Цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів

Цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів, що містить послідовно з'єднані генератор електричних сигналів, формувач імпульсів та лічильник імпульсів, а також послідовно з'єднані джерело стабільного струму, перший резистор, підсилювач та аналого-цифровий перетворювач, другий резистор, що підключений між входом підсилювача та земляною шиною, перший сенсор температури, перший та другий ємнісні сенсори вологості, входи яких об'єднані та з'єднані з земляною шиною, виходи першого та другого сенсорів вологості з'єднані через послідовно включені конденсатор та варикап, об'єднані різнойменні входи конденсатора та варикапа підключені до виходу першого цифро-аналогового перетворювача, мікроконтролер, входи-виходи порту "С" якого через загальну шину з'єднані з входами першого цифро-аналогового перетворювача, цифрового відлікового пристрою і клавіатури, входивиходи порту "B" мікроконтролера підключені до виходів аналого-цифрового перетворювача, входи-виходи порту "D" з'єднані з виходами та входами керування лічильника імпульсів, який відрізняється тим, що додатково містить резистивний нагрівач термостата, другий цифро-аналоговий перетворювач, другий сенсор температури, третій ємнісний сенсор вологості без проби, третій стабільний і нормований за значенням опору резистор, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий і шостий C2 2 (19) 1 3 господарствах, тощо. Відомий цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів (Патент України №259. М. кл. G01N 21/22. Бюл. №6, 25.12.98р.), який містить стабілізоване джерело живлення, детектор, фільтр, блок перетворювачів, стабільний генератор високої частоти, виходом з'єднаний зі входом коливального контуру, вихід якого з'єднаний з входом детектора, який, в свою чергу, своїм виходом з'єднаний з входом фільтра, вихід якого підключений до першого входу блоку перетворювачів. Відомий вимірювач не дозволяє забезпечити високу точність вимірювання вологості зерна та інших сипких матеріалів. Причинами цього є залежність результатів вимірювання від довгострокової нестабільності параметрів коливального контуру та функції перетворення вимірювального каналу, яка обумовлена дією зовнішніх дестабілізуючих факторів (температури, тиску, вологості тощо). Крім того, відомий вимірювач не забезпечує виключення систематичних похибок, що обумовлені старінням елементів вимірювача. Відомий цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів (див. Контроль влажности твердых и сипких материалов / Е.С. Кричевский, А.Г. Волченко, С.С. Галушкин; Под. ред. Е.С. Кричевського. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С.810 (Вологометрична система „ВСКМ-12")), що складається з ємнісного компланарного датчика, пасивний електричний контур, що містить індуктивність та ємність, два варикапи та термокомпенсаційний конденсатор, з два резистори, тунельний діод, вимірювальний генератор, підсилювач, демодулятор, фазочутливий комутатор, інтегратор, підсилювач-обмежувач, змішувач частот, подільник частоти, реверсивний лічильник, дешифратор, часозадаючий блок, перший та другий перемикачі, блок індикації, що з'єднані певним чином. Відомому вимірювачу притаманна недостатня точність вимірювання, що обумовлена наявністю не виключених та додаткових систематичних похибок вимірювання. Останні обумовлені чутливістю функції перетворення вимірювального каналу до дії зовнішніх дестабілізуючих факторів, впливом процесу старіння елементів та матеріалу на точність вимірювання вологості. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів (Контроль влажности твердых и сипких материалов / Е.С. Кричевский, А.Г. Волченко, С.С. Галушкин; Под. ред. Е.С. Кричевського. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С.1220 (Влагомер „Нива-1")), що містить послідовно з'єднані між собою генератор електричних сигналів, формувач імпульсів і лічильник імпульсів, послідовно з'єднані між собою джерело стабільного струму, перший резистор, підсилювач та аналогоцифровий перетворювач, другий резистор, що підключений між входом підсилювача та земляною шиною, перший сенсор температури, перший та другий ємнісні сенсори вологості, входи яких об'єднані між собою і з земляною шиною, виходи першого та другого сенсорів вологості з'єднані між собою через послідовно включені конденсатор та варикап, об'єднані різнойменні входи конденсато 91245 4 ра та варикапа підключені до виходу першого цифроаналогового перетворювача, мікроконтролер, входи-виходи порту „С" якого через загальну шину з'єднані з виходами першого цифроаналогового перетворювача, цифрового відлікового пристрою і клавіатури, входи-виходи порту „В" мікроконтролера підключені до виходів аналого-цифрового перетворювача, входи-виходи порту „D" з'єднані з виходами та входами управління лічильника імпульсів. Відомий спосіб не забезпечує виключення впливу зовнішніх дестабілізуючих факторів (температури, вологості повітря, тиску тощо) на параметри генератора, що приводить до появи додаткових похибок вимірювання. Крім того, на результат вимірювання впливають паразитні ємності монтажу та сенсорів, довгострокова нестабільність частоти генератора та чутливість генератора до температури проби. Всі ці недоліки зменшують точність вимірювання вологості зерна чи інших сипких матеріалів. В основу винаходу покладена задача створення такого цифрового вимірювача вологості зерна та інших сипких матеріалів з автоматичною корекцією похибок, тобто вимірювача, у якому, шляхом введення заданої кількості функціональних блоків і елементів та їх зв'язків між собою та з іншими функціональними блоками вимірювача забезпечувалося б: високоточне вимірювання як вологості, так й температури проб; виключення на результат вимірювання нестабільності параметрів функцій перетворення ємності у частоту електричних сигналів та початкового значення частоти генератора; підвищення точності вимірювання при часовій та температурній нестабільності параметрів функції перетворення каналу вимірювання температури; виключення на результат вимірювання повільного впливу зовнішніх дестабілізуючих факторів та приведення результату вимірювання вологості при тій же температурі, що й температура проби з нормованою за значенням вологістю. Поставлена задача вирішується шляхом створення цифрового вимірювача вологості зерна та інших сипких матеріалів, що містить послідовно з'єднані між собою генератор електричних сигналів, формувач імпульсів і лічильник імпульсів, послідовно з'єднані між собою джерело стабільного струму, перший резистор, підсилювач та аналогоцифровий перетворювач, другий резистор, що підключений між входом підсилювача та земляною шиною, перший сенсор температури, перший та другий ємнісні сенсори вологості, входи яких об'єднані між собою і з земляною шиною, виходи першого та другого ємнісних сенсорів вологості з'єднані між собою через послідовно включені конденсатор та варикап, об'єднані різнойменні входи конденсатора та варикапа підключені до виходу першого цифроаналогового перетворювача, мікроконтролер, входи-виходи порту „С" якого через загальну шину з'єднані зі виходами першого цифро-аналогового перетворювача, цифрового відлікового пристрою і клавіатури, входи-виходи порту „B" мікроконтролера підключені до виходів аналого-цифрового перетворювача, входи-виходи порту „D" з'єднані з виходами та входами управ 5 ління лічильника імпульсів, який від відомих відрізняється тим, що в нього додатково введені резистивний нагрівач термостату, другий цифроаналоговий перетворювач, другий сенсор температури, третій ємнісний сенсор вологості (без проби), третій стабільний і нормований за значенням опору резистор, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий і шостий автоматичні перемикачі, перший вхід першого автоматичного перемикача з'єднаний з об'єднаними між собою виходом другого і другим входом третього автоматичних перемикачів і підключений до виходу першого сенсора вологості, другий вхід першого автоматичного перемикача з'єднаний з другим входом другого автоматичного перемикача і підключений до виходу другого сенсора вологості, вихід першого автоматичного перемикача з'єднаний с з виходом третього ємнісного сенсора вологості, чий вхід підключений до земляної шини, з першим входом третього автоматичного перемикача, вхід управління першого автоматичного перемикача підключений до виходу другого розряду порту „A" мікроконтролера, вихід третього розряду порту „A" якого підключений до з'єднаних між собою входів управління другого і третього автоматичних перемикачів, вихід четвертого