Спосіб вимірювання вологості

Спосіб вимірювання вологості, в якому вимірюють напруги змінного струму на зразковому опорі і ємнісному перетворювачі, ввімкнених послідовно, який відрізняється тим, що додатково вимірюють напруги постійного струму на зразко вому опорі і ємнісному перетворювачі, а вологість визначають за формулою: Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може використовуватись для визначення вологості матеріалів, наприклад зерна і зернопродуктів. Відомий спосіб визначення вологості шляхом вимірювання фазового зсуву між напругою на зразковому елементі і стабілізованою за амплітудою напругою на ємнісному давачі, з подальшим визначенням вихідної напруги, пропорційній вологості, реалізований в ємнісному вологомірі (А.с. СССР №734548, кл. G01N 27/22). Недоліком способу є залежність фазового зсуву між напругами на зразковому елементі і давачі не тільки від вологості, а й від нестабільності діелектричних втрат. За прототип вибраний спосіб вимірювання вологості металургійних пшхт, в якому вимірюють напруги змінного струму на зразковому опорі і ємнісному перетворювачі, ввімкнених послідовно, і визначають суму фазових зсувів між напругами на опорі і ємнісному перетворювачі та вхідною напругою (А.с. СССР №268002, кл. G01N 27/22). Цей спосіб має велику похибку, викликану нестабільністю діелектричних втрат в досліджуваних матеріалах. В основу винаходу покладена задача зменшення похибки вимірювання вологості за рахунок того, що додатково вимірюють напруги постійного струму на зразковому опорі і ємнісному перетворювачі, які використовують для визначення дійсної ємності досліджуваного матеріалу, не залежної від діелектричних втрат. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання вологості, в якому вимірюють напруги змінного струму на зразковому опорі і ємнісному перетворювачі, ввімкнених послідовно, додатково вимірюють напруги постійного струму на зразковому опорі і ємнісному перетворювачі, а потім визначають вологість як функцію дійсної ємності матеріалу за такою формулою: W A 1 Uз Uз 2 Uд Uд 2 1, де А - коефіцієнт пропорційності; U з - напруга на зразковому опорі при дії на вході джерела напруги постійного струму; U з - напруга на зразковому опорі при дії на вході джерела напруги змінного струму; U д - напруга на ємнісному перетворювачі при дії на вході джерела напруги постійного струму; U д - напруга на ємнісному перетворювачі при дії A 1 Uз Uз 2 Uд Uд 2 1 , (1) де А - коефіцієнт пропорційності; Uз- - напруга на зразковому опорі при дії на вході джерела напруги постійного струму; Uз – напруга на зразковому опорі при дії на вході джерела напруги змінного струму; Uд- - напруга на ємнісному перетворювачі при 75699 (11) UA (19) W (13) C2 на вході джерела напруги змінного струму; - кутова частота змінного струму. 3 75699 4 дії на вході джерела напруги постійного струму; Для визначення опору втрат R необхідно скоUд – напруга на ємнісному перетворювачі при ристатись схемою фіг. 2. При дії на вході джерела дії на вході джерела напруги змінного струму; напруги постійного струму матимемо: ω- кутова частота змінного струму. UЗ , (6) IR IR З На фіг. 1 показана еквівалентна схема кола з RЗ зразкового опору Rз і ємнісного перетворювача, де IR- - струм через опір втрат при дії на вході з'єднаних послідовно, з ємнісним перетворювачем джерела напруги постійного струму; у вигляді паралельно з'єднаних опору втрат R і IRз- - струм через зразковий елемент при дії на дійсної ємності матеріалу Сд, на вході якого діє вході джерела напруги постійного струму. джерело напруги змінного струму e(t), на фіг. 2 - та Опір втрат: ж схема, яка знаходиться під дією джерела напруUд R З Uд ги постійного струму Е, а на фіг. 3 -векторна R . (7) діаграма матеріалу, що знаходиться в ємнісному IR UЗ перетворювачі під дією змінного струму. З врахуванням виразу (7) дійсна ємність знаКомплексна провідність матеріалу, який знаходиться наступним чином: ходиться в ємнісному чутливому елементі 2 2 1 1 Uд j arctg R C 2 1 Uз Y j Cд C2 e Y e j , (2) д Сд 1 , (8) 2 R R Uз Uд де R - опір втрат матеріалу; Дійсна ємність не залежить від нестабільних Сд – дійсна ємність матеріалу; втрат і пропорційна вологості: Y - модуль комплексної провідності матеріалу; 2 2 φ - фазовий зсув між напругою на ємнісному Uд 1 Uз перетворювачі та сумарним струмом ємнісного W А Сд A 1 , (9) Uз Uд перетворювача. З виразу (2) очевидно: Аналізуючи вираз для визначення вологості за допомогою еквівалентних схем фіг. 1 та фіг. 2 на 1 2 2 Y Cд . (3) змінному і на постійному струмі та векторної R2 діаграми вологого матеріалу можна зробити висМодуль комплексної провідності матеріалу екновок, що точність вимірювання вологості залеспериментальне знаходиться з використанням жить від точності зразкового резистора сумарного струму ємнісного перетворювача та (прецезійного активного опору) RЗ та точності напруги на ньому: вимірювання напруг на елементах перетворювача I UЗ і його вході. Y , (4) Uд R З Uд Враховуючи стан сучасної прецезійної елементної бази, забезпечення необхідної де I - сумарний струм ємнісного перетворюваточності опору RЗ не є складним завданням, адже ча; існують прецезійні резистори, точність яких RЗ – зразковий опір. складає 0,01% і вище. З такою ж точністю можна З виразу (3): вимірювати і напругу. Таким чином запропоноваUЗ 1 ний спосіб дає можливість визначати вологість з 1 2 Y високою точністю. R З Uд 2 R2 R Cд . (5) д 5 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 75699 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601