Емкостной влагомер

Союз Советски кСоцмалисткческикРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет публиковано 15.05,80. Бюллетень18 по делам изобретен РЗЭ УИК 543 . 7 12 (088. 8) ткрытий 5.8 та опубликования описания овец, В. В. Васин, Г. П. Горюнов, В. И, Пастуш и Я В Ткачук Б. А 72) Авторы изобретения Украинский инст яйств женеров вод) Заявитель 4) ЕМКОСТНЫЙ ВЛАГОМ хем быт яется с рого Изобретение относится к области измерительной техники и может быть исполь зоввно при измерениях влажности пористых и сыпучих материалов и автоматизации процессов с регулированием влажностных режимов.Наиболее распространенными влвгометрическими устройствами являются устройства, основанные нв разделении составляющих сопротивления, например мосто 10 вые уравновешенные схемы ЯОднако измерительные с ы уравновешенного моста не могут ь использованы в автоматических устройствах измерения и регулирования, в при измере 15 ниях нв высоких частотах имеют низкую точность.Наиболее близким техническим реем к предлагаемому изобретению яустройство для измерения влажностдержащее емкостный преобрвзоватевключенный нв выходе высокочастотгенератора и детектор, к выходу котподключен измерительный прибор )2 Недостатком указанного устройства является влияние нв данные измерений активной составляющей преобразователя,Целью изобретения является повышение точности измерений путем устранения влияния активной составляющей проводимости емкостного преобразователя на данные измерений.Поставленная цепь достигается тем, что устройство дополнительно содержит образцовый конденсатор, проводимость которого не менее, чем в 5 рвэ, больше про водимости емкостного преобразователя, блок обратной связи стабилизации напряжения, а в качестве детектора исполт зован бвлансный фазовый детектор, причем образцовый конденсатор включен на выходе генератора последовательно с ем костным преобразователем, блок обратной связи включен параллельно емкостному преобразователю, а два входа бвлансного фазового детектора подключены соответственно к образцовому конденсатору и емкостному преобразователю.з 7345На фиг. 1 представлена принципиальная схема емкостного влагомера; нафиг. 2 - векторная диаграмма токов инапряжений,Влагомер состоит из высокочастотногегенератора 1 синусоидальногонапряжения, последовательно соединенных междусобой и подключенных к выходу генератора образцового конденсатора 2 с высокой добротностью, проводимость которого 10больше проводимости емкостного преобразователя не менее, чем в 5 раз, и емкостногопервичного преобразователя влажности, котооый представлен на схеме емкостной составляющей 3 и активной составляющей 4.Параллельно к емкостному преобразователю подключен блок 5 обратной связиавтоматической стабилизации напряженйя5 с высокоомным входом. К образцовомуконденсатору 2 и к емкостному преобразователю 3-4 подсоединены соответственнодва входа балансного фазового детектора6 к выходу которого подключен измери)тельный прибор 7 с высокоомным входом.Устройство работает следующим образом,При подаче синусоидального напряжения от генератора 1 к последовательнойцепи: образцовый конденсатор 2 - емкостный преобразователь 3-4, на них создаются падения напряжений, которые поступают соответственно на входы фазовогодетектора 6. За счет обратной связи(блок 5) напряжение на емкостном преобразователе поддерживается постоянным.Напряжение на выходе бапансного фазового детектора регистрируется измерительным прибором 7.Иэ теории балансных фазовых детекторов известно, что выходное напряже ние балансного фазового детектора при подаче на его входы соответственно двух напряжений: Ц - падения напряжения на образцовом конденсаторе и О -падения напряжения на емкостном преобразователе 4 и соблюдении соотношения ООравноЧКО со 5 Ч (1) где К - постоянный коэффициент, зависящий от параметров детектора; 50ч - угол сдвига фаз между напряжениями;О- меньшее входное напряжение.Для обеспечения измерения емкости пре образователя необходимо, чтобы выход ное напряжение зависело только от емкости преобразователя влажности, т.