розряду порту „A" з'єднаний зі входом управління четвертого автоматичного перемикача, вихід якого підключений через перший резистор до джерела стабільного струму, через другий резистор - до земляної шини і, безпосередньо, до входу підсилювача, першій та другий входи четвертого і п'ятого автоматичних перемикачів підключені, відповідно, до першого та другого сенсорів температури, причому другий вхід четвертого і першій вхід п'ятого автоматичних перемикачів з'єднані між собою і з об'єднаними різнойменними входами сенсорів температури, вхід управління п'ятого автоматичного перемикача підключений до виходу шостого розряду порту „A" мікроконтролера, п'ятий розряд порту „А" якого з'єднаний зі входом управління шостого автоматичного перемикача, перший вихід якого через третій резистор, другий вихід - безпосередньо підключені до земляної шини, вхід шостого автоматичного перемикача з'єднаний з виходом п'ятого автоматичного перемикача, при цьому один кінець резистивного нагрівача термостату підключений до земляної шини, а другий - до виходу другого цифроаналогового перетворювача. На малюнку наведена функціональна схема цифрового вимірювача вологості зерна чи інших сипких матеріалів, де 1 - термостат; 2 - резистивний нагрівач; 3 і 4 - перший та другий ємнісні (робочі) сенсори вологості; 5 - стабільний конденсатор; 6 - варикап; 7, 8 і 9 - перший, другий і третій автоматичні перемикачі; 10 - третій (пасивний) ємнісний сенсор вологості; 11, 12, і 13 - відповідно, генератор електричних сигналів, підсилювачформувач і лічильник імпульсів; 14 і 15 перший та другий сенсори температури; 16, 17 і 18 - четвертий, п'ятий і шостій автоматичні перемикачі; 19, 20 і 21 - перший, другий і третій резистори; 22 - джерело стабільного струму; 23 - підсилювач; 24 аналого-цифровий перетворювач; 25 і 26 - перший і другий цифроаналогові перетворювачі; 27 - циф 91245 6 ровий відліковий пристрій; 28 - клавіатура; 29 загальна шина; 30 - мікроконтролер. Причому, цифровий вимірювач вологості зерна та інших сипких матеріалів, містить послідовно з'єднані між собою генератор 11 електричних сигналів, формувач імпульсів 12 і лічильник 13 імпульсів; послідовно з'єднані між собою джерело 22 стабільного струму, перший резистор 19, підсилювач 23 та аналого-цифровий перетворювач 24; другий резистор 29, що підключений між входом підсилювача 23 та земляною шиною; перший та другий сенсори 14 і 15 температури. Входи першого та другого ємнісні сенсорів вологості 3 і 4 об'єднані між собою і з земляною шиною. Виходи першого та другого ємнісних сенсорів вологості 3 і 4 з'єднані між собою через послідовно включені конденсатор 5 та варикап 6. Об'єднані різнойменні входи конденсатора 5 та варикапа 6 підключені до виходу першого цифроаналогового перетворювача 25. Входи-виходи порту „С" мікроконтролер 30 через загальну шину 29 з'єднані з входами першого цифроаналогового перетворювача 25, цифрового відлікового пристрою 27 і клавіатури 28. Входи-виходи порту „5" мікроконтролера 30 підключені до виходів аналого-цифрового перетворювача 24. Входи-виходи порту ,,B" мікроконтролера 30 з'єднані з виходами та входами управління лічильника імпульсів 13. Від відомих вимірювач відрізняється тим, що в нього додатково введені резистивний нагрівач 2 термостату 1, другий цифроаналоговий перетворювач 26, другий сенсор температури 15, третій ємнісний сенсор 10 вологості (без проби), третій стабільний і нормований за значенням опору резистор 21, перший, другий, третій, четвертий, п'ятий і шостий автоматичні перемикачі 7, 8, 9, 16, 17 і 18. Перший вхід першого автоматичного перемикача 7 з'єднаний з об'єднаними між собою виходом другого і другим входом третього автоматичних перемикачів 8 і 9 і підключений до виходу першого ємнісного сенсора 7 вологості. Другий вхід першого автоматичного перемикача 7 з'єднаний з другим входом другого автоматичного перемикача 8 і підключений до виходу другого ємнісного сенсора вологості 8. Вихід першого автоматичного перемикача 7 з'єднаний з виходом третього ємнісного сенсора 10 вологості, чий вхід підключений до земляної шини і з першим входом третього автоматичного перемикача 9. Вхід управління першого автоматичного перемикача 7 підключений до виходу другого розряду порту „A" мікроконтролера 30. Вихід третього розряду