Электронно-цифровой влагомер

) С 01 М 27/22 ТЕ поцклю совпац включ УДАРСТЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССРЖ 593129, кл. С 01 М 27/22, 1978.2, Патент СБА4080563,кл. 6 01 Й 27/26, опублик. 1977(54) (57) 1. ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЙВЛАГОМЕР, содержащий датчик-конденсатор, включенный в контур измерительного генератора, выхоц которого через первый вход первой схемы совпацения соеаинен с первым вхоцом второйсхемы совпадения и через нее с первымвходом 12-разрядного счетчика, первыйвыход которого подключен к второмувходу второй схемы совпацения, а второй выхоц соединен с первым входомтретьей схемы совпадения, опорный генератор, выхоц которого подключен соответственно к первому входу четвертой схемы совпадения, которая соединена с третьим входом второй схемысовпадения, к последовательно соединенным первому вхоцу пятой схемы совпадения, второму входу третьей схемысовпацения и первому вхоцу Зразрядногодесятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которогосвязан с терморезистором, а выходчен к второму входу пятой схемыения, источник питания и контактыения, отличающийсятем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него цополнительно ввецены программное управлг юшее устройство, состоящее из последовательно соециненных трех многоразрядных двоичных целителей и триггера, шестая схема совпацения, триггер питания, а также блок сброса и инцикации разрядов источника питания, причем вход программного управляющего устройства соецинен с выхоцом опорного генератора, первый выхоц - соответственно с вторыми входами первой и четвертой схем совпацения и первым входом шестой схемы совпадения, а второй выхоц с первым вхоцом триггера питания, второй вход шестой схемы совпадения поа-, Е ключен к второму выходу 12-раэряцного счетчика, а выхоц - к второму входу блока температурной компенсации, вто рой н третий входы триггера питания соответственю соецинены с контактами Е включения и выхоцом источника питания, а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и ннцикации разряда источ- АР ника питания, послецний выхоцом соеци- СЛ нен с вторыми входами сброса 12-раэ Ьа) ряцного счетчика, 3-разрядного цесятичного счетчика и вторым входом программного управляющего устройства.2. Влагомер по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок сброса и индикации разряда источника питания состоит из цвух генераторов тока разлячной Ьф полярности, выходы которых соединены межцу собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора вклю-. чен переменный резистор, а в базовую цепь транзистора второго генераторацва стабилитрона, и инвертора, цва входаУкоторого подключены к точке соецинения выходов обоих генераторов, а выход 1052981 через резистор соединен с входом первого генераторв, тока, 1Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным устройствам цля измерения влажности сыпучих материалов в полевых условиях, иможет быть использовано для измерения 5влажности кормовых материалов и фуражного зерна,Известен емкостный измерительконцентраций, содержащий датчик-конденсатор, генератор, блок температурнойкомпенсации1 ,В данном устройстве используетсяпреобразование температуры в напряжениепостоянного тока, а затем с помощьюнелинейного блока термопоправка в аналоговой форме вводится в результат измерения. Такая конструкция устройстване позволяет применять его в цифровыхэкспресс-влагомерах., Кроме того, наличие нелинейного блока усложняет 20прибор и снижает его точность.Наиболее близким к предлагаемомуявляется электронно-цифровой влагомер,содержащий датчик-конденсатор, включенный в контур измерительного генеоатора, 25выход которого через первый вход первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпацения ичерез нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выход которого 30поцключен к второму вхоцу второй схемысовпацения, а второй выход включен напервый вхоц третьей схемы совпацения,опорный генератор, выхоц которого соединен соответственно через первый вход З 5четвертой схемы совпадения с третьимвходом второй схемы совпацения и последовательно соединенными первымвхоцом пятой схемы совпадения, вторымвхоцом третьей схемы совпадения и 40первым вхоцом 3-разряцного десятичногосчетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого, связан стермореэистором, а выход подключен квторому вхоцу пятой схемы совпадения, 45источник питания и контакты 2 3,В известном устройстве, использующем емкостный способ измерения влаж 2ности, цля повышения точности операторвводит поправку на температуру обьекта.