е, чтобы8 фЭта зависимость и достигается предлагаемым устройством.Дпя обьяснения принципа получения указанной зависимости рассмотрим векторную диаграмму токов и напряжений последовательной цепи, образованной образцовым конденсатором 2 и емкостным первичным нреобразователемвлажности 3-4представленную на фиг, 2.+ т 4 (2)Реактивная составляющая 1 З по закону Ома равнао с3 Х Ъ3 (3) где со угловая частота тока;с - емкость преобразователя влажзности.Из векторной диаграммы (фиг. 2) токТопределяется выражением1,=1 СО 5 Ч (4)Ч - угол сдвига фаз между напряжениями на образцовом конденсаторе и емкостном преобразователе,где Учитывая, что Т =Оис и подставляя это выражение в формулу (4), получаемТ = О олс со 5 Ч (5)Приравнивая правые части уравнений (3) и (5), получаем значение емкости пре образователя влажности С,С. ОС = - СО 5 М5-4При постоянных значениях образцовой емкости С и напряжения И,4т.е. при К = - сол 1 емкость преобразователясцз-чУопределяется выражениемС: КЦСО 5 Ч (7)3 аи не зависит от активной составляющей проводи мости.Сопоставив полученную зависимость (7) с выражением (1) получаем, что при При подаче синусоидального тока в укаэанную последовательную цепь падение напряжения на образцовом конденсаторе 0 будет отставать по фаоэе от протекающего тока 1 на угол 90, Ток, протекающий через емкостный преобразователь. состоит из двух составляющих: тока 1, вызванного емкостной составляющей проводимости и опережающего по фазе напряжения на преобразователе Ч . на 90 и тока 1. вызванного активнойчсоставляющей проводимости, и совпадающвго по фазе с напряжением Ч 4. При этом соблюдается равенствоподдержании постоянного напряжения наемкостиом преобразователе и соблюденииуказанного выше соотношения параметровобразцового конденсатора и емкостногопреобразователя, напряжение на выходебалансного фазового детектора прямо пропорционально емкости преобразователявлажности что и достигается предлагаемым устройством,Йпя соблюдения соотношения ОО,10как быпо установлено экспериментально,емкость образцового конденсатора с выбирают такой, чтобы ее проводимость была всегда больше полной проводимостиемкостного преобразователя не менее, 15чем в 5 раз.Дпя поддержания постоянства напряжения на емкостном преобразователе предусмотрена обратная связь 5 (фиг. 1) автоматической стабилизации напряжения. 20Таким образом, предлагаемое устройство позволяет измерять влажность материала путем контроля емкости преобразователя с прямым отсчетом показанийпо прибору ипи использовать получаемый 25сигнал в системе автоматического регупирования влажности.За счет устранения влияния активнойсоставляющей проводимости емкостногопреобразователя на данные измерений по- Эовышается точность измерения впажности,что особенно важно для материалов с из 48 вменяющимися физико-химическими свойствами,формула изобретенияЕмкостный внагомер, содержащий еюкостный преЬбразоватепь, включена,лй наГвыходе высокочастотного генераторЬ, идетектор, к выходу которого подкпюченизмерительный прибор, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности, он допопнитепьно содержит образцовый конденсатор, проводимость которого не менее, чем в 5 раз,больше проводимости емкостного преобразователя,бпок обратной связи стабипизации напряжения, а в качестве детектора использован балансный фазовый детектор, причем образцовый конденсатор включен навыходе генератора последовательно с емкостным преобразователем, блок обратнойсвязи включен параплепьно емкостномупреобразователю, а два входа балансногофазового детектора подключены соответственно к образцовому конденсатору и емкостному преобразователю.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Берлинер М. А. Измерения влажности, М., "Энергия," 1973, с, 124-127. 2, Берлинер М. А. Измерения впажности М., Энергия, 1973, с. 118-119 ( прототип).734548 Составитель О. МаликоваЖдактор И, Шубина Техред Ж. Кастелевич Корректор С, Шекм 9 П "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,а Заказ 2156/48 Тираж ЦНИИ ПИ Государс по делам изобре 1 1303 5, М осква, венногоТОНИЙ И ОТКЖ, Р Подпис ноемитета СССРрытиЙушская наб., л, 4