Диэлькометр

(22) Заявлено 230681 (21) 330 б 910/18-25 Р 1 М Кд з 6 01 М 27/22 с присоединением заявки Йо -Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(088.8) Дата опубликования описания 150183(72) Авторы изобретени С,С. Галушкин, Е.С. Кричевский, Л.А. Соколо Л.Р. Саванович, В.Н. Смирнов и В.М. Ой 37 ФВОдзоцнистнтут нина, ордена Оного Знамени гоПлеханова Ленинградский орденаи ордена Трудового Крим ГВ я(71 ) Заявител КОМЕТР Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйствадля контроля составаматериалов, в которых изменяется,например, влажность или процентноесодержание какой-либо компоненты,вызывающих изменение диэлектрическойпроницаемости. ". 1 О.Известен днэлькометр, содержащий емкостный первичный преобразователь,включенный в контур измерительного генера-.тора, опорный генератор, смесительчастот обоих генераторов и регистрирующий прибор. Наличие второго канала позволяет компенсировать отчастипомеху в первичном преобразователеи помеху, связанную с нестабильностью генераторов. для Этого необходимо оба генератора делать строгоидентичными1 3,Однако эти устройства обладаютвысокой погрешностью измерений, которая связана с зоной нечувствительности смесителейНаиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является диэлькометр, состоящий из резистивного первичного преобразователя, включенного через управляеизй преобразователь нагрузки в контур высокочастотного опорного генератора емкостного первичного преобразователя,включенного в контур высокочастотного измерительного генератора. Выходиобоих генераторов заведены на разныевходы смесителя, выход которого подключен к блоку усиления, фильтрациии преобразования в постоянное напряжение, а тот в свою очередь соединенс входом блока регистрации. При из"менении влажности среды изменяетсяее диэлектрическая проницаемость иактивное сопротивление, Частота из-.мерительного. генератора являетсяфункцией от этих двух параметровсреды. Частота опорного генератораявляется функцией только активногосопротивления среды, так как резистивный первичный преобразователь,включенный через преобразователь вконтур этого генератора, находитсяв постоянном электромагнитном полеПоэтому разностная частота, снимаемая с выхода смесителя, который производит операцию вычитания частотопорного н измерительного генераторов, зависит только от диэлектрической проницаемости среды, помещеннойв емкостный первичный преобразовательЗатем разностная частота усиливается, отфильтровывается от высших гармоник и преобразуется в сигнал постоянного напряжения, который фиксируется в блоке регистрации 2 3.Однако при малом приращении емкос ти, что бывает при технологическом контроле, например, чистых диэлектриков, частоты обоих генераторов близки друг к другу., В этом сЛучае происходит, как принято называть в радио 1 О технике, захват частот, т.е. оба генератора,начинают работать на одной частоте. При этом на смесителе выделяются нулевые биения, а на выходе устройства получается псевдонулевой отсчет. Кроме того, у всех известных смесителей наблюдается зона нечувствительности, которая составляет50-100 Гц. Это, как правило, в известных устройствах выливается в виде погрешности измерительного тракта, равной 1-2.Целью изобретения является повышение точности измерЕний.Поставленная цель достигается тем,5 что в диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, бло" 30 ка регистрации, дополнительно введены первый и второй блоки формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель частоты и такто вый генератор, причем входы блоков формирования сигналов подключены к выходам оответственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к пер 40 вому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока рас пределения сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразователя заведен на вход .блока регистрации,При этом блок арифметического преобразователя содержит четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, управляющие входы управляющих ключей являются управляющими входами блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управляющего ключа подсоединен к шине "Земля", измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифмети О ческого преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго, третьего управляющих ключей соедине ны соответственно с нулевым входом,входом прямого и входом обратногосчета реверсивного счетчика, а выходчетвертого управляющего ключа является выходом блока арифметическогопреобразования.Причем блоки формирования сигналов состоят из последовательно соединенных усилителя, оптронной развязки и ограничителя,Такой диэлькометр позволяет производить контроль состава материаловс высокой точностью за счет введенияблока арифметического преобразованияи двух блоков Формирования сигнала,которые позволяют полностью освободиться от гальванической связи междуизмерительным и опорным высокочастотными генераторами.