порту , „A" мікроконтролера 30 підключені до з'єднаних між собою входів управління другого і третього автоматичних перемикачів 8 і 9. Вихід четвертого розряду порту „A" мікроконтролера 30 з'єднаний зі входом управління четвертого автоматичного перемикача 16, вихід якого підключений через перший резистор 19 до джерела 22 стабільного струму, через другий резистор 20 - до земляної шини і, безпосередньо, до входу підсилювача 23. Першій та другий входи четвертого і п'ятого автоматичних перемикачів 16 і 17 підключені, від 7 91245 повідно, до першого та другого сенсорів температури 14 і 15. Причому другий вхід четвертого і першій вхід п'ятого автоматичних перемикачів 14 і 15 з'єднані між собою і з об'єднаними різнойменними входами сенсорів температури 14 і 15. Вхід управління п'ятого автоматичного перемикача 17 підключений до виходу шостого розряду порту „A" мікроконтролера 30, п'ятий розряд порту „A" якого з'єднаний зі входом управління шостого автоматичного перемикача 18. Перший вихід шостого автоматичного перемикача 18 через третій резистор 21, другий вихід безпосередньо підключені до земляної шини. Вхід шостого автоматичного перемикача 18 з'єднаний з виходом п'ятого автоматичного перемикача 17. При цьому один кінець резистивного нагрівача 2 термостату 1 підключений до земляної шини, а другий - до виходу другого цифроаналогового перетворювача 26. Відомо, що частота електричних сигналів 1 1 1 1 1 , (1) f x1 2 C xLк k Cx k x sc / lc k x c 2 / lc K x де Lк - індуктивність коливального кола генератора; С x - ємність коливального кола; x - діе лектрична проникність проби; sc - площа ємнісного сенсора; lc - висота ємнісного сенсора чи відстань між електродами, що складають сенсор; c - об'єм проби; k і K - коефіцієнти пропорційності K k sc / lc , зворотно пропорційна ємності чи діелектричній проникності. Вологість зерна чи сипкого матеріалу залежить від їх вологовмісту при заданій температурі. Діелектрична проникність зерна чи сипкого матеріалу змінюється від їх вологості. Зерно чи сипучий матеріал заданого об'єму, що розміщений між обкладинками конденсатору змінює його ємність. З (1) можна зробити висновок, що діелектрична проникність та ємність зворотно пропорційні квадрату 2 2 частоти: x 1/ K 2fx , a Cx 1/ k 2fx . Тобто й вологість зворотно пропорційна квадрату частоти електричних коливань. Робота цифрового вимірювача вологості зерна та інших сипких речовин складається з трьох тактів вимірювання вологості проб і четвертого такту обробки результатів, та з одночасно й паралельно проведеними шести (два по три) тактів вимірювання температури кожного сенсора вологості й одного такту обробки результатів проміжних вимірювань. Після ввімкнення живлення всі функціональні блоки встановлюються в вихідний стан. На термостат 1 струм через резистивний нагрівач 2 від цифро-аналогового перетворювача 26 не поступає тому, що на його входи по команді з мікроконтролера 30 поступає код числа нуль. Відліковий пристрій 27 показує нуль. Автоматичні перемикачі 7, 8, 9, 16, 17 і 18 встановлюються у положення, показане на Фіг. Слід зазначити, що сенсори вологості 3, 4 і 10 з електричною ємністю C є до частотозадаючого кола генератора 11 підключаються почергово за допомогою автоматичних перемика 8 чів 7, 8 і 9. За допомогою автоматичного перемикача 9 до цього кола додатково підключається ще й електрична ємність C є третього (пасивного) сенсора вологості 10. За допомогою клавіатури 28 встановлюється необхідний режим роботи цифрового вимірювача вологості: підготовка приладу до вимірювання вологості (пов'язане з підготовкою проб й вирівнюванні температур сенсора вологості 4 й нормованої за значенням вологості проби), однократне вимірювання, багатократне вимірювання вологості і температури тощо. Спочатку здійснюється автоматичне вирівнювання електричних ємностей сенсорів 3 і 4 без наявності проб зерна чи іншого сипкого матеріалу. Після натиснення кнопки „#" (підготовка), по команді з мікроконтролера 30 на цифрові входи аналого-цифрового перетворювача 25 поступають коди чисел від Nв1 до Nвk . В результаті на виході цифро-аналогового перетворювача 25 з'являється напруга, що лінійно змінюється, за значенням, від { Uв1 } до { Uвk }. Ця напруга поступає на з'єднані між собою різнойменні входи конденсатора 5 і варикапа 