Устройство для измерения влажности

 

Использование: измерительная техника Сущность изобретения: в предложенное устройство, содержащее генератор переменного напряжения. емкостный мост с измерительной ячейкой, усилитель , фазовый детектор, последовательно соединенные друг с другом, введен фазовращатель, включенный между генератором и управляющим входом фазового детектора, или в последовательную цепь, связывающую выход генератора с сигнальным входом фазового детектора 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПА П ЯТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (23) 4921&70/25 (22) 27.03.91 (46) ЗОЛ093 Бюл йа 39-40

{71) Институт радиотехники и электроники АН .СССР (72) Францессон АВ„Мефед AE (73) Институт радиотехники и электроники PAHфрязинская часть (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ (ю) Щ (и) 2002Ы4 Cl (5Ц 01 27 22 (57) Использование: измерительная техника Сущность изобретения: впредложенное устройство,,содержащее генератор переменного напряжения, емкостей мост с измерительной ячейкой, усилитель, фазовый детектор, последовательно соединенные друг с другом. введен фазовращатель, включенньй между генератором и управляющим входом фазового детектора, или в последовательную цепь, связывающую выход генератора с сигнальным входом фазового детектора 2 ил.

2002244

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности диэлектрических материалов и продуктов, например, в деревообрабатывающей, текстильной, химической, строительной промышленности, а также в сельском хозяйстве.

Известно устройство для измерения влажности диэлектрических материалов, содержащее генератор синусоидального напряжения, два диодно-емкостных моста с емкостным датчиком в одном иэ плеч каждого моста, входы которых соединены с выходом генератора синусоидального напряжения, два фильтра низких частот, своими входами соединенными с выходами мостов, и устройство деления сигналов, входы которого соединены с выходами фильтров низких частот. а выход является выходом устройства (11. Наличие двух мостов усложняет это устройство и ведет к невысокой долговременной точности измерений, так как параметры мостов, а, следовательно, и их выходные сигналы дрейфуют независимо.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения влажности (21, содержащее генератор переменного напряжения, емкостной мост с измеритель|ой ячейкой и усилитель, последовательно соединенные друг с другом, фазовращатель, фазорасщепитель, два синхронных детектора и делитель напряжении, Си нальные входы синхронных детекторов соединены с выходом усилителя, а управляющие входсч — с выходами фазорасщепителя, вход которого через фазовращатель подключен к выходу генератора переменного напряжения. Выходы синхронных детекторов соединены с входами делителя напряжений, выход которого является выходом устройства.

Это устройство сложно в практической реализации, что ограничивает точность измерений, Сложность обусловлена тем, что устройство содер>кит несколько узлов, к которым предъявляются высокие требования.

Фазорасщепитель должен формировать два строго ортогональных напряжения, а делитель напряжений обеспечивать высокоточное деление сигналов в широком диапазоне их значений, К усложнению устройства следует также отнести наличие в нем двух синхронных детекторов. Недостаточно высокая точность измерений обусловлена тем, что устройство содержит два независимых канала, погрешности в которых увеличивают результирующую ошибку.

55 частотой ш При отсутствии материала в измерительной ячейке 3 производится балансировка измерительного моста 2 так, чтобы его выходной сигнал был равен нулю, Затем устанавливается нужная фаза управляющего сигнала на выходе фазовращателя 5. Для этого вводится резкий разбаланс моста 2 путем увеличения емкости Со измерительной ячейки 3 и регулировкой фазовращателя 5 устанавливается

Ошибка возрастает также в результате операции деления сигналов.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве вместо четырех блоков— фаэорасщепителя, двух синхронных детекторов и делителя напряжений введен один блок — фазовый детектор. Сигнальный вход

"0 его связан с выходом усилителя, управляющий — с выходом генератора, а выход является выходом устройства. Фазовращатель может быть включен между управляющим входом фазового детектора и генератором

15 или в последовательную цепь, соединяющую генератор с сигнальным входом фазоеого детектора. Для расширения диапазона измеряемой влажности устройство может дополнительно содержать цепь автоматиче20 ской регулировки усиления (АРУ), вход которой соединен с выходом усилителя; а выход — с его управляющим входом.

