Способ измерения влажности вязких и сыпучих веществ и устройство для его осуществления

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

/ ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ (19) ВУ (Н) 1227 ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 С 1 К ПАТЕНТУ (51 ваш 27/22ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВЯЗКИХ И СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(21) Номер заявки 1167 А (71) Заявитель Малое предприятие Кон(22) 09.02.1994 структорское бюро Прибор (ВУ)(73) Патентообладатель Малое предприятие Конструкторское бюро Прибор (ВУ)1. Способ измерения влажности вязких и сыпучих веществ, заключающийся в том, что ис СЛВДУСМОВ ВЕЩЕСТВО ПОМСЩЗЮТ В МКОСТНОЙ датчик, который включают в измерительный колебательный контур, и измеряют резонансшш методом диэлектрическую прошщаемость вещества, по ведшчтане которой определяют влажность, отличаюпцийся тем, что при измерении диэлектрической прошщаемосги емкость датчи ка преобразуют в шщуктивное сопротивление измерительного колебательного контура, проПОРЦИОНЗЛЬНОВ ДИЭЛЕКТРИЧССКОЙ ПРОНИЦЗЕМОСТИ ВБЩССТБЕ, ПОМЕЩБННОГО В ДЗТЧПК, при ЭТОМ первоначально ИЗМЕРЯЮТ диэлектрическую проницаемость сухого исследуемого Фиг, 1 т-ч вещества, а величину влажности определяО ют по формуле ус удельный вес сухого вещества,г. Е Е 5 Е с 100 К 1 для плоского датчика, а для коаксисч к 7 С Е (1 Е (Е в до ус) ального определяется выражениями Аг ш где гс диэлектрическая проницаемость су- к Д Д 114(1 7) хого вещества, АС АН АС Ш. 8 диэлектрическая проницаемость влажного г вещества, Ш ГЕ с щ вы, диэлектрическая проницаемость воды, П 1 (1 ус)ША, 122 1 Т 1(1) П , где П - объем влажного вещества в датчике, С - общая емкость датчика, соответствующая объему П, с воздушным диэлектриком, АН - часть объема датчика, заполненная водой с удельным весом, равным 1, АС - емкость с воздушным диэлектриком участка датчика П, заполненного водой, г, Р. - радиусы внутреннего и внешнего электродов коаксиального датчика.2. Устройство для измерения влажности вязких и сыпучих веществ, содержащее емкостной датчик, включенный в измерительный колебательный контур с п электрически перестраиваемыми емкостями, генератор высокой частоты, выход которого соединен со входом измерительного колебательного контура, преобразователь емкость-частота, блок управления и блок индикации, отличающееся тем,что емкостной датчик выполнен плоским или коаксиальным и включен в измерительный колебательный контур через трансформатор сопротивления в виде длинной линии длиной1 ш/1, где ш - нечетные числа,Я. - длина распространения в длинной линии электромагнитной волны с частотой генератораИзобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности, к измерению физических свойств материалов электронным методом.Известен способ измерения влажности вязких и сыпучих материалов, заключающийся в том, что исследуемое вещество помещают в емкостной датчик, который включают в измерительный колебательный контур, и резонансным методом измеряют диэлектрическую проницаемость вещества, а о величине влажности судят по градуировочной кривой 1,2.Недостатком известного способа является низкая точность измерения, так как влажность определяется по градуировочной кривой зависимости диэлектрической проницаемости исследуемого вещества от влажности, При этом в определение влажности вносится дополнительная погрешность метода определения этой зависигмости.Известно устройство для измереьшя влажности вязких и сьптучих веществ, основанное на резонансном диэлъкометрическом методе измерения,содержащее емкостной датчшс, включенный в измерительный колебательный контур с п электрически перестраиваемым ешсостями, генератор высокой частоты, выход которого соединен СО ВХОДОМ ИЗМСрИТЕЗТЬНОТО КОЛбЕТЕЛЬНОГО КОН высокой частоты, а преобразователь емкостьчастота содержит п электрически перестраиваемые емкости, однотипные с электрически перестраиваемыми емкостями измерительного колебательного контура, и введен в блок управления, выполненный совмещенным с блоком индикации, при этом в блок управления дополнительно введены микропроцессорный КОНТРОЛЛЕР, ИСТОЧНИК напряжения СМСЩНИЯ,выход которого соединен с электрически перестраиваемыми емкостями измерительного колебательного контура и входом преобразователя емкость-частота, блок поиска резонанса, вход которою соединен с выходом измерительного колебательного контура, а первый и второй выходы -соответственно со входом источника напряжения смещения и первым входом микропроцессорного контроллера, второй вход которого соединен с выходом преобразователя емкость-частота.