Для этого в рабочей камере датчикаконценсатора установлен цатчик температуры материала, сигнал которого поступает в блок температурной компенсации и по команде оператора корректирует окончательный результат измерения влажности, При таком способе введения температурной поправки имеетсябольшая неопределенность момента ееввоца, Это вызвано тем, что различныесреды имеют отличные цруг от другатеплофизические характеристики, чтообуславливает неодинаковое время уста.новления теплового равновесия, после которого надо начинать измерение. Датчиктемпературы обладает инерционностьюи сигнал на его выходесоответствующиймоменту установления теплового равновесия в системе исслецуемый материалтермоцатчик, устанавливается не сразу,а в течение определенного времени. Таким образом, при одной и той же температуре контролируемых материалов в зависимости от длительности установления теплового равновесия и моментаввода температурной коррекции в результат измерения ввоцится различная поправка, т,е. блок температурной компенсации в этом случае вносит дополнительную случайную погрешность,Кроме того, в известном устройствепри цлительной эксплуатации происхоцитснижение напряжения батарей питании,Это вецет к изменению режимов рабтыузлов влагомера, в частности изменяется частота опорного генератора и цлительность импульса блока температурнойкомпенсации, может произойТи сбой вработе счетчиков. Первое приводит кзначительным погрешностям при измерении влажности, второе снижает надежность работы влагомера., Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений влажности сыпучих материалов.3 10529Поставленная цель достигается тем, что в электронно-цифровой влагомер, содержащий датчик-конденсатор, включенный в контур измерительного генератора, выход которого через первый вход первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпапения и через нее с первым входом 12-разрядного счетчика, первый выхоц которого подключен к второму входу второй схемы совпацения, а второй выход соецинен с первым входом третьей. схемы в совпадения, опорный генератор, выход которого подключен соответствен но к первому входу четвертой схемы совпадения, которая соединена с третьим входом второй схемы совпадения, к последовательно соединенным первому входу пятой схемы совпадения, второму входу третьей схемы совпадения и пер вому входу 3-разрядного десятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого связан с терморезистором, а выход подключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питаний и контакты включения, дополнительно введены программное управлявшее устройство, сосгояшее из последовательно соединенных трех многоразрядных двоичных деталей и триггера, шестая30 схема совпадения, =риггер питания, а также блок сброса и индикации разрядов источника питания, причем вход программного управляющего устройства соединен с выходом опорного генератора,первыйвыод-соотлетственнос вторыми входами леовой и четвертой схем совладения и первым входом шестой схемы совладения, а второй выход - с первым ьходом триггера питания, второй вход шестой схемы совлацения подключен к второму выхоцу 12-раэряцного счетчика, а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и третий входы триггера питания соответственно соединены с контактами включения и выходом источника питания, а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разряда источника питания, последний выходом соединен с вторыми входами сброса 12-разрядного счетчика, 3-разрядного десятичного счетчика и вторым входом программного управляющего устройства.Кроме того, блок сброса и инаика ции разряда источника питания состоит иэ двух генераторов тока различной .