Влагомер

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении влажности пиломатериалов в технологических процес- ,сах деревообработки. Цель - расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения средней влажности и ее градиента по толщине и повышение надежности путем исключения из устройства механических элементов, Влагометр дополнительно содержит второй балластный резистор , два одинаковых каскада на операционньк усилителях с резистором отрицательной обратной связи и резистором инвертирующих входов, инвертор, фазометр, частотомер, блок обработки и отображения информации, Цри этом дополнительный средний электрод преобразователя подключен к неинвертирующему входу одного из усилителей и через балластный резистор соединен с резистором инвертирующего входа того же каскада на операционном усилителе. Выход первого каскада соединен с вторым балластным резистором и .резистором инвертирующего входа второго каскада . Выход второго каскада соединен через инвертор с входом частотомера, балластным резистором и резистором инвертирующего входа первого каскада. Выходы первого и второго каскадов подключены к фазометру, а выходы частотомера и фазометра - к блоку обработки и отображения информаи;ии, 3 ил. € СО СП оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,» 1357818

А1 (5D 4 С 01 N 27/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ВЛАГОМЕР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3853035/31-25 (22) 08.02.85 (46) 07.12,87. Бюл, ¹ 45 (71) Ленинградская лесотехническая академия им. С.M.Кирова (72) B.È,Ìóçàëåâñêèé, Е,М.Семенов, А.С.Карпов и Е,И.Цветков (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1059499, кл. С 01 N 27/22, 1982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1073679, кл, G 01 N 27/22, 1982. (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использована при измерении влажности пиломатериалов в технологических процессах дереваабработки. Цель — расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения средней влажности и ее градиента по толщине и повьнпение надежности путем исключения из устройства механических элементов. Влагометр дополнительно содержит второй балластный резистор, два одинаковых каскада на операционньж усилителях с резистором отрицательной обратной связи и резисторам инвертирующих входов, инвертар, фазаметр, частотомер, блок обработки и отображения информации. При этом дополнительный средний электрод преобразователя подключен к неинвертирующему входу одного из усилителей и через балластный резистор соединен с резистором инвертирующего входа того же каскада на операционном усилителе.

Выход первого каскада соединен с вторым балластным резистором и .резисто<О ром инвертирующего входа второго каскада. Выход второго каскада соединен через инвертор с входом частотомера, балластным резистором и резистором инвертирующего входа первого каскада.

Выходы первого и второго каскадов под- = ключены к фазометру, а выходы частота- > мера и фазометра — к блоку обработки и отображения информации. 3 ил. Ql

13=78 ио, например, гри измерении влажности пиломатериалов в технологических процессах деревообработки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможнос "ей за счет одновременного измерения средней влажности и ее градиента по толщине и повы- !О шение надежности путем исключения из устройства механических элементов, На фиг, 1 приведена схема гредлагаемого влагомерл, на фиг, 2 — кон.струкция преобразователя:, на фиг. 3 схема усилителя.

Влагомер состоит из трехэлектродного конденсаторного преобразователя влажности, образованного электродами 1-3 и подключенного электродом 1 к неинвертирующему входу первого каскада 4 на операционном усилителе. В этом усилителе к инвертирующему входу подключены одинковые резистор 5 инвертирующего входа и резистор 25

6 отрицательной обратной связи. Неинвертирующий вход первого каскада через балластный резистор 7 соединен с вторым выводом резистора инвертирующего входа первого каскада 4 на операционном усилителе. Второй каскад 8 выполнен аналогично.

К неинвертирующему ° входу присоединен другой крайний электрод 3 преобразователя, который через второй балластный резистор 9 соединен с выходом первого каскада 4 и резистором инвертирующего входа. Выход второго каскада соединен через инвертор 10 с входом частотомера 11 первым балласт- 40 ным резистором 7 и резистором 5 инвертирующего входа. Выходы первого

4 и второго 8 каскадов на операционных усилителях подключены к входу фазометра 12, Выходы частотомера и фазо-q5 метра подключены к блоку !3 ооработки и отображения информации, Преобразователь состоит из трех компланарных колец 1-3, закрепленных на диэлектрическом основании 14, и образца 15 древесины, Емкости между электродами 2-1 и 2-3 равны.

Устройство работает следующим образом.

При изменении влажности образца

15 изменяются емкости между кольцами преобразователя 2-1 и 2-3„ Глубина проникновения поля между электродами

2- 1 больше глубины проникновения поля

U Ьх-Цо

U a -!) ЬЬ,Х г

R., 20 откуда

U6x" !1ьых

1ыСг

Упрощая, получа зм

1 — leRCz

1+ jbÛRÑ, Ц Ьь х

K г

U6õ

1 - -г R Сг, 1 +ю" Rz Сг г

-2MRC г

+ J +ьг Rz Сг г ((1 (дRz(г)z (?u>R4г)г

Г

55 г t (1+юг Rz Сг ) z (1+ну Кг Cz ) г г 2 г.-. (1+Ыг Rz- Сг ) г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использова18 2 между электродами 2-3, поэтому первая пара электродов контролирует влажность на большую глубину, Изменение емко=ти С между электродами 2-3 вызывает изменение сдвига фазы выходного ка=када на операционном усилителе 8 огносительно его входного сигнала на угол г

Этот сдвиг опр делим, рассмотрев работу усилителя.

