Спосіб вимірювання вологості і пристрій для його здійснення

1. Спосіб вимірювання вологості, за яким вимірюють рівень зовнішніх електромагнітних перешкод та температуру, генерують електромагнітне поле чутливої до наявності вологи першої високої частоти, впливають цим полем на визначений об'єм вимірюваної речовини, після чого вимірюють рівень втрат електромагнітної енергії у масі вимірюваної речовини, а за величиною рівня втрат енергії судять про рівень вологості, який коригують за значенням температури та рівнем зовнішніх електромагнітних перешкод, який відрізняється тим, що після отримання інформації про первинний рівень вологості припиняють генерування електромагнітного поля чутливої до наявності вологи першої високої частоти і починають генерування електромагнітного поля другої високої частоти, більш чутливої до щільності вимірюваної речовини, впливають ним на визначений об'єм вимірюваної речовини, після чого вимірюють рівень втрат електромагнітної енергії у масі вимірюваної речовини, і по величині рівня втрат енергії судять про C2 2 (19) 1 3 76326 4 по [1]. Основний недолік цього способу полягає в управління першого стабільного генератора тому, що він не здатний врахувати похибку від високої частоти, вихід якого з'єднаний з входом варіацій щільності вимірюваної речовини. З першого коливального контуру, вихід якого відомих пристроїв найбільше близьким по підключений до входу першого детектора, для технічній суті до заявленого винаходу є вологомір підвищення точності та розширення споживчих по [2]. Основні недоліки цього вологоміру - значна якостей він додатково містить задавач мови додаткова температурна похибка, значний вплив повідомлень, другий стабільний генератор високої на вимірювач зовнішніх електричних полів, частоти, другий коливальний контур, другий детекзалежність результату вимірювання від щільності тор, другий фільтр, виходом з'єднаний з другим речовини, відображення службових повідомлень входом блока перетворювачів, а входом другий тільки однією мовою. фільтр підключений до виходу другого детектора, У порівнянні з попереднім, пристрій по [3] має вхід якого з'єднаний з виходом другого коливальзалежність результату вимірювання від щільності ного контуру, а вхід другого коливального контуру вимірюваної речовини та відображення службових підключений до виходу другого стабільного генеповідомлень тільки однією мовою. ратора високої частоти, вхід управління якого Задача винаходу - створення швидкодіючого поєднаний з другим виходом управління пристрою для вимірювання вологості з мікропроцесора. підвищеною точністю та розширеними споживчими Винахід ілюструється кресленням, де на фіг.1 якостями. приведено графічний вигляд залежностей втрат Задача вирішується завдяки тому, що спосіб електромагнітної енергії від ступеня зволоженості вимірювання вологості, для реалізації якого та щільності вимірюваної речовини. На фіг. 2 покавимірюють рівень зовнішніх електромагнітних пезана функціональна схема пристрою, який технічрешкод, температуру, генерують електромагнітне но реалізує спосіб вимірювання вологості. На фіг.3 поле чуткої до наявності вологи першої високої приведено алгоритм роботи пристрою при викочастоти, впливають ним на визначений об'єм нанні процедури вимірювання. На фіг.4 показано вимірюваної речовини, після чого вимірюють можливу технічну реалізацію першого коливальнорівень втрат електромагнітної енергії у масі го контуру 2. На фіг.5 показано принципову схему, вимірюваної речовини, а по величині рівня втрат яка може бути використана у якості задавача мови енергії судять про рівень вологості, який коригують повідомлень. по значенню температури та рівню На фіг.1 показано графіки залежності напруги електромагнітних перешкод, для підвищення на коливальному контурі від вологості, частоти точності, після отримання інформації про первинколивань та щільності речовини. Графік 16 ний рівень вологості, припиняють генерування характеризує залежність напруги на другому колиелектромагнітного поля чуткої до наявності вологи вальному контурі 6 Uк6 від вологості W для частоти першої високої частоти і починають генерування більше чуткої до речовини Fp за умови мінімальної електромагнітного поля другої високої частоти, щільності Рmin. Графік 17 характеризує залежність більше чуткої до щільності вимірюваної речовини, Uk6 від вологості W для частоти Fp за умови впливають ним на визначений об'єм вимірюваної максимальної щільності Рmах. Графік 18 речовини, після чого вимірюють рівень втрат відображає залежність напруги на першому колиелектромагнітної енергії у масі вимірюваної речовальному контурі 2 Uк2 від вологості W для частовини, і по величині рівня втрат енергії судять про ти, більше чуткої до наявності