Ємнісний вимірювач вологості матеріалів

Ємнісний вимірювач вологості матеріалів, що містить магніточутливий перетворювач, операційний підсилювач, резистор зворотного зв'язку, індикатор, стабілізоване джерело живлення та виток проводу, який змонтований на осерді магніточутливого перетворювача, а КІНЦІ витка проводу через вимикач підключені до полюсів джерела живлення, при цьому вихід операційного підсилювача з'єднаний зі змінним резистором, а магніточутливий перетворювач містить додаткові обмотки, які через випрямлячі з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ виходами транзисторного мультивібратора, одне з плечей якого містить еталонний конденсатор, а інше плече з'єднане з ємнісним вимірювальним перетворювачем, який відрізняється тим, що вихід операційного підсилювача підключений до формувача сигналів, вихід якого приєднаний до фільтра низьких частот з механізмом температурної компенсації, фільтр низьких частот своїм виходом з'єднаний через підсилювач інформаційного сигналу з аналогоцифровим перетворювачем, а до плеча транзисторного мультивібратора з еталонним конденсатором підключений магазин еталонних ємностей Винахід належить до вимірювальної техніки і може використовуватись для вимірювання вологості сипких, твердих, пастоподібних матеріалів та рідин Відомий ЄМНІСНИЙ вимірювач концентрації, що містить стабільний по частоті генератор імпульсів, виконаний у вигляді мультивібратора з емптерною ємністю, до якої підключені ємнісний датчик та датчик температури, що являє собою терморезистор Вторинний перетворювач вимірювальної інформації містить послідовно з'єднані детектор, фільтр та інтегратор (Ас 1741044, G01 N 27/22, бюл №22) Недоліками пристрою є низька точність та низький рівень чутливості схеми Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для вимірювання вологості матеріалів, що складається з магніточутливого перетворювача, на осерді якого змонтовано обмотку живлення, обмотки зворотного зв'язку та виток проводу, операційного підсилювача, резистора зворотного зв'язку, індикатора, стабілізованого джерела живлення та вимикача Конструкція пристрою також містить транзисторний мультивібратор, одне з плечей якого містить еталонний конденсатор, а інше під'єднане до ємнісного вимірювального пе ретворювача, причому виходи мультивібратора через випрямлячі підключені до ВІДПОВІДНИХ додаткових обмоток, змонтованих на осерді магніточутливого перетворювача, а у вихідному колі операційного підсилювача підключено змінний резистор для вибору робочого режиму пристрою (Пат 43725, G01 N 27/22, 2001, бюл №11) Недоліками пристрою є обмежені функціональні можливості, виражені у властивості пристрою вимірювати вологість у конкретному матеріалі (твердому, сипкому, пастоподібному та ш) і непридатності пристрою для вимірювань вологості у певному спектрі різних матеріалів без попереднього перекалібрування та настройки Крім того, низький рівень стабільності схеми, що проявляється в такому негативному явищі, як не повертання стрілки аналогового індикатора на нульову поділку шкали при нульовому значенні інформаційного сигналу, та відсутність температурної компенсації негативно впливають на точність вимірювань В основу винаходу поставлено, задачу розробки ємнісного вимірювача вологості матеріалів шляхом розміщення в одному з плечей транзисторного мультивібратора магазину еталонних ємностей та шляхом застосування формувача сигналів, на вхід якого подається сигнал з виходу операцій (О 00 со ю 53186 сатор (на фіг 1 не вказаний), а іншим плечем муного підсилювача, а вихід операційного підсилюльтивібратор 10 під'єднаний до ємнісного вача під'єднаний до фільтра низьких частот з мевимірювального перетворювача 11, причому до ханізмом температурної компенсації, де вихід фіеталонного конденсатора підключено магазин льтра з'єднаний через підсилювач інформаційного еталонних ємностей 12, кожна з яких підібрана сигналу з аналого - цифровим перетворювачем, ВІДПОВІДНО до типу матеріалу, вологість якого підщо забезпечує розширення функціональних можлягає вимірюванню Виходи мультивібратора 10 ливостей пристрою та підвищення точності виміпід'єднані до ВІДПОВІДНИХ додаткових обмоток 