и изделий. Кроме того принцип измерения позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности, обусловленную изменением параметров конденсаторного датчика, и производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с представлением результатов в цифровой форме без дополнительных аналого-цифровых преобразований.
На фиг.1 изображена блок-схема цифрового поточного измерителя влажности; на фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 показана работа бесконтактных переключателей в процессе перемещения образца относительно конденсаторного датчика; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая работу измерителя влажности.
Цифровой поточный измеритель влажности содержит конденсаторный датчик 1, включенный во времязадающую цепь генератора 2, соединенного со счетным входом микроконтроллера 3. Частота импульсов генератора 2 зависит от емкости конденсаторного датчика 1, пропорционально связанной с диэлектрической проницаемостью образца, которая в свою очередь зависит от влажности. Бесконтактные переключатели 4 и 5, установленные на торцах конденсаторного датчика 1 по направлению движения образца, служат для определения положения образца относительно конденсаторного датчика 1. Измеритель влажности содержит логический элемент ИЛИ-НЕ 6, подключенный первым входом к первому бесконтактному переключателю 4, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю 5, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора 2 и цифровому входу микроконтроллера 3. К одному из портов ввода-вывода микроконтроллера 3 подключен цифровой индикатор 7.
Измеритель влажности работает следующим образом.
При перемещении образца возможны четыре его положения относительно конденсаторного датчика: образец находится вне конденсаторного датчика (фиг.2, интервал времени t1-t2 на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.3, интервал времени t 2-t3 на фиг.6), образец заполняет конденсаторный датчик полностью (фиг.4, интервал времени t3-t 1 на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.5, интервал времени t4-t5 на фиг.6).
Измерение влажности образца происходит в интервал времени t3-t4 на фиг.6, когда образец заполняет конденсаторный датчик полностью. Это соответствует уровню логического нуля на выходе бесконтактных переключателей 4 и 5 (диаграммы 8 и 9, фиг.6) и уровню логической единицы на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6). В момент времени t3 (фиг.6) на разрешающем входе генератора 2 устанавливается логический уровень напряжения, разрешающий генерирование, и микроконтроллер 3 запускает два внутренних счетчика, первый из которых предназначен для счета импульсов генератора 2, второй счетчик - для счета тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3 (диаграммы 11 и 12, фиг.6). В момент времени t4 на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6) устанавливается уровень логического нуля, микроконтроллер 3 останавливает оба внутренних счетчика, в которых к этому моменту формируются двоичные коды N и М. Двоичный код М на выходе второго счетчика микроконтроллера 3 пропорционален емкости конденсаторного датчика с образцом, а, следовательно, связан с влажностью образца М=NT1/T2, где N - количество периодов генератора 2, подсчитанных первым счетчиком; Т1 - период следования прямоугольных импульсов генератора 2, прямо пропорционально связанный с емкостью конденсаторного датчика 1 с образцом; Т2 - период следования тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3. По двоичному коду М микропроцессор микроконтроллера 3 находит в памяти значение влажности образца, которая выводится на цифровой индикатор 7. В памяти микроконтроллера 3 должна находиться градуировочная характеристика для определения влажности по двоичному коду М.
Результат измерения влажности может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.
Применение данного цифрового поточного измерителя влажности позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Цифровой поточный измеритель влажности, содержащий микроконтроллер, к счетному входу которого подключен генератор, а к одному из портов ввода-вывода - цифровой индикатор, конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, отличающийся тем, что он снабжен логическим элементом ИЛИ-НЕ, подключенным первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом - ко второму бесконтактному переключателю, установленными на торцах конденсаторного датчика, а выходом - ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера.