В известном устройстве влажность вещества определяют по величине изменения емкости датчика с исследуемым веществом по заранее определенной градуировочной кривой.Основным его недостатком является относительно тшзкая точность измерения. Это обусловлено тем, что емкостной датчик включен в измерительный ЬС колебательньпй контур как часть общей емкости в дополнение к электрически пересграеваемьш конденсаторам и ешсости подключающей шипит. В результате неполного включения датчика в контур значительно шашкается чувствительность устройства, которая в основном определяет точность измерения.Кроме этого, неполное включение емкостного датчика в колебательный контур не позволяет определять влажность вещества непосредствеъшо по изменешаю его диэлектрической прет-питаемости. Поэтому влажность определяют по экспериментально снятой градуировочной кривой, что приводит к дополнительной погрешности как это описано вьште в 1,2.Задача изобретения - повышение точности измерений влажности вязких и сыпучих веществ.В способе измерения влажности вязких и сыпучих веществ, заключающемся в том, что исследуемое вещество помещают в емкостной датчик, который включают в измерительный колебательный контур, и резонансъшм методом измеряют его диэлектрическую проницаемость, по величине которой определяют влажность, согласно изобретению при измерении диэлектрической проницаемости емкость датчика преобразуют в индуктивное сопротивление измерительного колебательного контура,пропорциональное диэлектрической проницаемости вещества, помещенного в датчик, при этом первоначально измеряют диэлектрическую проницаемость сухого исследуемого вещества, а величину влажности определяют погде гс диэлектрическая проницаемость сухого вещества8 - диэлектрическая проницаемость влажного веществау - удельный вес сухого веществагде П объем влажного вещества в датчикеАС - емкость с воздушным диэлектриком участка датчика П, заполненного водойг, К радиусы внутреннего и внешнего электродов коаксиального датчика.В устройстве для осуществления способа измерения влажности вязких и сыпучих веществ,содержащем емкостной датчик, включенный в измерительный колебательный контур с п электрически перестраиваемыми емкостями,генератор высокой частоты, выход которого соединен со входом измерительного колебательного контура, преобразователь емкостьчастота, блок управления и блок индикации,согласно изобретению емкостной датчик выполнен плоским или коаксиальным и включен в измерительный колебательный контур через трансформатор сопротивления в виде длинной линии длиной1 шЛ., где ш - нечетные числа, Я - длина распространения в длинной линии электромагнитной волны с частотой генератора высокой частоты, а преобразователь емкостьчастота содержит п электрически перестраиваемые емкости, однотипные с электрически перестраиваемыми емкостями измерительного колебательного контура, и введен в блок управления, выполненный совмещенным с блоком индикации, при этом в блок управления дополнительно введены микропроцессорный контроллер, источник напряжения смещения,выход которою соедгшен с электрически перестранваемьгми емцсосгями измерительного колебательного контура и входом преобразователя гладкость-частота, блок поиска резонанса, вход которого соединен с выходом измерительного колебательного контура, а первый и второй выходы- соответственно со входом исюшппса напряжения смещения и первым входом шжропроцессерною контроллера, второй вход которого соединен с выходом преобразователя емкостьчастота.Благодаря тому, что емкость датчика с исследуемым веществом преобразуется в индуктивное сопротивление измерительного колебательного контура, пропорциональное величине диэлектрической проницаемости вещества, помещенного в датчик, получена математическая модель, которая строго описывает зависимость влажности вещества огг текущего значения диэлектрической проницаемости,а также от значеъщя диэлектрической пронтщаемости и удельного веса сухого вещества и диэлектрической прошщаемости воды.Изобретение поясняется чертежами. На рис.1 изображена схема устройства, на рис.2 временная диаграмма его работы.Устройство для измерения влажности вязких и сыпучих веществ содержит измерительный колебательный контур 1, ключающий в себя емкостныйдатчик 2, варикапы З-Зп и трансформатор 4 сопротивления (длинная линия, в частности, высокочастотный коаксиальный кабель), через который емкостный датчик 2 подключен к варикапам 33 п.