Преобразователь влажности

ОП ЫСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистические .Республик и 873094(5)М. Кл. С О М 27/02 Ьоударстееювй комитет СССР а делам изобретеиий и открытий(088. 8) 72) Авторы изобретен ко Г. Озирный, Б. Н. Гриб и К Укра(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЛАЖНОСТ ерой влажности объекехазмеИзобретение относится к области физико-химического анализа, в частности к определению влажности материалов, например бумаги, картона, прессовых сукон, зерна, сахара и т.д., в целлюлозно-бумажной, пищевой промьппленности и других отраслях народного хозяйства,Известен микроволновый влагомер, в качестве чувствительного элемента1 О в котором. используется объемный СВЧ- резонатор, настраиваемый на две частоты, Одна иэ них, частота, на котО- рой производятся .измерения, создает электрическое поле, "обволакивающее"15 рабочую поверхность резонатора и взаимодействующее с объектом измерения. Изменение влажности объекта приводит к изменению рабочей частоты. Вторая эталонная частота образует поле внутри самого резонатора. Разность между эталонной и рабочей частотами резонатора, измеряемая специальным детектором по максимумам резонансных кривых, служит мта Г 13.Недостатком данного влагомера является зависимость точности измерений от колебаний температуры и м иических деформаций,вызывающих и нение объема резонатора.Наиболее близким к предложенному является преобразователь влажности, выполненный в виде двухпроводной длинной линии в форме однородных катушек с диэлектрическими каркасами, рабочие грани .которых расположены в плоскостипараллельной плоскости измеряемого материала, в данном преобразователе медный провод диаметром 0,16 мм измотан иа пластинчатые изоляционные каркасы длиной 100 мм, шириной 25 мм и толщиной 2 мм. Этот преобразователь (датчик) питается от генератора синусоидального напряже" ния частотой колебания 10-20 мГц Г 21Недостатками данного преобразова.теля являются низкая чувствительностьи незначительный диапазон измерения что ограничивает область его применения и требует периодической настройки режима работы преобразователя при изменении участка измерения параметра бумажного полотна на технологической линии, что требует значительных затрат времени и в условиях эксплуатации практически невозможно из-за отсутствия соответствующей аппаратуры. 1 ОЦелью изобретения является повышение чувствительности в диапазоне измерений.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе влажности, вы-; полненном в виде двухпроводной длинной линии в форме однорядиых катушек с диэлектрическими каркасами, рабочие грани которых расположены в плоскости, параллельной плоскости измеряемого материала, катушки двухпроводной длинной линии установлены под углом друг к другу с возможностью его изменения.Усиление эффекта в отношении диапазона измерения с целью его расширения без снижения чувствительности достигается тем, что в указанном преобразователе каркасы катушек выполнены в виде прямых призм, преимущественно ;треугольных.Повышение чувствительности преобразователя в некотором диапазоне достигается за счет согласования его волнового сопротивленияс волновым со 35 противлением исследуемого материала У 4 в диапазоне измеряемых влажностей. Эффект согласования -достигается плавным изменением расстояния между катушками по их длине (так как катуш 40 ки находятся под углом друг к другу), что обеспечивает плавное изменение по длине катушек. и волнового сопротивления датчика. Это обеспечивает для некоторого участка длинной линии приближенное равенство его волнового45 сопротивления волновому сопротивлению исследуемого материала. Теперь в месте равенства волновых сопротивле" иий исследуемый материал становится какбы,продолжением датчика, одной с ним системой, что приводит к хорошему проникновению электромагнитного поля в исследуемый материал. В свою очередь, из-эа значительной величины относительной диэлектрической про ницаемости воды (83), содержащейся в исследуемом материале, значительно изменяются Се,с 1., , смещаютсяпучности напряжения и, в конечном счете,изменяется потенциал в конце линии,где присоединен индикатор. При этомдиапазон измерения влажности обеспечивается диапазоном согласованияволновых сопротивлений датчика и исследуемого материала. Как известно,волновое й,характеристическое) сопротивление материала можно определить по формуле где,й, - абсолютная магнитная проницаемость;Ес - абсолютная диэлектрическаяпроницаемость исследуемогоматериала;- относительная магнитная идиэлектрическая проницаемость исследуемого материала (в основном воды,Поскольку относительная магнитнаяпроницаемость абсолютного большинствавеществ, близка к единице, можно приблизительно определить диапазон возможных волновых сопротивлений исследуемых материалов,до Формуле ( 11, при,этом учтено, что/= 377. Так, есАоли содержание воды в исследуемом материале равно от 1007. до 1 Е, то его волновое сопротивление приблизительноравно ото .40 Ом до Фо,ъ 240 ОмТакой дйапазон волновых сопротивлений вдоль катушек датчика обеспечивается их расположением под углом. Минимальное значение волнового сопротивления (.Р = 40 Ом ) будет в областисближения катушек, а максимальное значение Я = 240 Ом - в месте их наибольшего удаления друг от друга.Пользуясь известной формулой110 ЛдУд -ф Ьгде В - расстояние между гранями катушек;Ь - ширина грани;- относительная диэлектрическаяпроницаемость воздуха,можно определить, при каких размерах3 и 3 волновое сопротивление преобразователя принимает соответственнозначения; ф 40 Ом и У = 240 Ом. Далее, зная длину катушек, находим угол,под которым катушки располагаются поотношению друг к другу. Этот угол при35 5 8730близительно равен 5. Величина, найденная расчетным путем, хорошо согла"суется со значением, найденным в процессе настройки.