Так как усилит ль охвачен отрицательной обратной вязью, разница напряжений между ин:зертирующим 1)„ и неинвертирующим U, входами практически равна нулю,поэ:ому можно записать

Напряжение !) „определяется выражением! и.Сг 1

U =. ----- U U

1 ь" 1 + jll RC 6

R+---z

Так как ь = Ц я имеем

U6x +U Ьых 1 — Ц, 2 1 + j

)Ь„„(1+УлС1) = ) 6,(1 juRCг) Для коэффициента передачи каскада имеем

Г1одуль коэффици6 нта передачи усилителя

=1 1

1-2v R С +Л. С i >4 <0z R С г

1357818 равным 7и, 7l — — — в

1 — ыг R202

Л.

1+ < 2 R2C2

2 (1) 5

cos p

Второй усилитель 4 с датчиком С, дает также единичное усиление I K,l = 1 и сдвиг фазы 10

При включении в схеме возникают автоколебания, так как выполняются условия самовозбуждения

1 — w2 R2С (3) С

С>

R2 С

1-- — ——

R2C С з nag=

R2 С1

1 + 2

Кгс,с

С1

1 +

С2 р 1 1 2i 1кинв! = 1,,15

q + ц,+ „„,= 360 .

С1 — C) (4) C1+ С2

Модуль коэффициента передачи К„„ 1 инвертора 10 принимаем равным 1. 20

Фазовый сдвиг инвертора Ц„„ =

180, сумма фазовых сдвигов усилителей 4 и 8 Ц,+ q2= 180 .

Частоту генератора определим из

I условия

25 о

К 2 к К2 1

АС = С sindq

Подставляя в (2) значения С„ и

С, получаем

1 1

У

R2 Сг cos2 d (P откуда

1

С

vRcos dP (6) откуда, ld2R2C С = 1

Таким образом,по средней емкости С определяется средняя влажность древесины, а по приращению емкости

ЛС вЂ” перепад влажности относительно средней.

В блоке 13 происходит вычисление

С и dC по уравнениям (5) и (6) и преобразование этих сигналов в сигнал влажности с последующей их индикацией.

Обработка может осуществляться как в аналоговом, так и в цифровом виде °

Устройство позволяет одновременно без переключения схемы получить информацию о средней влажности древесины и перепаде ее по сечению. Это обеспечивает возможноств измерять эти

Таким образом, частота автоколеба-45 ний

„„г

R2C -С (2) Если С, С, сдвиги не равны

Ц г, но их сумма равна 7, т,е. ц + (= 71 . Обозначим С = С,+ hC.

С = С вЂ” Л С (если влажность распреде9 лена неравномерно) . Тогда первый уси-55

ff литель даст сдвиг по фазе = — — +ЬЦ, 2

И а второй = --- Л у, причем. суммарТаким образом, усилитель дает усиление, равное единице, а фазовый сдвиг с определяется выражением

Подставляя значения К„и К2 имеем

1 — 1 ыКС, 1 —

1 + j ыКС„1 + j tdRC>

Упрощая, получим

1 — j vR(C<+C ) — w2R2С С

= — (1 + j и R (С, +С, ) — (d 8. С, С ), ный сдвиг ц + ц остается г

Подставляя значение с =

2 выражение (1) получаем т я соя g = cos(Д ) = sin dig =

2 2

1 + Ld2R2C2

Подставляя (2) в (3), имеем

Подставляя в (4) значение С2

С вЂ” 8C и С, = С + dC получаем

С +АС-С+ЗС йС

sin dg

С + 2С+С-4С t откуда dC зависящее от градиента влажности, равно

Яг (Сг дC2) R2Сг (1 з1n2dy) 135781Р

1 параметры как в лабораторп<<х yc,,!o!<иях с неподвижным образцом, так и у движущегося материала. По<леднее не-. обходимо при применениII в линиях пpоч-, ностной сортировки пи тома..ериалов., на пакетоформирующих машинах, линиях по производству клееных древесных ко.— струкций.

Формула изобретения

Влагомер, содержащий преобразователь с диэлектрическим основанием.. на котором расположены высокопотен<<иаль- «» ный и низкопотенциальный электроды, выполненные в виде компланарных кон-центрических колец, между которь<ми расположен дополнительный электрод так, что емкости между дополнительным б и каждым из крайних электродов равны, к измерительную схему с балластным резистором, подключенным к высоко-потенциальному электроду, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос— тей за счет одновременного измерения средней влажности и ее градиента по

I тo!

o! II! I;< ê oíûõ:ñà ñêàда на операционных усил«тенях - резистором отрица тельной обратной связи и резистором ин- . всртирующих входов, инвертор, фазо«ет р, частотомер, блок обрабoi ки и

Отображ< ния информации р причем допсл— интел зный средний электрод преобразователя заземлеH < к аждый крайний электрод преобраэoв=тела подключен к Håèнзертируюшему входу одного из усилителей и через баллас ."ный резистор соелинен с рези:-тором и .вертирующе.го входа того же каскада на операционном усилителе., вь<х од перво-о каскада соединен с вторым <балластным резистором и резистором и гвертирующего входа второго каскада, выход второго каска-!

Iа соединен через инвертор с входом частотомера, балла<..тным резистором .-I peзистором инвер "ирующего входа и рвого каскада, выхсды TIBpBoI u второго каскадов п<>дключены к фазо— метру„ а выходы частотомера и фазометра подключены к бл<:ку обработки и о гображения информации, 1357818 2

Составитель В.Немцов

Редактор П.Гереши Техред М.Ходанич Корректор И.Муска "

Заказ 5991/43 Тираж ?7б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4