псь лярности, выходы которых соединены меж 81 4ду собой, причем в базовую цель транзистора первого генератора включен переменный резистор, а в базовую цепьтранзистора второго генератора - цвастабилитрона, и инвертора, два входакоторого подключены к точке соединениявыходов обоих генераторов, а выход через резистор соединен с входом первогогенератора тока,На фиг, 1 приведена структурная схемаэлектронно-цифрового влагомера сыпучихматериалов; на фиг. 2 - принципиальнаяэлектрическая схема блока сброса и индикации разряда источника питания,Влагомер состоит из датчика-конценсатора 1, включенного в контуризмерительного генератора 2, выход которогочерез первый вход. первой схемы 3 совпадения соединен с первым входом второй схемы 4 совладения и через нее спервым вхоцом 12-разрядного счетчика 5,Первая схема 3 совлацения выполнена ввиде стробируюшего делителя на два сиспользованием микросхемы К 176 ТМ 1.Первый выход 12-разрядного счетчика 5подключен к второму входу второй схемы 4 совладения, а второй выхоц соответственно соединен с первым входомтретьей схемы 6 совпадения и вторымвходом шестой схемы 7 совладения. Опорный генератор 8 соединен соответственнос первым входом четвертой схемы 9совладения, которая соединена с третьимвходом второй схемы 4 совпадения,последовательно соединенными первымвходом пятой схемы 10 совладения,вторым входом третьей схемы 6 совпапения, которая соединена с первым входом 3-разрядного десятичного счетчика 11, а также входом программногоуправляюшего устройства 12, Программное управляющее устройство 12 первым выходом соединено соответственнос вторым входом первой схемы 3 совладения, четвертой схемы 9 совпаденияи первым вхоцом шестой схемы 7 совпадения второй выхоц - с первым вхоцомтриггера 13 литания, Программноеуправляюшее устройство 12 состоит изпоследовательно соединенных первого 9 разрядного двоичного целителя 1 4,6-пазояцного двоичного делителя 15,второго 9-разрядного двоичного делителя 16 и триггера 17. Триггер 13питания выполнен на транзисторахКТ 352 Б, КТ 342 А,Терморезистор 18 (СТ 1), установленный в рабочем пространстве датчикаконденсатора 1, включен на первый вхоц1 105блока 19 температурной компенсацииБторой вход блока 19 температурнойкомпенсации соединен с выходом шестойсхемы 7 совпадению, а выход подключенк второму входу пятой схемы 10 совпадения, Блок 19 температурной компенсации представляет собой преобразовательтемпература-время, собранный, на цвухтранзисторах микросхемы К 156 НТ 16и транзисторе КТ 349 Б, т,е, это ждушиймультивибратор на транзисторах разнойпроводимости. Источник 20 питания вдагомера через третий вход триггера 13питания подключен ко всем узлам влагомера, в том числе и к блоку 21 сбросаи индикации разряца источника питания,выход которого соединен соответственно.с вторыми входами блока сброса 12 разрядного счетчика 5, 3-разрядногоцесятичного счетчика 11 и программногоуправляющего устройства 12.Блок 21 сброса и индикации разрядаисточника питания (фиг. 2 ) выполненна транзисторах Т 1 и Т 2 (соответственно КТ 349 Б и КТ 342) и инверторе Д 3.4 микросхемы К 176 ЛЕ 5. Б базовую цепь транзистора Т 1 иицочен делитель напряжения, состоящий из резистора Р 1 и Р 2, а в базовую цепьтранзистора Т 2 - последовательно цвадиода 1 и2. В эмиттерных цепяхобоих транзисторов включены соответственно Р 3 и Р 4. Причем сопротивление Я 4 щунтировано с помощью конденсатора С 1, На транзисторах Т 1 и Т 2,таким образом, собраны два генераторатока. разной полярности и вклоченывстре.-шо. Два вхоца инвертора Д 3.4подключены к точке соединения генераторов тоха, а выход чорез резистор Р 5соединен с базой транзистора,К второму входу (фиг, 1) триггера 13питания подключены .контакты 22 вклквнпя, а индикатор 23 соединен с .выходсм .-разрядногс десятичного счетчика 11..Злагсмер работает следующим Общиразом.31 пкл работы прибора состои 1 изизмерения влажности исследуемого образца и внесепия термопоправки в р-.=эультат измерения. Перехоцом из оцпсго режима в другой, включением иОтключением прибора по окончании измеужний управляет программнре управлясщее,стрсйствс 12. Бремя внесениятермспоправхи выбрано с учетом длительности устансвдения теплового равновесия для различных сельскохоэяйствен 81 6ных материалов и инерционности терморезистора, Этим достигается выход даъ.чика прибора на установившийся режимв диапазоне рабочих температур влагомера.