вологи FB, за умови рівень щільності вимірюваної речовини, і на мінімальної щільності Рmin. Графік 19 характеризує підставі кількісно відносного значення втрат залежність Uк2 від вологості W для частоти FB за енергії остаточно корегують первинний рівень умови максимальної щільності Рmах. вологості по зареєстрованому рівню варіації Пристрій для вимірювання вологості (фіг.2) щільності. містить перший стабільний генератор високої часЗадача технічної реалізації способу тоти 1, перший коливальний контур 2, перший девимірювання вологості вирішується завдяки тому, тектор 3, перший фільтр 4, другий стабільний гещо пристрій для вимірювання вологості, який нератор високої частоти 5, другий коливальний містить перший стабільний генератор високої часконтур 6, другий детектор 7, другий фільтр 8, тоти, перший фільтр, блок сенсорів впливаючих стабілізоване джерело живлення 9, задавач мови факторів, стабілізоване джерело живлення, блок повідомлень 10, мікропроцесорі!, блок перетворювачів, блок індикації, мікропроцесор, перетворювачів 12, блок сенсорів впливаючих клавіатуру, перший коливальний контур, перший факторів 13, клавіатуру 14, блок індикації 15. детектор, виходом з'єднаний з входом першого На фіг.3 зображений алгоритм, згідно з яким фільтра, вихід якого підключений до першого вховиконується процедура вимірювання вологості ду блока перетворювачів, інші входи якого досліджуємо'!' речовини. поєднані з відповідними виходами блока сенсорів На фіг.4 показано технічний варіант реалізації впливаючих факторів, виходи блока першого коливального контуру 2, який складають перетворювачів з'єднані з відповідними конденсатор C0, який є еквівалентом власної інформаційними входами мікропроцесора, ємності конструкції первинного сенсора, котушка інформаційні виходи мікропроцесора підключені індуктивності 20 первинного сенсора, конденсатор до входів блока індикації, відповідні входи С1, одна обкладинка якого підключена до входу мікропроцесора поєднані з виходами клавіатури та першого коливального контуру 2, а другу обклазадавача мови повідомлень, а перший вихід динку з'єднано з виходом першого Зливального управління мікропроцесора підключений до входу контуру 2. 5 76326 6 На фіг.5 показано можливий варіант технічної теристики "d" відповідає мінімальній щільності, а реалізації задавача мови повідомлень, який являє крапка "b" означає деяке проміжне первинне знасобою генератор бінарного коду, кожне значення чення щільності вимірюваної речовини PX. якого викликає відповідну мову службових Співвідношення відстаней cb/cd вважають за перповідомлень. винний ступінь щільності вимірюваної речовини, В основу способу покладено той факт, що заякий дає підставу вважати, що таке ж значення трати електромагнітної енергії у масі вимірюваної має і співвідношення поточної похибки "ае" до її речовини помітно змінюються у залежності від максимальної величини "af". Таким чином частоти коливань. Експериментами доведено, що аналітичне визначають первинне значення похибодна з частот FB, найбільше чутка до наявності ки W1 . Після першої ітерації первинне значення вологи у речовині, близька до 6,2 мГц. Ця перша вологості WX1 набуває величини висока частота FB більше ефективна до W X2 W X1 W1 , яка знову використовується вимірювання втрат електромагнітної енергії, викдля уточнення первинного значення ступені ликаних наявністю вологи і використовується для щільності вимірюваної речовини РX. Під час другої обчислення первинного значення вологості речоітерації вище відома крапка "b" змінюється на вини. Втрати енергії на інших частотах менше чуткі крапку "g", і всі аналітичні дії виконуються до наявності вологи у речовині. Експериментами аналогічним чином. Кожна наступна ітерація також доведено, що втрати енергії на частотах, зменшує відхилення отриманого результату від наприклад, 1 та 10 мГц менше чуткі до кількості його справжнього значення. вологи, але відносно більше чуткі до кількості сухої Слід відзначити, що математично точно така речовини у навколишньому середовищу. Одна з задача вирішується за допомогою нескінченно таких частот FР і використовується у якості другої великої кількості іте-пацій . Але для практичних високої частоти для оцінки ступені щільності цілей вимірювання вологості досить трьох вимірюваної речовини. Попередньо, у лабораторітерацій. Тобто, напершій ітерації користуються них умовах, для кожної речовини окремо, виконузначенням WX1 , отриманим без будь яких корекцій ють дослідження залежності втрат на щільність, і по результату першої ітерації проелектромагнітної енергії від ступені зволоженості при двох частотах, про яких була мова раніше. У водять корекцію WX1 на величину W1 . На другій найпростішому випадку для кожної частоти