Автогенераторный диэлькометр

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванных влиянием проводимости материала. Устройство содержит автогенератор, в измерительный контур которого включен емкостный датчик, и последовательно соединенные дополнительную обмотку, выпрямитель- , источник пи 1;ания, затвор транзистора автогенератора. Повышение точности достигается за счет динамического изменения режима работы тран- g зистора автогенератора. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 Н 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4023357/31-25 (22) 12.02.86 (46) 30.10.88. Бюл. Ф 40 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова (72) А.Г. Волченко, Н.Л. Волченко и Е.С. Кричевский (53) 551.508.7(088.8) (56) Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов/Под общ. ред. проф.

Е.С. Кричевского. М.: Энергия, 1980, с. 30.

Авторское свидетельство СССР

У 1157432, кл. С 01 N 27/22, 1985..з нииэ А1 (54) АВТОГЕНЕРАТОРНЦЙ ДИЭЛЬКОИЕТР (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов ° Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванных влиянием проводимости материала. Устройство содержит автогенератор, в измерительный контур которого включен емкостный датчик, и последовательно соединенные дополнительную обмотку, выпрямитель, источник питания, затвор транзистора автогенератора. Повышение точности достигается за счет динами- ческого изменения режима работы тран- ф зистора автогенератора. 4 ил, 1434349

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения влажности, использующим диэлькометрический (емкостный) метод, и может найти приме5 нение для измерения влажности зерна, минеральных удобрений, продуктов обогащения горно-химического сырья.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений, вызванной влиянием активной проводимости материала.

На фиг. 1 изображена функциональная схема автогенераторного,циэлькометра; на фиг. 2 — обобщенная зависимость крутизны полевых транзисторов от тока; на фиг. 3 — относительное изменение частоты колебаний от проводимости датчика для автогенератора, выполненного на полевом транзисторе с изолированным затвором, на фиг. 4 — то же, для автогенератора, выполненного на полевом транзисторе с р-п-переходом. 25

Диэлькометр состоит из датчика 1, автогенератора, собранного на полевом транзисторе 2, колебательного контура, образованного катушкой 3 и конденсатором 4, катушки 5 обратной связи, дополнительной катушки 6, вы-. прямителя 7, источника 8 смещения и преобразователя 9 изменения частоты в сигнал, пропорциональный этому изменению.

На фиг, 2 показана обобщенная зависимость крутизны от тока для полевых транзисторов (кривая 10), на фиг. 3 и 4 показано относительное изменение частоты автогенератора от проводимости датчика для полевого транзистора с изолированным затвором без выпрямителя 7 (выход закорочен, дополнительная катушка отключена) кривая 11 и при его наличии — кривая

12 и для полевого транзистора с р-ппереходом — кривая 13.

На фиг. 1-4 обозначены: С и g емкость и проводимость датчика, S

H S „ — крутизна при произвольном 5О значении тока стока и максимальное значение крутизны для данного типа транзистора, I u I „с — ток стока и ток стока, при котором крутизна ( транзистора максимальна, Lg o — тан= у генс угла потерь, Е и — частота ненагруженного контура и ее изменение.

Изменение емкости датчика 1 вы) званное диэлектрической проницаемостью материала, помещенного в нем, изменяет частоту автогенератора. При малых изменениях емкости контура, что достигается включением конденсатора

4, емкость которого значительно больше С, показание регистрирующего прибора пропорционально диэлектрической проницаемости материала.

Б устройстве автогенератор выполнен на полевом транзисторе в режиме с переменной крутизной.

Для выяснения принципа компенсации проводимости датчика рассмотрим известное выражение для относительного изменения частоты автогенератора в установившемся режиме при шунтировании его колебательного контура проводимостью

Q = f/fo = P (1) ! о где f = (27i4LC) — собственная частота контура3 р =271fî Х

xL=(211 f С) LОС вЂ” характеристическое сопротивление контура, k=Li1 ос — коэффициент обратной связи," — индуктивность контурной катушки 3 и катушки обратной связи 5;

С=C +Cg — суммарная емкость конденсатора контура (конденсатор

4) и датчика.