Изменение расстояния .между катушками прицодит к изменению погонной емкости длинной линии в больших пределах. Этим достигается некоторый диапазон изменения волнового сопротивления .и постоянной сдвига фазы датчика.В свою очередь, широта диапазона изменения Я и с. позволяет выбрать такойрежим работы преобразователя, при котором на его выходе (на конце длиннойлинии), где подключен детектор с индикатором, будет заданная, точка пучностнапряжения стоячей волны. Таким образом, расположение катушек двухпроводной длинной линии под углом друг кс юдругу с воэможностью его измененияобеспечивает преобразователю высокуючувствительность измерения в некотором диапазоне измерительногр параметра. Более значительный диапазон измерения с сохранением чувствительностиможет быть достигнут в таком преобра-,зователе выбором сечения каркаса катушек. Наиболее оптимальным являетсясечение в виде неравностороннего прямоугольного треугольника. При этомкаркасы располагают друг к другуменьшими гранями. Каркасы катушек могут быть выполнены также в виде прямых четырехугольных призм равно инеравносторонних, Рекомендуется прииспользовании прибора в области высоких влажностей располагать катушкибольшими площадями противолежащихграней.Таким образом, взаимное расположение катушек, форма каркаса взаимосвязанно обеспечивают чувствительностьпреобразователя, расширение диапазона измеряемых частот, а также эффективность регулировки параметровпреобразователя,На фиг.изображена блок-схема,предложенного влагомера; на фиг.2 -конструкция чувствительного элементапреобразователя в двух проекциях,На блок-схеме (фиг. ) генератор 1 высокочастотных электромагнитных колебаний подключен выходом навход преобразователя 2, к выходу которого подключен детектор 3. Выходдетектора 3 подключен на один иэ вы-,ходов сравнивающего, устройства 4, навторой вход которого подключен выходисточника 5 компенсирующего напряжения. Выход устройства 4 подключен к индикатору .7 через аттенюатор б с переключателем диапазонов измеряемых влажностей. К выходу аттенюатора 6 мо" жет подключаться регистрирующее устройство 8, например цифровой индикатор или самопишущий прибор. Устрой" ство содержит также каркас 9 треугольного сечения с обмоткой 1 О.Устройство работает следущцим об" разом.От генератора 1 синусоидальйые колебания высокой частоты подаются на вход преобразователя 2 (отрезки длинной линии в виде катушек, намотанных на трехгранные каркасы). В отрезках длинной линии устанавливается режим стоячих волн, благодаря тому, что волновое сопротивление линии значительно меньше сопротивления нагрузки, в качестве которой служит детектор 3, сравнивающее устройство 4 и индикатор 7.В исходном состоянии, когда в электромагнитном поле преобразователя 2 не вносится исследуемый материал, на концах длинной линии устанавливается определенное напряжение высокой частоты, которое детектируется детектором 3 и попадает на один из входов сравнивакщего устройства 4. Регулировкой компенсирующего напряжения, поступающего в блок 5, добиваются равенства нулю выходного напряжения сравнивающего устройства 4, в этом случае индикатор покажет нуль. При внесении исследуемого материала в электромагнитное поле длинной линии 2 изменяется длина стоящей волны иэ-эа того, что изменилась диэлектрическая проницаемость пространства возле линии и погонная емкость линии, а следовательно, и ее волновое сопротивление. Это вызывает изменение длины волны и смещение пучности напряжения на выходе длинной линии, а значит, н на выходе детектора 3. Нарушается баланс двух напряжений подаваемого с блока 5, и выходного напряжения детектора 3, и. на выходе сравнивающего устройства 4 появляется сигнал, который подается на индикатор 7 через аттенюатор 6. При этом переключением резисторов аттенюатора 6 выбирают нужный диапазон измеряемых влажностей индикатором 7. Сигнал с выхода аттенюатора 6, кроме индикатора, может подаваться,и на цифровой вольметр и самопишущийприбор, если их подключить к вы1.Преобразователь влажности,выпол ненный в виде двухпроводной линии в форме однородных катушек на плоских ираж 910 аказ 9022/6 одписно ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,7 873094 8ходу аттенюатора 6. Если чувствитель- диаметрических каркасах, рабочие граиость преобразователя 2 недостаточна, ни,которых расположены в плоскости,то ее можно увеличивать, регулируя параллельной плоскости измеряемого,величину угля между катушками. материала, о т л и ч а ю щ и й с яВлагомер имеет стабильные показа тем, что, с целью повышения чувствииия, когда исследуемый материал при тельности измерения, катушки установповторных измерениях одинаково фикси- лены под углом друг к другу с возможруется (располагается на одинаковых ностью его изменения,расстояниях .от плоскости катушек), 2. Преобразователь по и. 1, о т -Устройство, в котором используется 10 л и ч а ю щ и й с я тем, что каркасыпреобразователь, имеет более простую катушек выполнены в виде прямых призм.конструкцию, удобно в настройке и экс- Источники информации,плуатации. принятые во внимание при экспертизе1. Лихтер А.Д. и др. Приборы для15 измерения влажности бумажного полотФормула изобретения на. М 1971, с. 23-24.2. Разработка переносного приборадля определения влажности прессовыхсукон. Отчет УкрНПОБумпром, регистр2 о 9 72041716, Киев.