викоітерації у якості початкового значення вологості нують по два експерименти. Для першого експеW1 , на використовується величина WX2 W рименту вимірюваній речовині надають стан підставі якої отримують перше кориговане значенмінімальної щільності Pmin. Наприклад, обережно, ня ступеню щільності вимірюваної речовини малими порціями, без будь яких вібрацій заповнюють вимірюваною речовиною контрольний 1 . Після другої ітерації отримують значення об'єм. Після цього фіксують втрати похибки W2 яке дещо точніше за W1 . Практичелектромагнітної енергії стабільним генератором но після третьої ітерації отримують таке остаточне високої частоти та значення вологості. Для другого значення похибки на варіацію щільності, експерименту вимірюваній речовині надають стан відхилення якого від результату, котрий може бути максимальної щільності Рmах. Наприклад, повний отриманий при нескінченній кількості ітерацій не контрольний об'єм вимірюваної речовини піддають перевищує одиницю молодшого розряду дії вібрації до моменту набування сталого індикатора вологості. мінімального об'єму. Після цього знову виконують Таким чином, підвищення точності досягають фіксацію втрат електромагнітної енергії за допомогою додаткового генерування другої стабільним генератором високої частоти та знависокої частоти електромагнітних коливань, впличення вологості. Результати таких досліджень повом ними на вимірювану речовину, обчисленням казано на фіг.1. значення додаткової похибки на варіацію Спосіб вимірювання вологості виконується нащільності і урахування її у загальному результаті ступним чином. Досліджуєму речовину піддають вимірювання. дії першої виткої частоти FB і реєструють втрати Пристрій для реалізації способу вимірювання електромагнітної енергії у речовині, які вологості, функціональна схема якого показана на відображуються деяким зниженням напруги на фіг. 2, працює наступним чином. В основу роботи першому коливальному контурі до значення UB, пристрою покладено той факт, що затрати якому відповідає позначка "а" на графіку для електромагнітної енергії в котушці індуктивності 20 максимальної щільності Рmах, та первинна першого коливального контуру 2 помітно вологість WX1. Після цього досліджуєму речовину змінюються у залежності від частоти піддають дії другої високої частоти FP і реєструють електромагнітних коливань. Коливальний контур, втрати електромагнітної енергії у речовині, які який складають котушка індуктивності 20 та конвідображуються деяким зниженням напруги на денсатор С1, настроєні на частоту FB першого другому коливальному контурі до значення UP, стабільного генератора високої частоті 1, яка якому відповідає позначка "с" на графіку для більше чутка до наявності вологи у речовині. Ця максимальної щільності Рmах. Наступною дією, по частота більше зручна для вимірювання втрат значенню первинної вологості WX1, знаходять електромагнітної енергії, викликаних наявністю крапку "b", місце якої у першому приближенні вологи і використовується для подальшого обчисдозволяє зробити оцінку ступені щільності лення вологості речовини. вимірюваної речовини. Крапка характеристики "с" відповідає максимальній щільності, крапка харак 7 76326 8 Другий коливальний контур 6, схематично Працює вимірювач вологості згідно з алгоритповністю ідентичний першому коливальному конмом, наприклад, приведеним на фіг.3. Процедура туру 2, але електричні параметри конденсатора та вимірювання вологості виконується наступним котушки індуктивності задані такими, що його речином. Після вмикання живлення відбувається зонансна частота коливань дорівнює частоті FР діагностування стану блоків пристрою. По-перше, другого стабільного генератора високої частоти 5, контролюється напруга стабілізованого джерела яка менше чутка до наявності вологи у речовині, живлення 9, та відображається його стан, наприкале відносно більше чутка до кількості сухої речолад, "ЗАРЯДЖЕН на 51 %". Якщо напруга менш? вини у межах дії електромагнітного поля другого за межу дозволеного рівня, то індикатор видає коливального контуру 6. За допомогою цієї другої відповідне повідомлення "ЗАРЯДІТЬ БАТАРЕЮ". частоти FР вирішують питання ступені щільності По-друге, тестується стан блоку індикації. Спочатвимірюваної речовини, чи то вона свіже насипана, ку висвітлюються всі наявні сегменти блоку чи то вона злежалася, ущільнена за рахунок індикації, після чого всі сегменти затемнюються. вібрацій, трясіння при транспортуванні, чи будьКористувач візуально оцінює роботу індикатора. яких інших подій. По-третє, контролюється стан кнопок клавіатури. Другий коливальний контур 6 При наявності "злипання" будь-якої кнопки використовується як сенсор рівня впливаючого відображуються відповідні повідомлення. По