Емкостный влагомер зерна
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений . Устройство содержит первичный емкостный преобразователь, включенный в измерительный генератор со стабилизацией активного сопротивления контура,,опорные генераторы, распределитель импульсов, ЭВМ, ключи, усилители, источник опорного напряжения , преобразователь напряжения в частоту, переключатели. Цель изобретения достигается за счет учета и компенсации факторов, влияющих на измерение . 4 ил.. I (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 Н 27 22 .
g>gpss 1 д ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075054/31-25 (22) 05,06,86 (46) 29,02.88. Бюл, 1Ф 8 (71) Пензенский политехнический институт (72) П,В.Машошин, В,Ф,Рябов, Т.Д.Джапаридзе, Э,Д,Шаламберидзе и P.Н.Иесхидзе. (53) 551,508,7(088,8). (56) Авторское свидетельство СССР У 744305, кл. G 01 Я 27/22, 1980. Авторское свидетельство СССР В 1157438, кл. G 01 Б 27/22, 1985, „„SU„„1377704 А 1 (54) EMKOCTHblA ВЛАГОМЕР ЗЕРНА (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов, Целью изобретения является повышение точности измерений, Устройство содержит первичный емкостный преобразователь> включенный в измерительный генератор со стабилизацией активного сопротивления контура, опорные генераторы, распределитель импульсов, ЭВИ, ключи, усилители, источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту, переключатели. Цель изобретения достигается за счет учета и Я Ю компенсации факторов, влияющих на измерение. 4 ил. 1377704 резистора 10, выход которого через последовательно включенные формиро45 ватель 11 сигнала и первый электронный ключ 12 к информационному входу микроЭВМ 13, содержащей в своем:составе устройство ввода информации,. центральный процессор, оперативное и постоянное запоминающее устройства, устройство вывода информации, к информационному входу микроЭВМ 13 подключен также выход опорного высокочастотного генератора 14 через последовательно соединенные второй формирователь 15 сигнала и второй электронный ключ 16, Выход микроЭВМ 13 подключен к входу устройства регистИзобретение относится к автоматическому измерению влажности материалов по, реактивной составляющей емкостного первичного преобразователя в условиях изменения в широких пределах сквозной проводимости и поляризационных потерь в исследуемом веществе и может быть использовано для измерения влажности зерна и других сыпучих материалов. Цель изобретения — повышение точности измерения в диапазоне высокой влажности. На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого влагомера; на фиг.2-4 — временные диаграммы, поясняющие его работу. Емкостный влагомер зерна содержит емкостный первичный преобразователь 1, электрическая схема замещения которого представлена конденсаторами С и С, характеризующими соответственно мгновенные и релаксационные виды поляризации в зерна, резисторами R и г характеризующими соответственно сквозную проводимость вещества и релаксационные потери. Кроме того, влагомер содержит измерительный высокочастотный генератор 2, имеющий колебательный контур, состоящий из конденсатора 3 и катушки 4 индуктивности, Генератор 2 снабжен также системой 5 автоматической стабилизации активного сопротивления колебательного контура, состоящий из к атушки 6 связи, подключенной одним вы-водом к общей шине устройства, а вто" рым потенциальным выводом к входу амплитудного детектора 7, выход которого через последовательно соединенные фильтр 8 и усилитель 9 подключен к управляющему входу управляемого! О ! 40 рации 17, МикроЭВМ 13 управляется синхроимпульсами с выходом последовательно соединенных тактового генератора 18 и делителя 19 частоты, причем выход последнего подключен также к входу распределителя 20 управляющих сигналов, первый и второй. выходы которого соединены с управляющими входами соответственно первого электронного ключа 12 и второго электронного ключа 16. Расйределиталь 20 управляющих сигналов может быть построен на основе счетчика-делителя, реализованно го (фиг.