На чертеже представлена блок-схемадиэлькометра.Емкостный первичный преобразователь 1 подключен в контур измерительного высокочастотного генератора 2, выход которого соединен с входом первого блока формирования сигнала 3, состоящего иэ последовательно включенных усилителя 4, оптронной развязки 5 и ограничителя 6, Выход первого блока формирования сигнала соединен со вторымизмерительным входом блока арифметического преобразователя 7, первый измерительный вход которого подключен к выходу опорного генератора 8 через второй блок формирования сигнала 9. Последний включает в себя, как и первый блок формирования сигнала 3, последовательно соединенные усилитель 10, оптронную развязку 11 и ограничитель 12. Тактовый генератор 13 через делитель 14 подключен ко входу блока распределения сигналов 15, первый, второй, третий и четвертый выход которого подсоединены к соответствующим управляющим входам блока арифметического преобразования 7. Блок арифметического преобразования включает в себя первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19 управляющие ключи и реверсивный счетчик 20, управляющие входы управляющих ключей 16 - 19 выведены на первый - четвертый управляющие входы блока арифметического преобразования. 7, а измерительные входы соответственно подключены к шине "Земля", к выходам второго блока формирования сигналов 9, первого блока формирования сигналов 3 и квыходу реверсивного счетчика 20.Выходы управляющих ключей 16 - 19 соединены соответственно со входами счетчика 20 1 нулевым входом, входом прямого счета, входом обратного счета ) и с выходом блока арифметического преобразования 7.Диэлькометр работает следующим образом.989435 кочастотный сигнал строго стабильнойчастоты в делитель частоты 14, гдепроисходит деление на такое псстоянное число, чтобы с выхода его поступал на вход блока распределения .сигналов 15 сигнал, частотой Ю 4 1 Гц.В блоке распределения сигналов 15вырабатываются прямоугольные импульсы управления с крутыми передними изадними. фронтами постоянной длитель ности й1 с. При этом управляющиеимпульсы поочередно проходят на первый, второй, третий и четвертый выходы. По приходу управляющего импульса на первый управляющий вход блокаарифметического преобразования 7 первый управляющий ключ 16 открываетсяи пропускает потенциал, равный 0(от шины фЗеиаф), на нулевой вход счетчика 20, в результате чегоустройство приводится в исходное состояние, т.е. во всех разрядах счетчика20 записываются нули. После этого следует пауза, а затем поступает второй импульс на второй управляющийвхо) блока арифметического преобразования 7. Открывается второй управляющий каоч 17 и закрывается первыйуправляющий ключ 16,а сигнал с выхода опорного высокочастотного генератора 8 через второй блок формирования сигналов 9 и второй управляющий ключ 17 поступает на вход прямого счета счетчика 20. В разрядах счетчика 20 записывается число, равное частоте опорного высокочастотного - - генератора З.По истечении очереднойпаузы с блока распределения сигналов15 поступает управлявиций импульс натретий управляющий вход блока арифметического преобразования 7. Приэтом третий управлянцций ключ 18 открывается, а второй управляющий ключ,17 закрывается и сигнал от измерительного высокочастотного генератора2 через первый блок формированиясигналов 3 и третий управляющий. ключ18 поступает на вход обратного счета счетчика 20Таким образом,.в разрядах счетчика 20 записывается число, равное разности частот высокочастотного опорного генератора и высокочастотного измерительного генератора. Это число пропорционально величине контролируемого параметра и оноостается запомненным до прихода очередного импульса на нулевой входсчетчика 20, После паузы с блокараспределения сигналов 15 на четвертый управляющий вход блока арифметического преобразования 7 поступаетимпульс, управляющий ключ 19 открывается, а управляющий ключ 18 закрывается. С выхода счетчика 20 сигнал через управляющий ключ 19 поступает на вход блока регистрации 21,где фиксируется и запоминается до Через емкостный первичный преобразователь 1 пропускается материал,в котором меняется состав ( влажность или процентное содержание какой-либо компоненты). При этом изменяется (диэлектрическая проницаемость мате:риала в целом, а, следовательнО; электрическая емкость первичного преобразователя 1. В соответствии с этим изменяется частота измерительного высокочастотного генератора 2, так как первичный преобразователь 1включен в его колебательный контур. С выхода измерительного высокочастотного генератора 2, высокочастотныйсигнал поступает на вход блока Формирования сигнала 3, где усиливается по амплитуде усилителем 4, проходит оптронную развязку 5 и ограничивается по амплитуде ограничителем б.