УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к приборам определения электрофизических свойств диэлектрических материалов и может быть использовано для измерения влажности сыпучих материалов, таких как мука, зерно, крупы, сахар и др.
Наиболее близким по совокупности свойств и техническому результату к изобретению, которое заявляется, является микроволновый измеритель влажности (патент Украины №38067, бюл. №4,2001 г., кл. G01N 22/04), который содержит микроволновый генератор, последовательно соединенные первый вентиль, первый трехвходовый циркулятор, автоматический отключатель, второй вентиль, второй трехвходовый циркулятор и приемно-передающую антенну, в свободное плечо первого трехвходового циркуля гора подключены соединенные последовательно аттенюатор, волноводный тройник и детекторная секция, второй вход волноводного тройника соединен со свободным плечом второго трехвходового циркулятора, дифференциальный усилитель и стабилизированный источник постоянного напряжения, соединены с одним из входов дифференциального усилителя, и фазочувствительным выпрямителем, который отличается тем, что в него включены радиочастотный генератор, делитель частоты и амплитудный модулятор, который включен между выходом микроволнового генератора и входом первого вентиля, второй вход амплитудного модулятора соединен с выходом радиочастотного генератора и входом делителя частоты, выход которого соединен со вторым входом автоматического отключателя и вторым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя, последовательно соединены управляемый резонансный усилитель, амплитудный детектор, фильтр верхних частот и усилитель переменного напряжения, выход которого соединен со входом фазочувствительного выпрямителя, интегратор, включенный между выходом дифференциального усилителя и вторым входом управляемого резонансного усилителя, первый вход которого подключен к выходу детекторной секции, а также последовательно соединены фильтр нижних частот и аналого-цифровой преобразователь, при этом вход фильтра нижних частот подключен к выходу амплитудного детектора, а выход аналого-цифрового преобразователя является выходом микроволнового измерителя влажности.
Однако, прототип требует специальной подготовки материала к измерениям и не позволяет проводить плотностно-независимые измерения влажности сыпучего материала, а также обладает малой чувствительностью измерения влажности.
В основу изобретения поставлена задача разработки устройства для измерения влажности, способного проводить плотностно-независимые измерения влажности сыпучих материалов, обладающего высокой чувствительностью измерения влажности материала.
Поставленная задача достигается, прежде всего, применением коаксиального резонатора с запредельной частью, петли возбуждения, разделительной вставки, исследуемой пробы материала, уплотняющей вставки, уплотняющей пружины, петли детектора, микропроцессорной системы, индикатора.
Устройство для измерения влажности, который заявляется, содержит генератор качающейся частоты, коаксиальный резонатор, запредельную часть, петлю возбуждения, разделительную вставку, исследуемую пробу материала, уплотняющую вставку, уплотняющую пружину, петлю детектора, детектор, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессорную систему, индикатор, при этом генератор качающейся частоты подключен к петле возбуждения и микропроцессорной системе, детектор подключен к петле детектора и АЦП, микропроцессорная система подключена к АЦП и индикатору, петля возбуждения и петля детектора помещены в коаксиальный резонатор, запредельная часть является продолжением коаксиального резонатора, разделительная вставка находится в коаксиальном резонаторе, отделяя его от запредельной части, исследуемая проба материала помещена в запредельную часть, уплотняющая вставка вставлена в запредельную часть над исследуемой пробой материала, уплотняющая пружина прикреплена к уплотняющей вставке.
Устройство для измерения влажности отличается от прототипа тем, что в него включены дополнительные элементы: генератор качающейся частоты, коаксиальный резонатор, запредельная часть, петля возбуждения, разделительная вставка, исследуемая проба материала, уплотняющая вставка, уплотняющая пружина, петля детектора, микропроцессорная систему, индикатор. На изображении представлена схема устройства для измерения влажности.
Устройство для измерения влажности состоит из генератора качающейся частоты 1, коаксиального резонатора 2, запредельной части 13, петли возбуждения 3, разделительной вставки 4, исследуемой пробы материала 5, уплотняющей вставки 6, уплотняющей пружины 7, петли детектора 8, детектора 9, аналогово-цифрового преобразователя 10, микропроцессорной системы 11, индикатора 12, при этом генератор качающейся частоты 1 подключен к петле возбуждения 3 и микропроцессорной системе 11, детектор 9 подключен к петле детектора 8 и АЦП 10, микропроцессорная система 11 подключена к АЦП 10 и индикатору 12, петля возбуждения 3 и петля детектора 8 помещены в коаксиальный резонатор 2, запредельная часть 13 является продолжением коаксиального резонатора 2, разделительная вставка 4 находится в коаксиальном резонаторе 2, отделяя коаксиальный резонатор 2 от запредельной части 13, исследуемая проба материала 5 помещена в запредельную часть 13, уплотняющая вставка 6 вставлена в запредельную часть 13 над исследуемой пробой материала 5, уплотняющая пружина 7 прикреплена к уплотняющей вставке 6.
