Устройство для измерения влажности

.. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3318548» 8-.25 (22) 20.07.81 (46) 07.11.83 бюл. N 41 (72) С.В. Кирвалидзе, И.Я. Якобишвили и Р.А. Дидидзе (71) Специальное конструкторское бюро по проектированию приборов и средств автоматизации (53) 620 171.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 198012, кл. G 01 N 25/02, 1965;

2. Авторское свидетельство СССР

N 552547, кл. G Ol и 25/56, 1975 (прототип). (54)(57) УСТРОйстВО дпя ИЗИКРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ, содержащее измерительный мост с термочувствительным элементом, помещенйый в кювету, находящуюся в вакуум-камере,.причем выход оста связан с входом усилителя, к выходу которого подключена цепь начальной балансировки моста, и цепь последовательно включенных диф@еренцирующего усилителя, пороговой схемы, клюÄÄSUÄÄ 1052977 А ча управления реле отключения вакуумнасоса вакуум-камеры, и эта цепь соединена с блоком питания через схему временной задержки и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я . тем, что, с целью повышения точности и достоверности измерения, цепь начальной балансировки моста выполнена из элемента аналоговой памяти начального разбаланса моста, вычитающего усилителя, электромеханического реле времени и кнопки управления, при этом кнопка управления включена последовательно с катушкой электромеханического реле времени, размыкающий контакт которого соединен с ин- ф вертирующим входом вычитающего усилителя,. а замыкающий контакт - с входом элемента аналоговой памяти, выход которого подключен к неинвертирующему входу вычитающего усилителя, причем элемент аналоговой памяти и вычитающий усилитель включеры в цепь между усилителем и регистрирующим прибором.

1052977

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения влажности, и может быть применено в химической и пищевой промышленности для измерения влажности сыпучих материалов.

Известен влагомер, в котором иэмерйемым параметром служит максимальное значение изменения температуры пробы при десорбции влаги в вакууме 1 ).

Недостатком влагомера является влияние начальной разности темпера-. тур между пробой и стенками камеры на результаты измерения, что увеличивает ,погрешность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения влажности, содержащее измерительный мост с термочувствительным элементом, помещенным в кювету, находящуюся в вакуумкамере, причем выход. моста связан со следящей системой и входом усилителя, к выходу которого подключена дополнительно цепь из, последовательно включенных дифференцирующего усилителя, пороговой схемы, ключа управления реле отключения вакуум-насоса вакуумной камеры, причем эта цепь соединена с блоком питания через схему временной задержки и регистрирующий прибор (.2 $.

В данном устройстве для компенсации начального разбаланса измерительного моста, вызванного колебанием температуры окружающей среды и нестабильностью начальной температуры измеряемой пробы, применяется следящая система.

Недостатком устройства является погрешность следящего привода, которая значительно превышает общую погрешность измерений .

Цель изобретения - повышение точности и достоверности результатов измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения влажности, содержащем измерительный мост с термочувствительным элементом, помещенный в кювету, находящуюся в вакуум"камере, причем выход моста связан с входом усилителя, к выходу которого подключена цепь начальной балансировки моста, и цепь последовательно включенных дифференцирующего усилителя, пороговой схемы, ключа управления реле отключения вакуум-насоса вакуум-камеры, причем эта цепь соединена с блоком питания че° рез схему временной задержки и.регистрирующий прибор, цепь начальной балансировки моста выполнена из элемента аналоговой памяти начального разбаланса моста, вычитающегс усилителя, электромеханического реле времени и кнопки управления, при

10 этом кнопка управления включена последовательно с катушкой электромеханического реле времени, размыкающий контакт которого соединен с инвертирующим входом вычитающего усилителя, .а замыкающий контакт - с входом элемента аналоговой памяти, выхсд которого подключен к неинвертирующему входу вычитающего усилителя, причем элемент аналоговой памяти и вычитающий усилитель включены в цепь между усилителем и регистрирующим прибором.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство состоит из измерительного моста 1, в плечо которого включены потенциометр 2 и термочувст вительный элемент 3, помещенный в кювету, находящуюся в вакуум-камере (не показано). Выход моста 1 через усилитель 4 подключен к цепи начальной балансировки моста, состоящей из элемента 5 аналоговой памяти, в состав которого входит конденсатор б и повторитель 7 напряжения, вычитаю35 ще го усилителя 8, электромеханического реле 9 времени и кнопки 10 управления. Выход вычитающего усилителя 8 подключен к регистрирующему прибору 11. К выходу усилителя 4 подключен дифференцирующий усилитель 12 с пороговой схемой 13 на выходе. По- . роговая схема 13 соединена с ключом

14 управления, отключающим реле 15 вакуум-насоса. Реле 15 соединено с

45 источником 1б питания через схему

17 временно" задержки.

Устройство работает следующим образом.