На фиг, 1 и 2 показана функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит генератор

1 переменного напряжения емкостной мост

2 с измерительной ячейкой 3, усилитель 4, фазовращатель 5 и фазовый детектор 6. Выход генератора 1 через последовательно соединенные измерительный мост 2 и усилитель 4 подключен к сигнальному входу фазового детектора 6 и через фазовращатель 5 — к управляющему входу этого детектора, выход которого является выходом устройства, Дополнительно устройство может содержать цепь АРУ 7 (фиг, 2). Вход АРУ 7 соединен с выходом усилителя 4, а выход— с его управляющим входом. Фазовращатель

5 может быть включен в любой точке последовательной цепи, соединяющей выход генератора 1 с сигнальным входом фазового детектора 6, например, между выходом мостовой схемы 2 и усилителем 4 (фиг, 2).

Предлагаемое устройство работает аледующим образом, С выхода генератора 1 (фиг. 1) на вход емкостного измерительного моста 2 и фазовращателя 5 подается синусоидальное напряжение UB (t)=Uo sin вт с

2002244 выходное напряжение фазового детектора

6 равным нулю. При этом фазы сигналов на входах фазового детектора 6 совпадают. Затем восстанавливают первоначальное значение емкости Со измерительной ячейки 3.

При отсутствии материала в измерительной ячейке 3 ее проводимость практически чисто реактивна и равна хр -i coCp, При введении материала в ячейку ее проводимость становится равной exp + дхр+ дх, где дхр=!вСоr/(е-1), дха а Ср lã — приращения соответственно реактивной и активной составляющих проводимости измерительной ячейки, где 8 и 8" -действительная и мнимая составляющие комплексной диэлектрической проницаемости материала е = E — l8 — коэффициент заполнения измерительной ячейки материалом, равный отношению массы измеряемого материала к его массе в объеме ячейки (y K 1). дхр обусловлено приращением емкости измерительной ячейки на величину

Cpg(8 1), а дх эквивалентно шунтированию измерительной ячейки активным сопротивлением Rp=1/Ox>=1/ вС це" . В результате введения материала в измерительную ячейку 3 баланс моста 2 резко нарушается и его выходной сигнал становится равным

О,ы (ф= 4Кзу(я -1)sian + iL4Kge" sin cot, что эквивалентно Uau><(t) = 0>Кфе — 1) +

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ диэлектрического материала, содержащее генератор переменного напряжения, емкостной мост с измерительной ячейкой и усилитель, последовательно соединенные друг с другом. а также фазовращатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения устройства. в него введен фа+ (e")2) э!п(а.к — p). Здесь р- угол сдви1/2

ra фазы сигнала раэбаланса моста 2 относительно его входного сигнала, К— постоянный коэффициент, определяемый параметрами измерительного моста 2. С помощью фазового детектьа 6 измеряется угол . Этот угол не зависит от параметра д, т.е. от-массы исследуемого материала, но сильно зависит от влажности, Для ее измерения используется калибровочная кривая, связывающая выходное напряжение фазового детектора

6 со значением влажности материала. Сигнал раэбаланса измерительного моста 2 очень зависит от значения влажности материала и может меняться более чем на порядок. При этом точность работы фазового детектора 6 также меняется, что вли20 яет на точность измерения влажности материала. Для устранения этого в устройство вводят цепь АРУ 7 (фиг. 2). При изменении влажности материала цепь АРУ 7 регулирует коэффициент усиления усилителя 4 таким образом, что его выходное напряжение остается практически постоянным. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1318896, кл. G 01 и 27/78, 1985.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1728766, кл. 6 01 N 27/22, 1989, эовый детектор, сигнальный вход которого связан с выходом усилителя, управляющий

36 вход - с выходом генер тора переменного напряжения, а выход является выходом устройства, при этом фазовращатель включен между - выходом генератора и управляющим входом фазового детектора или в последовательную цепь, связывающую выход генератора с сигнальным входом фазового детектора.

2002244

Заказ 3171

Тираж Подписное

НП0 "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Составитель А. Францессат

Редактор Т. Рыбалова Техред М.Моргентал Корректор t., Патрушева