Датчик вологості

6 MIIKG 01 N22/02 ДАТЧИК ВОЛОГОСТІ Винахід відноситься до галузі фізико-хімічного аналізу, зокрема до визначення вологості матеріалів, наприклад паперу, картону, тканини, зерна, цукру, та інше, в целюлознопаперовій, харчовій, легкій промисловості та інших областях господарства. Відомий мікрохвильовий вологомір, в якості чутливого елементу в якому використовується об'ємний НВЧ-резонатор, що настроюється на дві частоти. Одна з них, частота на якій виконується вимірювання, створює електричне поле на робочій поверхні резонатора і взаємодіє з объектом вимірювання. Зміна вологості об'єкту приводить до змінення робочої частоти. Друга еталонна частота утворює внутрішнє поле самого резонатора. Різниця між еталонною і рабочою частотами резонатора, що вимірюється спеціальним детектором по максимумам резонансних кривих, є мірою вологості об'єкту [1]. Недоліком цього вологоміра є залежність точності вимірювань від коливань температури і механічних деформацій, що викликають змінення об 'єму резонатора. Найбільш близьким до запропонованого датчика вологості є перетворювач вологості, що виконаний у виді двопровідної довгої лінії в формі однорядних котушок з діелектричними каркасами, робочі грані яких розташовані в площині, паралельній площині вимірюваного об'єкту, котушки двопровідної лінії встановлені під кутом одна до одної з можливістю його зміщення. Підвищення чутливості перетворювача в деякому діапазоні за рахунок плавного змінення відстані між котушками по їх довжині (котушки знаходяться під кутом «15° одна від другої), ускладнює конструкцію перетворювача та збільшує його габарити. Діапазон вимірювання вологості перетворювачем [2] обмежується діапазоном узгодження хвильового опору датчика і досліджуваного матеріалу, а для його разширення при збереженні необхідної чутливості, треба змінювати кут між котушками, що є великим недоліком в умовах експлуатації тому, що потребує перестроювання датчика з послідуючим переградуюванням схеми вимірювання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення датчика вологості, який має дві індуктивні котушки, що намотані на феритових осердях трикутної форми (в поперечному перерізі) та діелектричну вставку спеціальної форми, яка розміщена між котушками, що дозволяє забезпечити оптимальні умови узгодження при проходженні електромагнітної хвилі, джерелом якої с окремий генератор і за рахунок цього досягається розширення диапазону вимірюваних величин вологості, зменшуються габарити датчика, підвищується його чутливість. Покладене завдання вирішується тим, що датчик вологості, виконаний у вигляді двопровідної лінії в формі котушок, робочі грані яких розміщені в площині паралельній площині вимірюваного матеріалу, відповідно з винаходом дві паралельно розміщені котушки виконуються на феритових осердях трикутної форми в поперечному перерізі, площина якого змінюється, а в проміжку між ними розташовується діелектрична вставка із матеріалу з великою діелектричною проникністю, розміри якої зменьшуються в напрямку паралельному площині вимірюваного объекту, що дозволяє збільшити діапазон вимірюваних величин вологості, підвищити чутливість і зменшити габарити датчика. Креслення запропонованого датчика вологості наведені на фіг. 1,2,3,4,5,6. На фіг. 1 показаний вигляд датчика зверху з дротяною обмоткою 2, провід якої намотаний в один шар, діаметр провода 0.1 мм, діелектричною вставкою З, яка має форму клину і разташована між широкими сторонами котушок 2. На фіг.2 показаний поперечний переріз датчика (вид спереду), що складається з двох феритових стержнів які мають трикутну форму, площа їх змінюється, на них розташовується дротяна обмотка. На фіг. З представлений вигляд датчика збоку. На фіг.4, 5, 6 показана діелектрична вставка, відповідно, вигляд зверху (фіг.4), вигляд спереду (фіг.5), вигляд з боку (фіг.6). На фіг.7 зображена структурна схема вимірювання вологості, де використовується запропонований датчик вологості. Вимірювач вологості містить : генератор - 1 високочастотних електромагнітних коливань, вихід якого підключений на вхід датчика — 2, до виходу якого подключений детектор — 3. Вихід детектора - З підключений на один із входів порівнюючого пристрою — 4, на другий вхід якого подключений вихід джерела - 5 компенсуючої напруги. Вихід порівнюючого пристрою - 4 підключений до індикатора - 6. На вихід порівнюючого пристрою можливе підключення регіструючого блоку - 7. Пристрій для вимірювання вологості працює слідуючим чином. Від генератора - 1 синусоїдні коливання високої частоти подаються на вхїд датчика 2 (відрізки довгих ліній у виді котушок, що намотані на феритових осердях). У відрізках довгих ліній встановлюється режим стоячих хвиль в зв'язку з тим, що хвильовий опір лінії значно менший опору навантаження, яким є детектор - 3 ; порівнюючий пристрій - 4 та індикатор - 6. У висхідному стані,, коли в електромагнітному полі датчика - 2 відсутній досліджуваний матеріал, на кінцях довгої лінії встановлюється певна напруга високої частоти, яка детектується детектором - 3 і поступає на один із входів порівнюючого пристрою - 4. Регулюванням компенсуючої напруги, що поступає із блоку - 5, встановлюємо рівним нулю вихідну напругу порівнюючого пристрою - 4, в цьому випадку на індикаторі - 6 також буде нуль. При внесенні досліджуваного матеріалу в електромагнітне поле датчика — 2 (довга лінія), змінюється довжина стоячої хвилі тому, що змінилась діелектрична проникність простору біля лінії, її розподілена ємність, а отже, і її хвильовий опір. Це викликає зміну довжини хвилі і зміщення пучності напруги на виході лінії та на виході детектора - 3. Порушується баланс двох напруг, що подається з блока - 5 і вихідної напруги детектора - 3, в результаті на виході порівнюючого пристрою - 4 з'являється сигнал, який поступає на індикатор - 6. Сигнал з виходу порівнюючого пристрою, крім індикатора, може подаватися на інші прилади, наприклад цифровий вольтметр, регіструючий пристрій та інше. Після настроювання датчика і вимірювальної схеми, відпадає необхідність регулювання чутливості в процесі експлуатації. Датчик вологості має стабільні показники, коли досліджуваний матеріал при повторних вимірюваннях однаково фіксується (розміщується на однакових відстанях від площини котушок). Пристрій, в якому використовується датчик вологості має просту конструкцію, малі габарити, зручний в настройці та експлуатації. ДАТЧИК ВОЛОГОСТІ Датчик вологості Фіг.2 Фіг. З Фіг Л 1 - феритові стержні 2 - обмотка 3 - діелектрична вставка Н.А. Яблуновська М.Ф. Дмитриченко О.Г. Ревук ДАТЧИК ВОЛОГОСТІ Діелектрична вставка ч. II 1 1 * і ФІГ.6 Фіг.5 Фіг.4 ре - хвильовий опір лінії при довжині котушки /. р0 - хвильвий опір лінії у вузькому місці (кінець лінії) рх хвильвий опір лінії для досліджуваного об'єкту Автори Н.А. Яблуновська М.Ф. Дмитриченко О.Г. Ревук 1 a^ H-uf* '* ' ------' -------'"f H f^V ,t^i\-i,' -\.,4' " " —" - *- » и.'. У " " —" ^ Ti. n^ . uf ^ ДАТЧИК ВОЛОГОСТІ Структурна схема вимірювання вологості Фіг.7 Автори Н.А. Яблуновська М.Ф. Дмитриченко О.Г. Ревук