6, що підключені до виходів першого і другого сенсорів вологості 3 і 4 (див. Фіг.). За допомогою першого автоматичного перемикача 7 здійснюється почергове підключення першого і другого сенсорів вологості 3 і 4 до входу генератора 11 електричного сигналу і вимірювання частоти цього сигналу. У момент часу досягнення рівності значень частот вихідного сигналу fx 01 fx 02 fx 0 при включеному спочатку першому, а потім - другому сенсорів вологості 3 і 4, запам'ятовується відповідний код числа Nвk та код числа Nx 0 fx 0 t 0 , (2) де t 0 - нормований за значенням проміжок часу підрахунку у лічильнику 13 кількості імпульсів, що слідують з частотою fx 0 . Слід зазначити, що визначення частоти fx 0 здійснюється для подальшого виключення впливу власної ємності сенсорів вологості на остаточний результат вимірювання вологості зерна чи іншого сипкого матеріалу. На рідинокришталевому індикаторі цифрового відлікового пристрою 27 з'явиться напис „ємності вирівняні, встановлюйте проби". У ємність першого сенсору вологості 3 встановлюють пробу зерна чи іншого сипкого матеріалу заданого об'єму c з невідомою вологістю Wx та температурою Tc1 , що дорівнює температурі оточуючого середовища. У ємність другого сенсору вологості 4 встановлюють пробу того ж об'єму c , але з нормованою за значенням вологістю W0 і при температурі Tc 2 . Дійсно, у загальному випадку проби зерна чи іншого сипкого матеріалу можуть мати різну за значенням температуру, а від температури залежіть й вологовміст досліджуваного зерна чи іншого сипкого матеріалу. 9 При натисненні клавіші „*" (Пуск) на клавіатури 28, видається команда на здійснення автоматичного процесу вимірювання вологості й температури проб. Спочатку вимірюється температура Tc 2 другого сенсора вологості 4. За допомогою термостату 1 здійснюється стабілізація температури проби (і самого сенсора 4) на заздалегідь заданому рівні, наприклад при температурі Tc 2 Tн 20 С 0,1 С , при якій здійснювалося приготовлення проби зерна чи іншого сипкого матеріалу з нормованою за значенням вологістю W0 . Це забезпечується за командою з мікропроцесора 30 шляхом пропускання через резистивний нагрівач 2 струму заданого значення від другого цифро-аналогового перетворювача 26, на цифрові входи якого подається відповідні коди чисел з одночасним вимірюванням температури проби й сенсора 4. Встановлення необхідного струму через резистивний нагрівач 2 здійснюється до моменту часу встановлення заданого значення температури, Tн . Процес вимірювання температобто Tc 2 тур сенсорів вологості 3 і 4 буде описаний нижче окремо. Через заданий час t 0 у сенсорі вологості 3 з пробою невідомої за значенням вологості встановлюється температура оточуючого середовища, тобто Tc1 Tсер , а у сенсорі 4 - температура Tc 2 91245 10 У третьому такті, по команді з виходу третього розряду порту „А" мікроконтролера 30, автоматичні перемикачі 8 і 9 одночасно переводяться у положення, протилежне показаному на рисунку. В результаті від входу генератора 11 відключаються паралельно з'єднані перший і третій (пасивний, з електричною ємністю C є ) сенсори вологості 3 і 10. Завдяки зв'язку виходу першого сенсора вологості з виходом другого автоматичного перемикача 8, здійснюється паралельне з'єднання першого і другого сенсорів вологості 3 і 4. Тому у цьому такті до входу генератора 11 підключаються паралельно включені перший та другий сенсори вологості 3 і 4. На виході генератора 11 формується електричний сигнал частоти fx 3 . За допомогою блоків 12, 13 і 30 вимірюється та запам'ятовується отримане значення частоти, тобто Nx 3 f x 3 t 0 fx 0 fx 3 t 0 , (5) де fx 3 - зміна частоти генератора за рахунок підключення обох сенсорів вологості до генератора. У четвертому такті відбувається обробка результатів проміжних вимірювань отриманих значень частот електричних сигналів генератора 11 згідно з рівнянням надлишкових вимірювань Wx де fx1 - зміна частоти за рахунок підключення до генератора сенсора з невідомою за значенням вологості пробою, запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. У другому такті, по команді з виходу другого розряду порту ,,А" мікроконтролера 30, автоматичний перемикач 7 переводиться у положення, протилежне показаному на Фіг. При цьому його положенні до генератора 11 електричного сигналу