Устройство для измерения влажности работает следующим образом.
Режим самопроверки устройства.
Исследуемая проба материала 5 отсутствует. Микропроцессорная система 11, подавая сигнал на генератор качающейся частоты 1, последовательно изменяет частоту СВЧ-колебаний генератора качающейся частоты 1 в диапазоне частот, определяемых геометрическими размерами коаксиального резонатора 2. СВЧ-энергия от генератора качающейся частоты 1 посредством петли возбуждения 3 возбуждает коаксиальный резонатор 2. Часть энергии из коаксиального резонатора 2, посредством петли детектора 8, поступает на детектор 9, где производится его детектирование. С детектора 9, сигнал поступает на АЦП 10. АЦП 10 передает значение сигнала в микропроцессорную систему 11. За счет такой связи микропроцессорной системы 11, генератора качающейся частоты 1, коаксиального резонатора 2 и детектора 9 осуществляется определение добротности и резонансной частоты коаксиального резонатора 2. Полученные значения добротности и частоты сравниваются со значениями, полученными при калибровке коаксиального резонатора 2, хранимыми в памяти микропроцессорной систему И. Если значения совпадают, микропроцессорная система 11 выдает сигнал на индикатор 12 «устройство готово». При отличии значений добротности и резонансной частоты более чем на 1%, микропроцессорная система 11 выдает сигнал на индикатор 12 «устройство нуждается в ремонте» и дальнейшие измерения не проводятся. Режим измерения влажности.
Исследуемая проба материала 5, в качестве которого может выступать мука, зерно, крупы, сахар и др., помещается в запредельную часть 13 и закрывается уплотняющей вставкой 6 сверху. Уплотняющая пружина 7, действуя с постоянной силой, не зависящей от длины растяжения пружины, передает усилие через тефлоновую уплотняющую вставку 6 и уплотняет исследуемую пробу материала 5. Таким образом рыхлая исследуемая проба материала 5 будет уплотнена. Это позволяет компенсировать изменение плотности исследуемой пробы материала 5 при различной степени его рыхлости. Размеры запредельной части 13 выбраны таким образом, что ее запредельность обеспечивается во всем диапазоне частот генератора качающейся частоты 1 для электрофизических параметров (относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь) всех возможных исследуемых проб материала 5. Электрофизические параметры исследуемой пробы материала 5 изменяют постоянную распространения запредельной части 13, изменяя добротность и резонансную частоту коаксиального резонатора 2. При этом, добротность и резонансная частота коаксиального резонатора 2 и их изменения, относительно добротности и частоты коаксиального резонатора 2 с незаполненной пробой материала 5 запредельной частью 13, определяются электрофизическими параметрами исследуемой пробы материала 5. Кроме того, величина добротности, частоты и их изменения не зависят от степени заполнения запредельной части 13 исследуемой пробой материала 5. Это происходит ввиду того, что увеличение степени заполнения запредельной части 13 увеличивает постоянную распространения запредельной части 13, одновременно, увеличивая и диэлектрические потери в запредельной части 13 и обратно. Описанным выше образом находятся значения добротности, резонансной частоты и их изменения для коаксиального резонатора 2 при заполнении запредельной части 13 исследуемой пробой материала 5. Значения добротности, частоты и их изменения для коаксиального резонатора 2 однозначно связаны со значением влагосодержания в конкретном материале. Градуировочные данные значений влагосодержания с соответствующими им значениями добротности, частоты и их изменения коаксиального резонатора 2, описанной конструкции, хранятся в памяти микропроцессорной системы 11. На основании них, и полученных значений добротности, резонансной частоты и их изменения для коаксиального резонатора 2, микропроцессорная система 11 вычисляет текущее значение влажности выбранного материала 5 и выдает это значение на индикатор 12. Таким образом осуществляется измерение влажности материала.