Таким образом, на выходе первого 3) блокаФормирования сигналов 3 сигналимеет прямоугольную форму с частотойследования импульсов, равной частотеизмерительного высокочастотного генератора 2. Приф этом оптронная развязка 5 позволяет осуществить развязку выхода первого блока формирования сигналов 3 с его входом близкой к идеальной. Этот сигнал поступает на второй измерительный вход блока З 0 арифметического преобразования 7. Опорный высокочастотный генератор 8, собранный иа идентичных элементах, как и измерительный высокочастотный генератор 2, посылает на вход второ- З 5 го блока Формирования сигнала 9 сигнал постоянной (опорной) частоты, равный частоте измерительного высокочастотного генератора 2 в случае нулевого значения контролируемой компоненты. Сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 во втором блоке Формирования сигналов 9 подвергается такой же обработке, как и сигнал с измерительного высокочастотного генератора 2 в первом блоке фор мирования сигналов 3, для чего используется усилитель 10, оптронная развязка 11 и ограничитель 12. Таким образом, на первый измерительный вход блока арифметического преобра зования 7 поступает сигнал с опорного высокочастотного генератора 8 в виде прямоугольных импульсов.На первый, второй, третий и четвертый управляющие входы блока арифметического преобразования 7 поочередно с интервалом в одну и более секунду поступают прямоугольные импульсы инфранизкой частоты(Г 4 1 Гц) с первого, второго, третьего и чет вертого выходов блока распределения сигналов 15. Блок распределения сигналов 15 запитан через делитель частоты 14 от тактового генератора 13. Тактовый генератор 13 посыпает высоследующего отсчета. Выходная информация пропорциональна вносимой в контур высокочастотного измерительного генератора 2 электрической емкости .анализируемого материала, а следовательно, является количествен 5 ной мерой контролируемой компоненты материала. После этого цикл работы устройства повторяетсяТаким образом, погрешность в бло ке арифметического преобразования 10 при вычитании частот сводится к минимальной, так как число разрядов счетчика можно увеличивать до необходимой величины.Использование предлагаемого ди элькометра позволяет значительно снизить погрешность измерительных блоков диэлькометрическихвлагомеров и концентратомеров.,20Формула изобретения1, Диэлькометр, состоящий из емкостного первичного преобразователя, подключенного к входу измерительного высокочастотного генератора, опорного высокочастотного генератора, блока регистрации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ-, ности измерений, в него введены два блока формирования сигнала, блок арифметического преобразования, блок распределения сигналов, делитель чаетоты и тактовый генератор, причем входы блоков Формирования сигналов подключены к выходам соотвеТственно высокочастотных измерительного и опорного генераторов, а выходы подсоединены к первому и второму измерительным входам блока арифметического преобразования, первый, второй, третий и четвертый управляющие входы которого заведены на соответствующие выходы блока распределения. сигналов, подсоединенного через делитель частоты к выходу тактового генератора, при этом выход блока арифметического преобразования подключен к входу блока регистрации.2. Диэлькометр по п. 1, о т - л ич а ю щ и й с я тем, что блок арифметического преобразования включает в себя четыре управляющих ключа и реверсивный счетчик, при этом управляющие входы управляющих ключей являются управляющими входами блока арифметического преобразования, измерительный вход первого управляющего ключа подсоединен к шине "Земля", измерительные входы второго и третьего управляющих ключей являются измерительными входами блока арифметического преобразования, измерительный вход четвертого управляющего ключа соединен с выходом реверсивного счетчика, выходы первого, второго, третьего управляющих ключей соединены соответственно с нулевым входом входом прямого и входом обратного счета реверсивного счетчика, а выход четвертого управляющего ключа является выходом блока арифметического преобразования.3. Диэлькометр по п, 1 о т л ич а ю щ и й с я тем, что блоки фор- мирования сигналов состоят из последовательно соединенных усилителя, оптронной развязки и ограничителя.6Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3046479,кл. 6 01 й 27/02, 1972.2. Авторское свидетельство СССРМ 370512, кл. С 01 й 27/02,15.07.71989435 Составитель Г. КулаковРедактор Т. Веселова Техред И.НадьКорректор Л. Ференц одписноеР к у де филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 11115/62 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изоб 113035, Москва, Б