ВЛАГОМЕР КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно, к контролю влажности сыпучих материалов.
За прототип принят влагомер кондуктометрический, представленный в книге «Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности», автор М.А.Берлинер, изд. «Энергия», М. Л., 1965 г., стр.77-78 и содержащий рабочий и компенсационный контуры, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора и через встречно включенные выпрямители к выходному прибору, включенный в рабочий контур кондуктометрический датчик в виде двух электродов, контактирующих с контролируемой средой, и настроечное сопротивление, включенное в компенсационный контур. Известный влагомер может использоваться как в лабораторных условиях, так и в заводских и для периодических измерений и непрерывного измерения влажности сыпучих материалов. В качестве выходного прибора может быть использован или показывающий прибор, или микропроцессор.
Недостаток известного влагомера состоит в зависимости его выходного сигнала от температуры контролируемого материала. Объясняется это тем, что влажный контролируемый материал относится к проводникам второго рода и его электрическое сопротивление с увеличением температуры уменьшается, т.е. он имеет отрицательный температурный коэффициент. Значит,
на показания влагомера будут влиять не только влажность контролируемого материала, но и его температура.
Решаемая задача - совершенствование схемного решения кондуктометрического влагомера.
Технический результат - повышения точности измерения влажности сыпучих материалов кондуктометрическим влагомером.
Для достижения указанного технического результата в известном влагомере кондуктометрическом, содержащем рабочий и компенсационный контуры, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора и через встречно включенные выпрямители к выходному прибору, включенный в рабочий контур кондуктометрический датчик в виде двух электродов, контактирующих с контролируемой средой, и настроечное сопротивление, включенное в компенсационный контур, в зоне расположения электродов датчика размещают соленоидную обмотку, намотанную проводом с положительным температурным коэффициентом сопротивления и включенную в рабочий контур последовательно с датчиком, а в компенсационный контур последовательно с настроечным сопротивлением включен терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, помещенный в полость обмотки.
Дополнительно для достижения указанного технического результата один из электродов датчика выполнен полым и обмотка с терморезистором помещены во внутреннюю его полость.
На прилагаемом чертеже представлен вариант исполнения предлагаемого влагомера с использованием второго пункта формулы изобретения.
Влагомер содержит рабочий контур 1 и компенсационный контур 2, подключенные к вторичным обмоткам 3 и 4 трансформатора 5 и через встречно включенные выпрямители 6 и 7 к выходному прибору 8, включенный в рабочий контур 1 кондуктометрический датчик 9 в виде электродов 10 и 11, контактирующих с контролируемым материалом 12, причем электрод 10 выполнен полым, настроечное сопротивление 13, включенное в компенсационный контур 2, соленоидную обмотку 14, намотанную проводом с положительным температурным коэффициентом сопротивления, помещенную во внутреннюю полость электрода 10 и включенную в рабочий контур 1 последовательно с датчиком 9, терморезистор 15 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, помещенный в полость обмотки 14, диэлектрические втулки 16, которые укреплены в конической части бункера 17 с контролируемым материалом 12. В общем случае обмотка 14 с терморезистором 15 могут быть расположены в бункере 17 вблизи или в зоне расположения электродов 10 и 11, но при измерении влажности контролируемого материала в производственных бункерах безопаснее их располагать во внутренней полости электрода 10. В качестве выходного прибора 8 используется показывающий прибор, но выходной сигнал можно подать и на микропроцессор или на показывающий прибор и на микропроцессор одновременно. Обмотка 14 может быть намотана проводом из любого материала с положительным
температурным коэффициентом сопротивления, например медного или никелевого. Устройство для отбора доз материала из бункера 17 на чертеже не показано.
Работает влагомер следующим образом.
При минимальной влажности контролируемого материала 12 в бункере 17 настроечным сопротивлением 13 на приборе 8 устанавливается нулевое или другое нужное показание, это значит, что токи в контурах 1 и 2 примерно равны. При этом сопротивление между электродами 10 и 11 через контролируемый материал велико, а ток в контурах 1 и 2 мал и нагрева обмотки 14 не происходит. И с этой влажностью, фиксируемой на приборе 8, происходит выгрузка дозы материала из бункера 17, а новая масса материала в бункере 17 перемещается в зону расположения электродов 10 и 11. Положим влажность контролируемого материала увеличилась. Это приводит к уменьшению сопротивления между электродами 10 и 11, увеличению тока в рабочем контуре 1 и к изменению показаний на показывающем приборе 8. И чем больше увеличивается влажность продукта, тем на большую величину изменяются показания прибора 8.
Проследим теперь, что будет с показаниями прибора 8, если будет, например, увеличиваться при неизменной влажности температура контролируемого материала. В этом случае сопротивление между электродами 10 и 11 становится меньше, чем раньше, и выходной сигнал изменится на большую величину чем раньше, когда изменялась только влажность. Но этому препятствует
уменьшение сопротивления терморезистора 15, происходящее как за счет увеличения температуры контролируемого материала, так и увеличения тока в рабочем контуре 1, который начинает подогревать обмотку 14, на что терморезистор 15 отвечает еще большим уменьшением своего сопротивления. И чем больше увеличивается температура контролируемой среды 12, тем на большую величину уменьшается сопротивление термосопротивления 15 имеет место своего рода положительная обратная связь. А так как токи контуров 1 и 2 через прибор 8 протекают во встречных направлениях, то происходит компенсация появившейся температурной погрешности. Надо отметить, что подогрев обмотки 14 имеет место и при номинальной температуре с увеличением влажности, когда уменьшение сопротивления между электродами 10 и 11 приводит к увеличению тока в контуре 1. А раз происходит подогрев обмотки 14, то происходит уменьшение и сопротивления терморезистора 15, но изменение это пока невелико. Если сопротивления между электродами 10 и 11 при изменении влажности, например песка, с 2% до 12% происходит в 8,5 раз, то изменение тока в контуре 1 для каждого значения влажности в этом диапазоне при изменении температуры контролируемой среды с 10°С до 30°С происходит в 1,5 раза, а изменение (уменьшение) сопротивления терморезистора 15 с отрицательным температурным коэффициентом происходит ≈ в 2 раза. И хотя токи контуров 1 и 2 через прибор 8 протекают во встречных направлениях, все равно изменение полезного выходного сигнала от влажности значительное. Но так как изменения и сопротивления
между электродами 10 и 11, и сопротивления терморезистора 15 имеют экспоненциальный характер, то их разностный результат несколько спрямляет выходной сигнал, в некоторой степени происходит его линеризация. Таким образом, зависимость сопротивления терморезистора 15 не только от температуры контролируемой среды, но и тока через обмотку 14 в зависимости от влажности, позволяет получить компенсацию температурной погрешности во всем диапазоне измеряемой влажности.
Предложенный кондуктометрический датчик имеет простую и надежную конструкцию, а большая площадь электродов, контактирующая с контролируемой средой, обеспечивает мощный выходной сигнал при малом напряжении питания (менее 12 в) с обмоток 3 и 4 и трансформатора 5, что обеспечивает безопасную с ним работу. Чтобы исключить коррозию электродов 10 и 11, и уменьшить налипание на их поверхность контролируемого материала, предлагается изготавливать их из нержавеющей стали. Чтобы исключить деформацию полого электрода 10, когда происходит падение материала сверху при загрузке бункера 17, его предлагается размещать под цельным электродом 11. Соленоидную обмотку 14 можно выполнить как бифилярной, так и индуктивной намоткой, индуктивность такой небольшой обмотки очень и очень мала и на настройку нулевого сигнала не сказывается.