Если материал поместить в кювету, то при вакуумировании в результате

50 десорбции влаги температура материала начинает понижаться. Одновременно с понижением температуры возникает поток тепла от стенок камеры (где .находится кювета) к материалу, стремя1цийся выравнять их температуры.

По мере испарения основной части влаги энергия, забираемая у материала на испарение, становится меньше энер1

3 1052977 гии, получаемой конвективным. теплообменом, и температура начинает повышаться. Изменение температуры материала будет имеет максимум (экстремум), величина которого в области малых влажностей (до 104) однозначно зависит от влажности. Эта зависимость для большинства материалов имеет линейный характер.

Температура материала и ее изме- >О нение воспринимается термочувстви. тельным элементом 3, включенным в измерительный мост.. Измерительный мост 1 балансируется по минимально или максимально возможной температуре пробы с помощью .потенциометра 2.

При любой другой температуре. пробы, лежащей в рабочем диапазоне, напряжение на выходе усилителя 4 линейно зависит от температуры.

Начальная балансировка моста 1 производится следующим образом. При нажатии кнопки 10 управления срабатывает реле 9 времени, которое подсоеди 5 няет выход усилителя 4 к элементу аналоговой памяти. При этом начинает заряжаться конденсатор 6. Он заряжается до напряжения, равного напряжению начального разбаланса. При этом напря30 жение на выходе повторителя 7 также равно напряжению начального разбаланса моста. По истечении времени выдержки (причем время выдержки выбирается заведомо большим постоянной времени заряда конденсатора 6) рел 9 времени отключается и выход усилителя 4 через размыкающий контакт реле 9 вновь оказывается подключенным к инвертирующему входу вычитающего усилителя 8. Таким образом происходит "запоминание" напряжения разбаланса в элементе 5 аналоговой памяти. После отключения реле 9 на оба входа вычитающего усилителя 8 поданы равные напряжения - напряжения начального 45 разбаланса моста, На выходе вычита", емого усилителя 8 сигнал равен нулю, т.е. балансировка завершена.

В .этой схеме накопительный конденсатор 6 после заряда до напряже- 50 ния разбаланса изолирован от усили" теля 4 и нагружен на повторитель 7.

С целью предотвращения саморазряда конденсатора 6 в качестве повторителя 7 используют операционный усили- 55 тель К 140 УД8А, у которого входное сопротивление составляет не менее

1000 МОм. Вычитающий усилитель 8 также может быть выполнен на микросхеме

К 140 УД8А.

По завершении балансировки включается вакуум-насос и термоэлемент начинает регистрировать изменение температуры материала, сигнал которого через усилитель 4, размыкающий контакт реле 9 и вычитающий усилитель 8 подается на измерительный прибор. Этот же сигнал поступает на дифференцирующий усилитель I2. Этот усилитель служит для определения максимума температуры, который определяется по значению производной, равной нулю в точке экстремума. Установленная на нулевой уровень пороговая схе- ма 13 в этот момент переключается и открывается ключ 14 реле 15 отключения вакуум-насоса. Однако наряду с ,экстремумом температуры, наступающим через 20-100 с в зависимости от влажности материала, имеется ложный экстремум,,вызванный охлаждением воздуха при расширении в начале вакуумирования. Время появления ложного, экстремума составляет 3-5 с, от начала вакуумирования и определяется объемом вакуумной камеры.

Чтобы предотвратить ложное срабатывание ключа 14 и преждевременное прекращение измерения, реле 15 подключено к источнику 16 питания через. схему 17 временной задержки, причем время задержки выбирается заведомо больше времени наступления ложного экстремума и лежит в пределах 10-15 с.

Испытание цепи начальной балансировки с применением следящей системы, описанной в прототипе, показывает, что погрешность следящей системы имеет распределение, весьма близкое к днухмодальному дискретному, характеризующемуся парой значений + С, и составляет + 50 мВ, что эквивалентно 1 0,05 ь влажности (измерения производят милливольтметром В3-38 на пределе 0-100 мВ,), Применение предлагаемой цепи начальной балансировки моста с использованием операционного усилителя

К 140 УДЗА и конденсатора МРГО

0,5 мкф позволяет получить скорость саморазряда не более 0,034/мин, что при времени измерения 2-2,5 мин составляет 6-7,5 мВ. Это эквивалентно ошибке 0,0060-0,00754 влажности (измерения производят милливольтметром

В3-38 на пределе 0-30 мВ).

1052977

Составитель А. Синицын

Редактор В. Петраы ТехредM.Кастелевич Корректор С. Черни

Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, /аушская наб., д, 4/5

Заказ 8862/41

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

Как видно, применение предлагаемой Цепи начальной балансировки моста позволяет повысить точность устройства для измерения . влажности"почти на порядок, Кроме того, реализация предлагаемой цепи начальной бйл нсировки моста в

5-7 раз деаевле начальной балансировки моста с применением следящей системы. !