бафактору - щільності речовини, варіації якої вножанню користувача тест може не виконуватися. сять у результат вимірювання додаткову похибку У випадку позитивного результату тестування до 1 проценту вологості. Але цей сенсор рівня блоків пристрою, вимірювач вологості пропонує впливаючого фактору ідеологічно окремий і не користувачу задати назву вимірюваної речовини. може бути включеним до складу блока сенсорів Для цього індикатор видає повідомлення, наприкрівнів впливаючих факторів 13 з тієї причини, що лад, "АРАХІС 01", у якому присутня назва речовивін активний, не використовується одночасно з ни та її номер. Назви речовин можуть бути роботою першого коливального контуру 2 і розташовані у пам'яті мікропроцесору у потребує керування з боку мікропроцесора 11. алфавітному порядку, чи будь яким іншим, зручПідвищення точності досягають застосуванним для користувача, чином. Миттєво, після наням другого стабільного генератора високої частотискування на кнопку РЕЧОВИНА клавіатури 14, ти 5, другого коливального контуру 6, другого дена індикаторі з'являється наступна назва речовини тектора 7, другого фільтра 8, які дозволяють та її номер. Після затримки в 2 сек. мікропроцесор зробити оцінку міри щільності вимірюваної речоавтоматично збільшує номер речовини та її назву вини і виконати корекцію результату вимірювання з швидкістю дві речовини за секунду. При на похибку по варіації щільності. наявності на індикаторі потрібної речовини кориРозширення споживчих якостей досягають стувач повинен відпустити кнопку. завдяки наявності задавача мови повідомлень 10. Процедура вимірювання вологості Міжнародна співпраця викликала необхідність починається з натискування кнопки зміни мови повідомлень власними можливостями ВИМІРЮВАННЯ на клавіатурі 14. Після цього протрейдерів без використання обладнання цесор обраховує значення вологості у процентах в підприємства-виробника. Можлива технічна залежності від фізико-хімічного складу речовини реалізація задавача мови повідомлень 10 наведе(назва речовини), температури речовини, рівня на на фіг.5, яка уявляє собою генератор бінарного сигналу первинного сенсору, рівня впливу коду. Кожна мова має свій номер. Перша, основна зовнішніх електромагнітних полів, ступені мова має номер "О". Для працездатності системи щільності речовини. У режимі "вимірювання" перзмін мови повідомлень потрібна деяка ше вимірювання виконується в якості технічної упорядкованість розташування мовної інформації паузи. Протягом двох секунд користувачу у пам'яті мікропроцесора 11. Низка повідомлень надається час віддалити руку від пристрою, щоб основною мовою розташована у пам'яті пристрій не фіксував вологи людської руки. Остамікропроцесора у суворій послідовності і займає точну вологість фіксує наступне вимірювання. Цей деякий об'єм пам'яті. Низка повідомлень іншими результат з'являється на індикаторі в супроводі мовами у середині свого масиву має таку ж жорсткороткого звукового сигналу та відображенню на ку послідовність, як і у основної мови. В свою червільному знакомісці індикатора символу батареї гу, адреси початків масивів повідомлень кожної живлення з індикацією ступені її зарядженості. мови розташовані у пам'яті з однаковим шагом Остаточний результат може мати, наприклад, наодин від одного. Адреса початку окремого ступний вигляд: ПШЕНИЦЯ W=18.4%". повідомлення складається з суми адреси Таким чином, пропонований пристрій в повідомлення основною мовою, та деякого додатпорівнянні з прототипом, підвищує точність за ракового зсуву, величина якого кратна згаданому хунок включення до, складу другого стабільного шагу поміж початковими адресами масивів. Для генератора високої частоти, другого коливального основної мови величина зсуву дорівнює нулю. Для контуру, другого детектора, другого фільтра, які інших мов зсув дорівнює згаданому шагу, помнодають можливість коригувати похибку, яка може женому на чисельне значення бінарного коду замати місце за рахунок варіації щільності речовини, давача мови повідомлень 10, яке і є номером мота розширює споживчі якості за рахунок наявності ви. Програма ініціалізації приладу після вмикання задавача мови повідомлень. живлення обраховує та запам'ятає величину зсуву, розмір якого задає мову у відповідності до стану задавача мови повідомлень 10. 9 76326 10 Список літератури: 2. Патент України №259.М.кл.О 01 N 27/22. 1. Берлине. М.А. Измерительные устройства Бюл. № 6, 25.12.98р. диэлькометрических влагомеров с рабочей часто3. Патент України №45040 А. М.кл.О 01 N той ниже 100 мГц. - В кн. Измерение влажности. 27/22. Бюл.№3, 15.03.2002р. М., 1973. 11 76326 12 13 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76326 Підписне 14 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