3 та рювань 4 через випрямлячі 13 та 14 Обмотки 3 та 4 мають Поставлена задача вирішується тим, що ємніоднакову КІЛЬКІСТЬ витків та реалізують віднімання сний вимірювач вологості матеріалів, який складасигналів, що надходять з плечей мультивібратора ється з магніточутливого перетворювача, операІнформаційний сигнал з виходу операційного підційного підсилювача, резистора зворотного силювача 5 потрапляє на формувач сигналів 15 та зв'язку, індикатора, стабілізованого джерела живфільтр низьких частот 16 з вмонтованою схемою лення та витка проводу, який змонтовано на осертемпературної компенсації 17 Вихід фільтра низьді магніточутливого перетворювача, а КІНЦІ витка ких частот 16 з'єднаний з підсилювачем інформапроводу через вимикач підключені до полюсів ційного сигналу 18, до виходу котрого в свою чергу джерела живлення, причому до виходу операційпідключений аналого - цифровий перетворювач 19 ного підсилювача під'єднано змінний резистор, а в з цифровим індикатором 20 конструкцію магніточутливого перетворювача введено додаткові обмотки, що через випрямлячі Пристрій працює наступним чином з'єднані з ВІДПОВІДНИМИ виходами транзисторного Перед вимірюванням вологості матеріалів немультивібратора, одне з плечей якого містить етаобхідно перевірити правильність функціонування лонний конденсатор, а інше плече поєднується пристрою Для цього оператор вимикачем 8 замидо ємнісного вимірювального перетворювача, в кає електричне коло, яке містить послідовно з'єдякому, згідно з винаходом, сигнал з виходу операнані стабілізоване джерело живлення 9 та виток ційного підсилювача потрапляє на формувач сигпроводу 2 По витку проводу 2 проходить еталонналів, вихід якого приєднаний до фільтра низьких ний струм Іет Цей струм наводить у осерді магнічастот з механізмом температурної компенсації, точутливого перетворювача 1 магнітний потік Ф е т = фільтр низьких частот своїм виходом з'єднаний ІЄТ/RM, де RH - магнітний опір осердя, який визначачерез підсилювач інформаційного сигналу з анається його геометричними параметрами та магнітлого - цифровим перетворювачем, а до плеча ною проникністю Внаслідок впливу цього потоку транзисторного мультивібратора з еталонним конна виході операційного підсилювача формується денсатором підключено магазин еталонних ємносширотно - модульований сигнал, який фіксується тей індикатором 20 При правильному функціонуванні пристрою індикатор 20 показує одне й те саме Використання магазину еталонних ємностей, число В цьому ж режимі здійснюється контроль кожна з яких підібрана ВІДПОВІДНО ДО типу матеріаживлення, і при зменшенні напруги живлення лу, вологість якого підлягає вимірюванню, дозво(зменшенні ємності батарей) значення числа на ляє вимірювати вологість у визначеному спектрі індикаторі теж зменшиться матеріалів, що розширює обмежені функціональні можливості пристрою Використання механізму температурної компенсації дозволяє компенсувати вплив температури і таким чином підвищити точність вимірювань Використання формувача сигналів та фільтра низьких частот підвищує стабільність схеми ємнісного вимірювача вологості матеріалів і таким чином підвищує точність вимірювань На фіг 1 зображено функціональну схему ємнісного вимірювача вологості матеріалів На фіг 2 зображено діаграми роботи ємнісного вимірювача вологості матеріалів, коли волога у матеріалі відсутня На фіг 3 зображено діаграми роботи ємнісного вимірювача вологості матеріалів при наявності вологи Пристрій складається з магніточутливого перетворювача 1 (фіг 7), на якому змонтовані виток проводу 2 та додаткові обмотки 3 та 4 Магніточутливий перетворювач 1 з'єднаний з операційним підсилювачем 5, у зворотному колі якого підключено резистор зворотного зв'язку 6, а у вихідне коло під'єднано змінний резистор 7 Один з КІНЦІВ витка проводу 2 через вимикач 8 з'єднано з одним з полюсів джерела живлення 9 Схема пристрою містить транзисторний мультивібратор 10, в одному з плечей якого знаходиться еталонний конден Для вимірювання вологості оператор вимикачем 8 розриває електричне коло, яке складається з послідовно з'єднаних стабілізованого джерела живлення 9 та витка проводу 2 В початковий момент вимірювань ємність