При мягком возбуждении в режиме А, когда рабочая точка расположена на середине линейной части характеристики, для каждого значения g можно найти такое значение kS, при котором

Q.= =1. Любое изменение проводимости приведет либо к срыву колебаний, либо к нарушению условия

kS-g = 0 (2)

Анализ характеристик полевых транзисторов, в частности зависимости крутизны от тока, показал, что при правильном выборе режима их работы возможно осуществить самореГулирование крутизны транзисторов таким образом, чтобы во всем рабочем циапазоне выполнялось условие (2) . Характеристика полевых транзисторов такова, что их крутизна на начальном участке зависит от тока стока (фиг. 2) . Графи1434349 ки фиг. 2 получены обработкой характеристик известных полевых транзисторов. Для КП902А и КП903Б значения

1 кси 8 макс соответственно равны

550 и 200 мА и 22 и 100 мА/В. Ток автогенератора при Q = 1, что является целью такого режима, не может превышать

i gE (3) где Š— напряжение сток-исток, приблизительно равное напряжению питания.

Среднее значение тока, найденное с учетом остаточного напряжения, составляет (0,22-0,28)i.

Выбирают коэффициент обратной связи из условия (3 6-4 5)Тмакс с" ЕБ макс (4) Тмакс > 2 5 Ермаке."де с — интегральная крутизна безразмерной характеристики, рав (878макс) (7Тмакс) s определяемая по графику фиг. 2, . п „ — максимальная проводимость датчика.

График приведенный на фиг. 2, является усредненным, реальные значения сс, учитывающие разброс параметров полевых транзисторов и соответствующие линейному участку .изменения крутизны от тока, 1,2-6. 35

При значении Iù „ большем, чем указано на (4), изменение S от I будет настолько сильно отличаться от линейного, что условие (2) не выполняется.

Однако выполнение (4) не является достаточным, так как выход транзистора из режима А приведет к изменению эффективной крутизны, и условие (2) будет нарушено. Для выполнения усло- 45 вия (2) необходимо, чтобы с ростом

g рабочая точка смещалась линейно в область больших токов. Это достигнуто введением выпрямителя 7, который с целью гальванической развязки от 50 источника 8 смещения питается от дополнительной катушки 5. Напряжение источника смещения выбрано таким, чтобы обеспечить работу при максимальной проводимости датчика. Напряжение радиочастоты при уменьшении проводимости увеличивается, а на выходе выпрямителя увеличивается напряжение, полярность которого противоположна напряжению источника смещения. Суммарное напряжение смещения уменьшается, и рабочая точка перемещается на середину новой рабочей характеристики. Таким образом обеспечивается второе условие компенсации проводимости.

Так как в реальных условиях oL

Бмакс и смаке тРанзистоРа отличаются от экземпляра к экземпляру, то напряжения источника смещения и выпрямителя должны подстраиваться в небольших пределах. С этой целью выпрямитель 7 снабжен потенциометром.

На фиг. 3 приведена характеристика устройства, выполненного на транзисторе КП902А с данными схемы: на.пряжение смещения 5 В, Ь = 25 мкГн, С = 2000 пФ, f = 894,6 кГц, на фиг. 4 для КП903Б с данными: напряжение смещения 1,3 В, L = 40 мкГн, С = 2000пФ, Е = 676 кГц. Чувствительйость к изменению емкости во всех макетах изменялась не более чем на 3,5% отн.

Применение устройства позволяет измерять диэлектрическую проницаемость при тангенсе угла потерь в контуре больше единицы, при этом во всем диапазоне изменения проводимости погрешность не превышает 0,20,3% отн.

Формула изобретения

Автогенераторный диэлькометр, содержащий колебательный контур с емкостным датчиком, включенный в автогенератор, выполненный на полевом транзисторе, дополнительную катушку, индуктивно связанную с катушкой колебательного контура, выпрямитель, источник смещения и преобразователь изменения частоты в сигнал, пропорциональный этому изменению, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, вызванной влиянием активной проводимости материала, выпрямитель, источник смещения, катушка связи и затвор полевого транзистора автогенератора включены последовательно.

f434349

"434349

0,5

1,5

Составитель В.Немцев

Редактор Л.Веселовская Техред М.Ходанич

Корректор И.Муска

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Заказ 5550/47

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0,$

0,4 0,8

Фиг. J

Фие. 4