підключається другий сенсор 4. Генератор 11 генерує електричний сигнал частоти fx 2 . Значення цієї частоти вимірюється за допомогою зазначеного вище вимірювального каналу. В результаті отримують код числа Nx 2 f x 2 t 0 fx 0 fx 2 t 0 , (4) де fx 2 - зміна частоти генератора за рахунок підключення до генератора сенсора з відомою за значенням вологості пробою; який запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. fx 3 fx 0 2 / fx 2 fx 0 2 0 fx 0 fx 3 fx 0 2 / fx1 fx 0 2 0 fx 0 , (6) або за рівнянням числових значень Tн . Після цього здійснюється вимірювання значень частот електричних сигналів генератора 11. У першому такті вимірюється частота fx1 електричного сигналу генератора 11, при положеннях автоматичних перемикачів 7, 8 і 9, що показані на Фіг. Значення частоти fx1 вимірюється за допомогою вимірювального каналу, що складається з формувача 12 лічильних імпульсів та лічильника імпульсів 13, виходи якого підключені до порту ,,D" мікроконтролера 30. Отримане значення частоти Nx1 fx1 t 0 fx 0 fx1 t 0 , (3) W0 NWx NW 0 Nx 3 Nx 0 2 Nx 3 Nx 0 2 / Nx 2 Nx 0 2 1 / Nx1 Nx 0 2 1 (7) чи NWx NW 0 N23 / N22 1 x x N23 / N21 1 x x NW 0 N21 x N23 x N22 x N22 x N23 x N21 x , де Nx3 Nx3 Nx0 ; Nx 2 Nx 2 Nx0 ; Nx1 Nx1 Nx0 , які забезпечують автоматичну корекцію похибок результаті вимірювання завдяки реалізації методу надлишкових вимірювань. В результаті отримують дійсне значення вологості проби зерна чи іншого сипкого матеріалу при температурі оточуючого середовища, тобто при Tc1 Tсер . З рівняння числових значень (7) видно, що на результат визначення вологості зерна чи іншого сипкого матеріалу не впливають довгострокова нестабільність частоти генератора 11, абсолютні значення та зміна ємностей сенсорів температури в результаті дії зовнішніх дестабілізуючих факторів. Тобто при умові, що за час циклу вимірювання значення частот і ємностей сенсорів не змінюються. У цьому можна переконатися, якщо у (7) підставити відповідні аналітичні вирази (3), (4) і (5) для числових значень напруг, враховуючи, що довгострокова нестабільність вихідної частоти генератора описується наступним рівнянням величин 0 f0 f0 0 1 , f - відносна довгостроf f , де f кова зміна частоти генератора під дією зовнішніх дестабілізуючих факторів. На результат вимірювання не впливає й вибір значення часового інтер 11 91245 12 валу t 0 . Як вже зазначалося, одночасно з вимірюванням частоти електричних сигналів, здійснюється вимірювання температури сенсорів вологості 3 і 4 методом надлишкових вимірювань. Причому за час вимірювання дійсного значення вологості проби зерна чи іншого сипкого матеріалу, що дорівнює одному циклу вимірювань, здійснюється вимірювання температури першого та другого сенсорів вологості 3 і 4. Причому, здійснюється перетворення у напругу, при двох значеннях коефіцієнту k п підсилення підсилювача 23, опорів першого та другого сенсорів температури 14 і 15 і опору третього резистора 21 з нормованим за значенням опором, що відповідає температурі, наприклад, 20°С при струмі І0. За результатами вимірювань зазначених напруг визначається температура кожного сенсора вологості. Для перемикання першого та другого сенсорів температури 14 і 15 і третього резистору 21 використовуються автоматичні перемикачі 16, 17 і 18, які управляються сигналами з виходів 4, 5 і 6 порту ,,А'' мікроконтролера 30. Спочатку, у першому такті вимірювання температури першого сенсора вологості 3, автоматичні перемикачі 16, 17 і 18 знаходяться у положенні, що показане на Фіг. В результаті через послідовно з'єднані між собою опори першого резистору 19, замкненого автоматичного перемикача 16, першого сенсору температури 14, що розміщений в сенсорі 3 вологості, замкнених автоматичних перемикачів 17 і 18 потече стабільний за значенням струм І0 від джерела 22 стабільного струму. В результаті на опорі, що складається з послідовно з'єднаних між собою опорів першого сенсора температури 14, замкнених автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників, здійснюється падіння напруги, яка, за допомогою підсилювача 23, підсилюється у задане число k п1 разів. Отримана напруга U1 k п1І0 Rc1 r0 (8) де І0 - стабільний за значенням струм через електричне коло, з опором R c1 сенсора темпера положення, що протилежне показаному на Фіг. В результаті