вимірювального перетворювача 11 компенсується ємністю еталонного конденсатора Тому на обох виходах мультивібратора 10 з'являються однополярні прямокутні імпульси однакової скважності, але зміщені за фазою на 90° Ці імпульси потрапляють на випрямлячі 13 та 14, де здійснюється виділення постійної складової сигналів з виходів мультивібратора 10 ПОСТІЙНІ сигнали з виходів випрямлячів 13 та 14 потрапляють на додаткові обмотки 3 та 4 магніточутливого перетворювача 1, де здійснюється їх віднімання Оскільки у початковий момент (до занурення вимірювального перетворювача у вологий матеріал) на виходах мультивібратора 10 формуються імпульси однакової скважності та частоти, ПОСТІЙНІ складові цих сигналів, отримані на виходах випрямлячів 13 та 14, мають однакові значення, і їх віднімання дає нульовий результат Індикатор 20 фіксує нульове значення вологості (фіг 2) Під час вимірювання вологості конкретного матеріалу ємність вимірювального перетворювача 11, заповненого цим матеріалом, компенсується 53186 6 вального перетворювача з матеріалом 11 зростає відносно до ємності ВІДПОВІДНОГО конденсатора з магазину ємностей 12 Скважність прямокутних імпульсів на відповідному виході мультивібратора 10 зростає пропорційно вмісту вологи в матеріалі Це приводить до росту постійної складової сигналу на виході ВІДПОВІДНОГО випрямляча сигналів, і у магніточутливому перетворювачі з'явиться різницевий струм І, отриманий при відніманні сигналів обмоток 3 та 4 Внаслідок появи цього струму тривалість імпульсів позитивної полярності на виході операційного підсилювача 5 зросте пропорційно вмісту вологи в матеріалі відносно до тривалості імпульсів негативної полярності (значення періоду сигналу на виході операційного підсилювача лишається незмінним) Таким чином на виході фільтра низьких частот 16 з'являється певний постійний сигнал, пропорційний вмісту вологи в матеріалі Цей сигнал після підсилення потрапляє на аналого - цифровий перетворювач 19 і фіксується індикатором 20 (фігЗ) Ємнісний вимірювальний перетворювач споряджений механізмом температурної компенсації 17, чутливим елементом якого є терморезистор Сигнал з блоку температурної компенсації 17 потрапляє на ВІДПОВІДНИЙ ВХІД фільтра низьких частот 16 і дозволяє компенсувати вплив температури на результати вимірювань ВІДПОВІДНИМ конденсатором з магазину еталонних ємностей 12 У випадку, коли волога у матеріалі, що досліджується, відсутня, пристрій зберігає свої показання і фіксує нульове значення вологості Вміст ВОЛОГИ у матеріалі приводить до збільшення скважності прямокутних імпульсів на відповідному виході мультивібратора 10 Це приводить до зростання постійної складової сигналу, отриманого з виходу ВІДПОВІДНОГО випрямляча Результатом віднімання сигналів з виходів випрямлячів буде вже не нульовий результат, а певний постійний сигнал, значення якого пропорційне значенню ємності вимірювального перетворювача 11 Цей сигнал наводить у осерді магніточутливого перетворювача магнітний потік Ф = I/RH, де RH - магнітний опір осердя, І - різницевий струм, отриманий при відніманні сигналів обмоток 3 та 4 Операційний підсилювач 5 підключений по схемі релаксаційного генератора, на виході якого формуються двополярні прямокутні імпульси певного періоду Т Коли магнітний потік Ф дорівнює нулю, тривалість імпульсів позитивної полярності дорівнює тривалості імпульсів негативної полярності Формувач сигналів 15 перетворює двополярні прямокутні імпульси в уніполярні імпульси позитивної полярності з тим самим значенням періоду Т На виході фільтра низьких частот 16 з'являється певний постійний сигнал, значення якого приймається за нульове Цей сигнал через підсилювач інформаційного сигналу 18 та аналоге - цифровий перетворювач 19 потрапляє на цифровий індикатор 20, де фіксується нульове значення вологості Коли ж у матеріалі Запропонований пристрій має розширені функціональні можливості та підвищену точність вимірювань завдяки застосуванню магазину еталонних ємностей, формувача сигналів та фільтра низьких частот з механізмом термокомпенсацм знаходиться певна КІЛЬКІСТЬ ВОДИ ЄМНІСТЬ вимірю ФІГ.1 53186 u Фіг.2 Фіг.З ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24