Исходным сигналом цля включенияэлектронно-цифрового впагомера служитзамыкание контактов 22 включения,которые срабатывают в том случае,когда уплотнение образца происхоцитзаданным усилием (более 8 кг), Призамыкании контактов 22 включениятриггер 13 питания устанавливается вдругое устойчивое состояние, при этомот источника 20 питания поцается напряжение на все узлы прибора. Послевключения прибора начинают генерировать измерительный 2 и опорный 8генераторы, блок 21 сброса и индикации разряда источника питания формирует сигнал сброса, обнуляюший 12 разрядный двоичный счетчик 5, 3-разрядный десятичный счетчик 11 и6-разрядный цвоичный счетчик 15программного управляющего устройства12,Сигнал с измерительного генератора 2 частота которого определяетсяциэлектрической проницаемостью образца, помещенного в датчик-конценсатор 1,поступает на схему 3 совпадения,выполня ющую функцию стробируюи:,егоделителя на цаа. На схеме 3 совпадения присутствует сигнал программногоуправляющего устройства 12, разрешающий прохождение сигнала измерительного генератора на вторую схему 4 совпадения. Для четвертой схемы 9 совпацения сигнал программного унравляюшегоустройства является запрещающим, поэтому сигнал с опорного генератора 8 навторую схему 4 совпадения не проходит,По окончании действия импульса сброса, сформированного блоком 21 сбросаи инцихации разряда источника питания, начинается заполнение 12-разряд-.ного цвсичнсго счетчика 5 сигналомизмерительного генератора 2. При приходе на вход счетчика 5 2048 импульс Ов наего первом выходе появится сигнал, бд скирующий вторую схему 4 совпадения, ипоступление импульсов на вход 12 разрядного двоичного счетчика 5 прекращается, С второго выхода счетчика 5снимается импульс, начало которого соответствует прихоцу на вход счетчика 51024 импульсов, а конец - 2048, ипоступает на третью схему 6 совпадения,разрешая на время действия импульса про 7 1052 хождение сигнала опорного генератора 8 на вхоа 3-разрядного десятичного счетчика 11. Импульсы с опорного генерагора 8 поступают на вход третьей схемы 6 совпадения через пятую схему 10 совпааения ко 5 торая управляется программным управляющим устройством 12 и открыта в режиме измерения влажности, Заполнение 3-разряаного песятичного счетчика 11 продолжается в течение действия щ импульса, сформированного 12-разряпным двоичным счетчиком, 5, т,е, по окончании пействия этого импульса в последнем окажется записано число К, равное количеству импульсов опорного генератора, которое успело пройти через третью схему 6 совпадения.1024 2И=11иьмгде аког, - частота опорного генератора; щ; частота измерительного геиэмне ра тора.Так как частота опорного генератора 8 выбрана постоянной и равна 1 МГц, то приведенное выражение примет вип: у 51 аг+ г ИЬМ Частота измерительного генератора 230 устанавливается при настройке исходя из граауировочной таблицы. При заполнении датчика-конденсатора 1 исследуемым материалом частота измерительного генератора 2 уменьшается, что привопиг к увеличению М.35Через 16 с прибор переходит в режим внесения термопоправки в результат из мерения, За это время терморезистор 18 постигнет температуры иссдепуемвго образца и выйает на установившийся режим. Переход к внесению термопоправки происходит по сигналу, вырабатывае мому программным управляющим устрой-) ством 12, при этом запрещается прохождение сигнала от измерительного генератора 2 через первую схему 3 совпа дения на вход 12-разряаного двоичного счетчика 5, разрешается прохождение сигнала опорного генератора 8 на вход 12-разряаного двоичного счетчика 5 через четвертую схему 9 совпааения, разрешается прохождение сигнала с второго выхода 12-разрядного двоичного счетчика 5 через шестую схему 7 совпадения на вход блока 19 температурной 55 компенсации, формируется импульс сбро- . са аля 12-разряпного двоичного счетчика 5. 981 8По окончании действия импульсасброса начинается заполнение 12-разрядного двоичного счетчика 5 сигналомопорного генератора частотой 1 МГц,По приходу на вхоа счетчика 5 1024 импульсов на его втором выходе появляется перепад напряжения, который черезшестую схему 7 совпадения поступаетв блок 19 температурной компенсациии запускает его, Блок 19 темепературной компенсации работает в ждущем режиме и генерирует импульс, плительностькоторого пропорциональна температурематериала. Этот импульс поступает навход пятой схемы 10 совпадения и навремя его действия запрещаетпрохождение импульсов опорного генератора 8 на третью схему 6 совпапенияи через нее на 3-разрядный аесятичныйсчегчик 11. Если препположить, чтодлительность импульса блока температурной компенсации равна нулю, то в этомслучае на вход 3-разряаного десятичного счетчика 11 поступят 1024 импульса.