З) на трех последовательно соединенных триггерах схемах совпадения и дополнительном триггере. Влагомер содержит также первый двухпозиционный переключатель 21, второй двухпозиционный электронный переключатель 22, операционный усилитель 23 с резистором R, в цепи параллельной отрицательной обратной связи, источник 24 постоянного опор-. ного напряжения положительной полярности, третий электронный ключ 25, четвертый электронный ключ 26, интегрирующий преобразователь 27 напряжения в частоту, который может быть построен на основе интегратора 28 с коммутируемыми входами и комнаратора 29. При этом первый двухпозиционный электронный переключатель 21 в первом положении подключает первичный преобразователь к колебательному контуру измерительного высокочастотного генератора 2, а во втором — к инвертирующему входу операционного усилителя 23, выход которого через последовательно соединенные третий электронный ключ 25, интегрирующий преобразователь 27 напряжения в частоту и четвертый электронный ключ 26 соединен с информационным входом микроЭВМ 13, а неинвертирующий вход операционного усилителя 23 вторым двухпозиционным электронным переключателем 22 подключается в первом положении к выходу источника 24 опорного напряжения, а во втором — к; общей шине, Кроме того, управляющие входы третьего ключа 25 и четвертого ключа 26 подключены к третьему вьмоду распределителя 20 управляющих сигналов, а управляющие входы первого двухпозиционного переключателя 21 и второго двухпозиционного переключа1377704 теля 22 — еоответственно к четвертому и пятому выходам распределителя . 20 управляющих сигналов. Емкостный влагомер зерна работает следующим образом. При настройке при5 бора в постоянное запоминающее устройство микроЭВМ 13 вводится программа вычислений и необходимые постоянные коэффициенты. Непосредственно после включения напряжения питания устройство 17 регистрации устанавливается в состоянии фиксации нулевого значения влажности; микроЭВМ находится в состоянии ожидания сигнала "Пуск, поступающего от загрузочного устройства влагомера, и информацию не принимает; тактовый генератор 18 и делитель 19 частоты вырабатывают тактовые (синхронизирующие) импульсы соответственно высокой (1...10 МГц) и низкой (1 Гц) частоты; опорный генератор 14 высокой частоты вырабатывает сигнал опорной частоты; остальные узлы находятся в произвольном состоянии.. Импульс Пуск" сигнализирует в микроЭВМ 13 о начале выполнения программы и устанавливает распределитель 20 управляющих сигналов в исходное состояние, при котором на всех его выходах устанавливаются нулевые значения сигналов. При этом первый, второй и третий электронные ключи 12, 25 и 26 находятся в разомкнутом состоянии; первый двухпозиционный 35 электронный переключатель 21 подключает первичный преобразователь 1 к колебательному контуру измерительного высокочастотноro генератора 2; второй двухпозиционный электронный переключатель 22 подключает неинвертирующий вход операционного усили-: теля 23 к общей шине, При поступлении с выхода делителя 19 частоты первого после сигнала "Пуск" тактового импульса низкой частоты на втором выходе распределителя 20 формируется прямоугольный импульс, При этом второй электронный ключ 16 замыкается, импульсы с выхода второ50 ro формирователя 15 поступают на информационный вход микроЭВМ 13 и в течение интервала времени, равного периоду Т следования тактовых импульсов низкой частоты, в оперативное запоминающее устройство микроЭВМ 13 записывается число N, равное частоте колебаний опорного генератора 14. При поступлении второго тактового импульса низкой частоты на втором выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и. второй электронный ключ 16 размыкает ся. Одно вр еменно на пер во м выходе распределителя 20 появляется импульс, переводящий первый ключ 12 в sамкнутое состояние. При этом в оперативное запоминающее устройство микроЭВМ 13 записывается за период Т число N, равное частоте измерительного генератора 2 и пропорциональное С При поступлении третьего тактового импульса низкой частоты на первом выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и первый ключ 12 размыкается. Одновременно на четвертом выходе распределителя 20 появляется импульс и первый двухпозиционный переключатель 21 отключает первичный преобразователь 1 от измерительного генератора 2 и подключает его к инвертирующему входу операционного усилителя 23, В то же время в микроЭВМ 13 поступает команда на выполнение программы вычислений числа N, =N,-N,, пропорционального С„, С приходом четверто го тактово го импульса на пятом выходе распределителя 20 формируется импульс, обеспечивающий отключение вторым двухпоэиционным переключателем 22 неинвертирующего входа операционного усилителя от общей шины и подключение этого входа к источнику 24 напряжения +U . При этом в течение такта происходит поляризация зерна, находящегося в первичном преобразователе l в постоянном электрическом поле. Для электрической модели первичного преобразователя 1 поляризация адекватна заряду емкостей С и Ср до потенциала U При поступлении пятого тактового импульса на пятом выходе распределителя 20 устанавливается нулевое значение сигнала и второй двухпоэиционный переключатель 22 вновь подключает неинвертирующий вход операционного усилителя 23 к общей шине, а появившийся в это же время импульс на третьем выходе раслределителя 20 переводит третий и четвертый ключи 25, 26 в замкнутое состояние, В этом такте происходит деполяризация зерна (на модели мгновенный разряд емкости Формула из о бр етения Емкостный влагомер зерна, содержащий емкостный первичный преобразователь, измерительный высокочастотный генератор, снабженный системой автоматической стабилизации активного сопротивления его колебательного контура, опорный высокочастот.ный генератор, распределитель управляющих сигналов, причем выходы гене.раторов подключены через последовательно соединенные соответственно первый формирователь и первый электронный ключ и через второй формирователь и второй электронный ключ к 5 137770 C„ и разряд с постоянной времени =гС р емко сти С р ) . Ток i > (t ) деполяризации (разряда), возникающий в первичном преобразователе 1 интегрируется преобразователем 27 напряжения в частоту с изменением направления интегрирования в примыкающих циклах, Количество N импульсов, выработанное преобразователем 27 напряжения в частоту, за время Т пропорционально Ср, Импульсы с выхода преобразователя 27 напряжения в частоту в пятом такте поступают через четвертый электронный ключ 26 на информационный вход микроЭВМ 13 и в ее опера тивной памяти записывается число N Экспериментально определенные для зерна пшеницы зависимости N,„ è N,ð от влажности W приведены на фиг.4. При поступлении седьмого тактового импульса число W поступает из микроЭВМ 13 в устройство 17 регистрации, где отображается в виде результата измерения влажности, 25 4 6 информационному входу микроЭВМ, выход которой соединен с устройством регистрации, а другие входы через делитель частоты и непосредственно — с генератором тактовых импульсов, кроме того, распределитель управляющих сигналов соединен с делителем частоты и управляющими входами первого и второго электронных ключа, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне высокой влажности,. в него введены первый и второй двухпозиционные электронные переключатели, операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью, источник опорно.го напряжения, третий и четвертый электронные ключи и интегрирующий преобразователь напряжения в частоту, причем первый двухпозиционный.переключатель соединен с пер" вичным преобразоват елем, колебательным контуром измерительного высокочастотного генератора и инвертирую- щим входом операционного усилителя, выход. которого через последовательно соединенные третий электроннйй ключ, интегрирующий преобразователь напряжения в частоту и четвертый электронный ключ соединен с информационным входом микроЭВМ, а неинвертирующий вход операционного усилителя через второй двухпозиционный электронный переключатель соединен с источником опорного напряжения и с общей шиной, кроме того, управляющие входы третьего и четвертого электронных ключей и переключателей подключены к выходу распределителя управляющих сигналов. 1377704 Йк вака ему йа.kern. чпсп09 ,Пуск 4 а z ». Фю г м ЧЪ а с Ю а Ъф «р Неинберт bod вил Ьыи. оиер. уии Zf вел.кю op gf 1377704 Составитель В,Немцев Техред А. Кравчук Корректор М.Пожо Редактор М.Товтин Заказ 863/38 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5 ° д Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4