струм потече через послідовно з'єднані між собою опори першого резистору 19, сенсора температури 14, замкнених автоматичних перемикачів 16, 17, 18 та третього резистора 21. На вхід підсилювача 23 поступить напруга U2 k п1І0 Rc1 R0 r0 , (10) тури 14, пропорційному температурі Tc1 ); k п1 коефіцієнт підсилення падіння напруги на опорах R c1 і r0 ; r0 - неінформативний опір кола (перехідний опір трьох замкнених автоматичних перемикачів та опір з'єднувальних провідників); Rc1 S t Tc1 ; U3 k п1І0 R0 r0 , (12) що містить інформацію про опорну за значенням температуру T0 , за допомогою аналогоцифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N3 S0U3 , (13) та запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. Про дійсне значення температури Tc1 сенсора 3 з судять за рівнянням числових значень N N3 . (14) NTc1 T0 2 N2 N1 S t - крутість перетворення температури у опір, за допомогою аналого-цифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N1 S0U1 , (9) де S 0 - крутість аналого-цифрового перетворення, який запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. У другому такті вимірювання температури першого сенсора вологості 3, по команді з виходу шостого розряду порту "А" мікроконтролера 30, автоматичний перемикач 18 встановлюється у де R 0 - опір третього резистора 21 з нормованим за значенням опором, пропорційний температурі, наприклад, T0 20 C при струмі І0, тобто R0 S t T0 , що отримана за рахунок падіння струму на послідовно з'єднаних між собою опорах першого сенсора температури 14, замкнених автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників. Зазначена напруга за допомогою підсилювача 23, підсилюється у k п1 раз. Отримана напруга U2 , що містить інформацію про сумарну температуру T10 T10 Tc1 T0 , що дорів нює сумі температур Tc1 проби першого сенсора вологості 3 і температурі T0 , за допомогою аналого-цифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N2 S0U2 , (11) та запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. У третьому такті вимірювання температури першого сенсора вологості 3, по команді з четвертого і шостого розрядів порту „А" мікроконтролера 30, автоматичні перемикачі 16 і 17 встановлюються у положення, протилежне показаному на Фіг. В результаті через опір третього резистора 21 та опорі замкнених автоматичних перемикачів 16, 17, 18 та з'єднувальних провідників потече стабілізований за значенням струм від джерела 22 стабільного струму. В результаті на опорі, що складається з послідовно з'єднаних між собою опорів третього резистору 21, замкнених трьох автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників, здійснюється падіння напруги, яка за допомогою підсилювача 23 також підсилюється у задане число k п1 разів. Отримана напруга Аналогічно визначається температура Tc 2 сенсора з нормованою за значенням вологості пробою. Оскільки чутливості лінійного перетворення 13 91245 температури у опір неідентичні за значенням, тобто Rc1 S t Tc1 , a Rc 2 S t Tc 2 , то визначення тем 14 ператури Tc 2 здійснюється при значенні коефіціє 16, підсилюється у k п2 раз. Отримана напруга U5 , що містить інформацію про сумарну температуру T20 T20 Tc 2 T0 , що дорівнює сумі темпера нта підсилення підсилювача 23 рівному k п2 . тур Tc 2 проби другого сенсора вологості 4 і тем Причому значення коефіцієнту k п2 вибирається таким, щоб напруги мали однакову чутливість до вимірювальних температур, тобто, щоб k п1S t1 k п2S t 2 S t . У першому такті вимірювання температури другого сенсора вологості 4, автоматичний перемикач 18 остається у положенні, що показане на Фіг., а автоматичні перемикачі 16 і 17 по команді з четвертого і шостого розрядів порту ,,А", встановлюються у положення, протилежне показаному на Фіг. В результаті через послідовно з'єднані між собою опори першого резистору 19, замкненого (у іншому положенні) автоматичного перемикача 16, другого сенсору температури 15, що розміщений в сенсорі 4 вологості, замкнених автоматичних перемикачів 17 і 18 потече стабільний за значенням струм І0 від джерела 22 стабільного струму. В результаті на опорі, що складається з послідовно з'єднаних між собою опорів другого сенсора температури 15, замкнених за станом положеннях автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників, здійснюється