Измерительный колебательный контур 1 входом подключен к выходу генератора 5 высокой частоты, а выходом - к входу блока 6 управления и индикации.В свою очередь, блок б управления и индикации содержит преобразователь 7 емкости в частоту, включающий в себя однотипные с измерительным колебательным контуром варикапы 8-8 п, источник 9 напряжения смещения, блок 10 поиска резонанса и микропроцессорный контроллер 11. При этом выход источника 9 напряжения смещения со 7 ВУ 1227 С 1 вединен с варикапами Э-Зп измерительного колебательного контура 1 и с варикапами 8-8 п преобразователя 7 емкости в частоту, блок 10 поиска резонанса соединен входом с выходом измерительного колебательного контура, а выходами - с управляющими входами источника 9 напряжения смещения и микропроцессорного контроллера 11, второй вход которою соединен с выходом преобразователя 7 емкости в частоту.Трансформатор 4 сопротивления (длинная линия, в частности высокочастотный коаксиальный кабель), согласно теор ддшнных линий преобразует емкостное сопротивление датчика 2 на входе длинной линии 4 в индук ТИВНОС СОПРОТИВЛЕНИЕ 2где ш - угловая частота генератора 5 высокой частотыг - диэлектрическая проницаемость исследуемого вещества, д - волновое сопротивление длинной линии 2.Указанное индуктивное сопротивление вместе с емкостью варикапов 3 Зп образует ЪС толебательный контур 1.1 1 неге Ф) где Р - частота напряжения на выходе преобраэователя 7 емкости в частотуСв - емкость варикапов 8-8 п, пропорциональная емкости варикапов 33 п.При этом, согласно условию резонанса, индуктивнос сопротивление на входе длинной ЛИНИИВ связи с тем, что коэффициент А в выражении (8) определяется постоянными величинами, частота Б пропорциональна значению диэлектрической проницаемости Е исследуемого вещества, что позволяет заменить г(в с) на частоту Р(Ро) в формуле (1).В режиме калибровка контроллер измеряет и фиксирует в оперативной памяти значениепреобразованной в блоке 7 частоты Р, пропорциональной значению диэлектрической прониЦЭСМОСТИ СУХОГО ВСЩССТВЗ.В режиме измерение контроллер вычисляет значение влажности исследуемого вещества по формуле Р - Р огде Ро, Р - частоты напряжений с выхода преобразователя 7, соответствующие сухому и влажному веществу. При этом значения гс,3 С, и вы для исследуемого вещества предварительно определены и занесены в постоянную память контроллера 11.Значения коэффициента К определяют предварительно для ряда возможных значений влажности исследуемого вещества и заносят в постоянную память контроллера 11.Устройство работает следующим образом.Емкостной датчик 2 наполняют сухим веществом с заранее выпаренной влагой, переключают контроллер 11 в режим калибровка. На вход измерительного колебательного контура 1 от генератора 5 высокой частоты подают напряжение с угловой частотой ш.(фиг.2 а), поступающим от источника 9 напряжения смещения на варикапы З-Зп, изменяется их емкость. При достижении емкостного сопротивления варикапов З-Зп, равного значениюв измерительном колебательном контуре 1 устанавливается резонанс напряжения(фигдб), который фиксируется блоком 10 поиска резонанса. Блок 10 поиска резонанса останавливает пилообразное напряжение в источнике 9 напряжения смещения и фиксирует его на время Т ш ч Ц (фиг.2 в).В этот период времени с выхода преобразователя 7 емкость-частота поступает на вход микропроцессорного контроллера 11 напряжение с частотой Ре.За время Т 2 - п (фиг. 2 в) контроллер 11, по команде от блока 10 поиска резонанса,производит измерение частоты Ро.В момент времени 12 (фитда), по команде от блока 10 поиска резонанса, в источнике 9 напряжения смещения производится сброс напряжения, при этом контроллер 11 фиксирует в памяти предыдущее значение Ре.В период времени Т т 5 - 13 по команде от блока 10 поиска резонанса производится следующий цикл поиска и фиксации резонанса,вычисление и фиксация в памяти контроллера 11 очередного значения Ео.После производства Ы циклов измерений контроллер 11 производит вычисления и отсчет среднего значения Е по формуле

МПК / Метки

МПК: G01N 27/22

Метки: измерения, веществ, сыпучих, осуществления, устройство, способ, вязких, влажности

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-1227-sposob-izmereniya-vlazhnosti-vyazkih-i-sypuchih-veshhestv-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ измерения влажности вязких и сыпучих веществ и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты