ЦИФРОВОЙ ПОТОЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения влажности твердых, сыпучих и газообразных веществ, и может быть применено в строительной, горнодобывающей, деревообрабатывающей и пищевой отраслях промышленности.
Известно устройство диэлькометрического влагомера (Берлинер М.А. Измерения влажности. М.: Энергия, 1973. - 400 с.), основанное на принципе дифференциальных измерительных схем, содержащем генератор частот, к выводам которого последовательно соединены образцовый конденсатор и конденсатор чувствительного элемента датчика, выводы которого дополнительно соединены с указательным прибором.
Данное измерительное устройство имеет низкий технический уровень, обусловленный невысокой точностью измерений (2-3%), поскольку не позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности частоты генератора, возникающую вследствие нестабильности параметров конденсатора чувствительного элемента датчика; не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке; содержит указательный прибор, регистрирующий результат измерения влажности в аналоговой форме. При использовании измерительного устройства с аналоговой схемой обработки информации в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом необходим аналого-цифровой преобразователь, который является источником дополнительной погрешности измерения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое за прототип является устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками (пат. РФ №2214610, МКИ G01R 27/26), содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор и два генератора, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, выходы генераторов подключены к счетным входам, соответственно, первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к одному из портов ввода-вывода микроконтроллера.
Данное измерительное устройство не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку устройством не предусмотрено определение положения образца при его движении относительно конденсаторного датчика. Существующие диэлькометрические измерители влажности основаны на принципе вычитания частот измерительного и опорного генераторов, чем обеспечивается компенсация аддитивной составляющей погрешности измерения частоты, хотя сама погрешность носит мультипликативный характер.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового цифрового устройства для измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Техническим результатом заявленного цифрового поточного измерителя влажности является расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможность поточного измерения влажности материалов и изделий с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.
Указанный технический результат достигается тем, что цифровой поточный измеритель влажности, содержащий микроконтроллер, к счетному входу которого подключен генератор, а к одному из портов ввода-вывода цифровой индикатор, конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, снабжен логическим элементом ИЛИ-НЕ, подключенным первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю, установленными на торцах конденсаторного датчика, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера.
Указанное отличие позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку цифровой поточный измеритель влажности снабжен бесконтактными переключателями, позволяющими определять положение образца при его движении относительно конденсаторного датчика, что позволяет производить объективные измерения влажности материалов и изделий. Кроме того принцип измерения позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности, обусловленную изменением параметров конденсаторного датчика, и производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с представлением результатов в цифровой форме без дополнительных аналого-цифровых преобразований.
На фиг.1 изображена блок-схема цифрового поточного измерителя влажности; на фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 показана работа бесконтактных переключателей в процессе перемещения образца относительно конденсаторного датчика; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая работу измерителя влажности.
Цифровой поточный измеритель влажности содержит конденсаторный датчик 1, включенный во времязадающую цепь генератора 2, соединенного со счетным входом микроконтроллера 3. Частота импульсов генератора 2 зависит от емкости конденсаторного датчика 1, пропорционально связанной с диэлектрической проницаемостью образца, которая в свою очередь зависит от влажности. Бесконтактные переключатели 4 и 5, установленные на торцах конденсаторного датчика 1 по направлению движения образца, служат для определения положения образца относительно конденсаторного датчика 1. Измеритель влажности содержит логический элемент ИЛИ-НЕ 6, подключенный первым входом к первому бесконтактному переключателю 4, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю 5, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора 2 и цифровому входу микроконтроллера 3. К одному из портов ввода-вывода микроконтроллера 3 подключен цифровой индикатор 7.
Измеритель влажности работает следующим образом.
1
2
2
3
3
1
4
5
При перемещении образца возможны четыре его положения относительно конденсаторного датчика: образец находится вне конденсаторного датчика (фиг.2, интервал времени t-t на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.3, интервал времени t-t на фиг.6), образец заполняет конденсаторный датчик полностью (фиг.4, интервал времени t-t на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.5, интервал времени t-t на фиг.6).
3
4
3
4
1
2
1
2
Измерение влажности образца происходит в интервал времени t-t на фиг.6, когда образец заполняет конденсаторный датчик полностью. Это соответствует уровню логического нуля на выходе бесконтактных переключателей 4 и 5 (диаграммы 8 и 9, фиг.6) и уровню логической единицы на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6). В момент времени t (фиг.6) на разрешающем входе генератора 2 устанавливается логический уровень напряжения, разрешающий генерирование, и микроконтроллер 3 запускает два внутренних счетчика, первый из которых предназначен для счета импульсов генератора 2, второй счетчик - для счета тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3 (диаграммы 11 и 12, фиг.6). В момент времени t на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6) устанавливается уровень логического нуля, микроконтроллер 3 останавливает оба внутренних счетчика, в которых к этому моменту формируются двоичные коды N и М. Двоичный код М на выходе второго счетчика микроконтроллера 3 пропорционален емкости конденсаторного датчика с образцом, а, следовательно, связан с влажностью образца М=NT/T, где N - количество периодов генератора 2, подсчитанных первым счетчиком; Т - период следования прямоугольных импульсов генератора 2, прямо пропорционально связанный с емкостью конденсаторного датчика 1 с образцом; Т - период следования тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3. По двоичному коду М микропроцессор микроконтроллера 3 находит в памяти значение влажности образца, которая выводится на цифровой индикатор 7. В памяти микроконтроллера 3 должна находиться градуировочная характеристика для определения влажности по двоичному коду М.
Результат измерения влажности может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.
Применение данного цифрового поточного измерителя влажности позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.