падіння напруги, яка, за допомогою підсилювача 23, підсилюється у задане число k п2 разів. Отримана напруга пературі T0 , за допомогою аналого-цифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N5 S0U5 , (18) та запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. У третьому такті вимірювання температури другого сенсора вологості, по команді з шостого розряду порту „А" мікроконтролера 30, автоматичний перемикачі 17 встановлюються у положення, показане на Фіг. В результаті через опір, що складається з опору третього резистора 21 та опорів замкнених автоматичних перемикачів 16, 17, 18 та з'єднувальних провідників потече стабілізований за значенням струм від джерела 22 стабільного струму. В результаті на опорі, що складається з послідовно з'єднаних між собою опорів третього резистору 21, замкнених трьох автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників, здійснюється падіння напруги, яка за допомогою підсилювача 23 також підсилюється у задане число k п2 разів. Отримана напруга U4 k п2І0 Rc 2 r0 , (15) де І0 - стабільний за значенням струм через електричне коло, з опором R c 2 сенсора темпера тури 15, пропорційному температурі Tc 2 ; k п2 коефіцієнт підсилення падіння напруги на опорах R c1 і r0 ; r0 - неінформативний опір кола (перехідний опір трьох замкнених автоматичних перемикачів та опір з'єднувальних провідників); Rc 2 S t Tc 2 ; S t - крутість перетворення температури у опір, за допомогою аналого-цифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N4 S0U4 , (16) який запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. У другому такті вимірювання температури другого сенсора 4 вологості, по команді з виходу шостого розряду порту ,,А" мікроконтролера 30, автоматичний перемикач 18 встановлюється у положення, що протилежне показаному на Фіг. В результаті струм потече через послідовно з'єднані між собою опори першого резистору 19, сенсора температури 15, замкнених автоматичних перемикачів 16, 17, 18 та третього резистора 21. На вхід підсилювача 23 поступає напруга U5 k п2І0 Rc 2 R0 r0 , (17) що отримана за рахунок падіння струму на послідовно з'єднаних між собою опорах другого сенсора температури 15, замкнених автоматичних перемикачів 16, 17 і 18 та з'єднувальних провідників. Зазначена напруга за допомогою підсилювача U6 k п2І0 R0 r0 , (19) що містить інформацію про опорну за значенням температуру T0 , за допомогою аналогоцифрового перетворювача 24 перетворюється у код числа N6 S0U6 , (20) та запам'ятовується у оперативній пам'яті мікроконтролера 30. Про дійсне значення температури Tc 2 другого сенсора 4 вологості судять за рівнянням числових значень N N6 . (21) NTc 2 T0 5 N5 N4 Як видно з (14) і (21), отримані результати надлишкових вимірювань температури першого та другого сенсорів вологості не залежать від абсолютних значень опорів автоматичних перемикачів, що знаходяться у замкненому стані, від абсолютних значень та відхилень від номінальних значень крутості перетворень S0 , S t , S t та коефіцієнтів під силення k п1 і k п2 , при умові їх довгострокових змін у часі, тобто коли за час вимірювання їх значення постійні. Все це забезпечує отриманні високої точності вимірювання температур обох сенсорів, а також високої точності стабілізації температури другого сенсору вологості. Таким чином, запропоноване технічне рішення цифрового вимірювача вологості зерна чи інших сипких матеріалів забезпечує вирішення поставленої технічної задачі, тобто забезпечує високоточне вимірювання як вологості, так й температури проб за рахунок автоматичної корекції похибок, виключення на результат вимірювання нестабільності функцій перетворення ємності у частоту еле 15 91245 ктричних сигналів та початкового значення частоти генератора електричних сигналів, підвищення точності вимірювання температури при часовій та температурній нестабільності параметрів функції перетворення каналу вимірювання температури, виключення впливу на результат вимірювання Комп’ютерна верстка А. Крулевський 16 зовнішніх дестабілізуючих факторів, опорів автоматичних перемикачів та з'єднувальних провідників, приведення результату вимірювання вологості при тій же температурі, що й температура проби з нормованою за значенням вологістю. 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