Это обусловлено тем, что на 12-разряднъйдвоичный счетчик 5 и на 3-разрядныйдесятичный счегчик 11 сигнал приходит от опорного генератора 8, а схема 6 совпааения открыта на время действия импульса, который присутствуетна втором выходе двоичного счетчика 5,В результате показания прибора увеличиваются на 2,4, так как десятичныйсчетчик 11 - З-разрядный,1Если же длительность импульса блока температурной компенсации составит 24 мкс, то изменения показания прибора не произойпет, так как пятая схема 10 совпадения будет закрыта на время поступления 24 импульсов опорного генера тора 8, период следования которых равен 1 мкс, и на вход 3-разрядного десятичного счетчика 11 пройдет 1000 импульсов, которые не изменят показания прибора. Такой режим работы блока 19 температурной поправки устанавливается при 20 С, При увеличении темопературы алительность импульса увеличивается следовательно, показания прибора уменьшаются, а при уменьшении - увеличиваются. В этом случае при одной температуре исслеауемого материала и различных моментах времени измерения в результат вносится одна и та же термопоправка, повышающая точность работы влагомера.Блок 21 сброса и индикации разряда источника питания работает слепуюшим об52981 10го счетчика 11 и обнуляет его. При этом на индикаторе высвечиваются три нуля, свицетельствуюшие о разряде источника питания. С помошью конценсато 5 ра С 1 схема формирует импульс сбросапри включении питания. Конденсатор С 1 в момент включения прибора шунтирует резистор Й 4, что обуславливает увеличение тока транзистора Т 2 на время 1 О заряда этого конценсатора, после чегоконденсатор С 1 не влияет на работу схемы. Импульс сброса, появляющийся .при включении прибора, используется для обнуления 12-разряцного двоичного счет чика 5, 3-разрядного десятичного счетчика 11 и 6-разрядного двоичного счетчика 15. рэния влажности,910 разом (фиг. 2), Потенциал в точке соеди нения коллекторов транзисторов Т 1 и Т 2 может быть либо низким, либо высоким и зависит от соотношения токов обоих генераторов. Ток транзистора Т 2 постоянный и не зависит от напряжения источ ника питания, так как напряжение на базе транзистора стабилизировано цвумя стабилитронами Д 1 и Д 2. Ток транзистора Т 1 изменяется пропорционально изменению напряжения источника питания, поскольку напряжение на базе этого транзистора снимается с части резисторами. Напр жение на базе транэйстораТ 1,. устанавливается таким, чтобы при напряжении питания больше 7,5 В токи обоих транзисторов были равны. Если напряжение питания больше 7,5 Б, то потенциал точки соединения коллекторов транзисторов высокий, если меньше 20 низкий, Так как чувствительность описанной схемы сушественно зависит от сопротивления нагрузки, то с нагрузкой она согласована с помощью инвертора Д 3.4, имеющего высокое входное25 сопротивление, Для увеличения стабильности работы схемы последняя охвачена слабой положительной обратной связью, осуществляемой через резистор Й 5. При уМеньшении напряжения питания ниже порогового значения, равного 7,5 В, на выхоце инвеотора Д 3,4 появляется высо кий потенциал, который поступает на сбросовый вхоц 3-разрядного десятичноТаким образом, применение электронно-цифрового влагомера позволяет повысить точность иэмеоения влажности за счет снижения температурной погрешности, что достигается вводом термопоправки после наступления теплового равновесия в системе цатчик - исследуемый материал и выхоцом терморезистора на установившийся режим. Кроме того, блок сброса и индикации разряда источника питания с целью исключения ошибочной инцикации результата измерения автоматически отключают влагомер при снижениинапряжения ниже порогового, чем такжеповышает точность и надежность изме1 О 52981 Редактор В. Петра Составитель В. ГусеваТехред С,Мигуновва орректор, С, Че Подпис ал ППП т, г. Ужгород, ул, Проектная,8862/4 Х Тираж 873ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4