УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

Изобретение относится к приборам определения электрофизических свойств диэлектрических материалов, жидкостей и газов и может использоваться для измерения влажности сыпучих материалов, таких как мука, зерно, крупы, сахар, цемент и др.
Наиболее близким по совокупности свойств и техническому результату к изобретению, который заявляется, является устройство для измерения влажности (патент Украины № 67312, бюл. № 3, 2012, кл. GO IN 22/04), включающий генератор качающейся частоты, аналого-цифровой преобразователь, детектор, которое отличается тем, что содержит коаксиальный резонатор, запредельную часть, петлю возбуждения, разделительную вставку, исследуемую пробу материала, уплотнительную вставку, уплотнительную пружину, петлю детектора, микропроцессорную систему, индикатор, при этом генератор качающейся частоты подключен к петле возбуждения и микропроцессорной системе, детектор подключен к петле детектора и аналого-цифровому преобразователю, микропроцессорная система подключена к аналого-цифровому преобразователю и индикатору, петля возбуждения и петля детектора помещены в коаксиальный резонатор, запредельная часть является продолжением коаксиального резонатора, разделительная вставка находится в коаксиальном резонаторе, отделяя коаксиальный резонатор 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.
Однако, прототип требует помещения исследуемой пробы материала внутрь запредельной части, что затрудняет процесс измерения.
В основу изобретения поставлена задача разработки устройства для измерения влажности с высокой чувствительностью, способного проводить плотность-независимые измерения влажности диэлектрических материалов, без помещения их внутрь запредельной части.
Поставленная задача достигается, прежде всего, применением коаксиального резонатора с запредельной частью с внешним, по отношению к запредельной части, расположением исследуемой пробы материала и изменением рабочей частоты коаксиального резонатора.
Устройство для измерения влажности, которое заявляется, содержит генератор качающейся частоты, коаксиальный резонатор, запредельную часть, петлю возбуждения, разделительную вставку, исследуемую пробу материала, петлю детектора, детектор, аналого-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 запредельной части, отделяя ее от исследуемой пробы материала, исследуемая проба материала расположена снаружи запредельной части.
Устройство для измерения влажности отличается от прототипа тем, что при его работе проводятся дополнительные операции, а именно, изменение рабочей частоты коаксиального резонатора и усреднение значений изменений добротности и частоты коаксиального резонатора.
На изображении представлена схема устройства для измерения влажности.
Устройство для измерения влажности состоит из генератора качающейся частоты 1, коаксиального резонатора 2, петли возбуждения 3, разделительной вставки 4, исследуемой пробы материала 5, запредельной части 6, петли детектора 7, детектора 8, аналого-цифрового преобразователя 9, микропроцессорной системы 10, индикатора 11, при этом генератор качающейся частоты 1 подключен к петле возбуждения 3 и микропроцессорной системе 10, детектор 8 подключен к петле детектора 7 и АЦП 9, микропроцессорная система 10 подключена к АЦП 9 и индикатору 11, петля возбуждения 3 и петля детектора 7 помещены в коаксиальный резонатор 2, запредельная часть 6 является продолжением коаксиального резонатора 2, разделительная вставка 4 находится в запредельной части 6, отделяя запредельную часть 6 от исследуемой пробы материала 5, исследуемая проба материала 5 расположена снаружи запредельной части 6.
Устройство для измерения влажности работает следующим образом.
Режим самопроверки устройства.
Исследуемая проба материала 5 отсутствует. Размеры запредельной части 6 выбран таким образом, что ее запредельность обеспечивается во всем диапазоне частот генератора качающейся частоты 1. Микропроцессорная система 10, подавая сигнал на генератор качающейся частоты 1,
последовательно меняет частоту СВЧ-колебаний генератора качающейся частоты 1 в диапазоне частот f ± Af, где f - рабочая частота коаксиального резонатора 2 (которая задается как f = (2п - 1) с / (4L), где с - скорость света в вакууме, L - длина резонатора, п - некоторое целое число, фиксированное для режима проверки прибора), Af - изменение частоты (которая задается как Af = 0,2f). СВЧ-энергия от генератора качающейся частоты 1 с помощью петли возбуждения 3 возбуждает коаксиальный резонатор 2. Часть энергии из коаксиального резонатора 2, с помощью петли детектора 7, поступает на детектор 8, где проводится ее детектирования. С детектора 8, сигнал поступает на АЦП 9. АЦП 9 передает значение сигнала в микропроцессорную систему 10. За счет такой связи микропроцессорной системы 10, генератора качающейся частоты 1, коаксиального резонатора 2 и детектора 8 осуществляется определение добротности и резонансной частоты коаксиального резонатора 2. Значение добротности и частоты коаксиального резонатора 2 сравниваются со значениями добротности и частоты, полученные при калибровке коаксиального резонатора 2, хранящихся в памяти микропроцессорной системы 10. Если значения совпадают, микропроцессорная система 10 выдает сигнал на индикатор 11 «устройство готово». При различии значений добротности и резонансной частоты более чем на 1%, микропроцессорная система 10 выдает сигнал на индикатор 11 «прибор нуждается в ремонте» и дальнейшие измерения не проводятся.
Режим измерения влажности.
Исследуемая проба материала 5 прикладывается к разделительной вставке 4, отделяющей исследуемую пробу материала 5 от запредельной части 6. Микропроцессорная система 10 подавая сигнал на генератор качающейся частоты 1, последовательно изменяет частоту СВЧ-колебаний генератора качающейся частоты 1 в диапазоне частот f ± Af, где f - рабочая частота коаксиального резонатора 2 (которая задается как f = (2п - 1) с / (4L), где с - скорость света в вакууме, L - длина резонатора, п - некоторое целое число, фиксированное для текущего измерения), Af - изменение частоты (которая задается как Af = 0,2f). Электрофизические параметры исследуемой пробы материала 5 изменяют входное сопротивление запредельной части 6, которое изменяет 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 отсутствующей исследуемой пробой материала 5, определяются электрофизическими параметрами исследуемой пробы материала 5. Описанным выше образом находятся значения добротности, резонансной частоты и их изменения для коаксиального резонатора 2. Далее, микропроцессорная система 10 подавая сигнал на генератор качающейся частоты 1, последовательно изменяет частоту СВЧ-колебаний генератора качающейся частоты 1 в диапазоне частот f ± Af, где f -рабочая частота коаксиального резонатора 2 (которая задается как f = (2n - 1) с / (4L), где с - скорость света в вакууме, L - длина резонатора, п - некоторое целое число, фиксированное для текущего измерения, на единицу больше чем п в предыдущем цикле измерений), Af - изменение частоты (которая задается как Af = 0,2f). Также находятся значения добротности, резонансной частоты и их изменения для коаксиального резонатора 2 как описано выше. Таким образом, после m циклов измерений, рабочая частота коаксиального резонатора 2 будет определяться как f = (2 (n + m) - 1) с / (4L). Значение т определяется параметрами коаксиального резонатора 2 и условиями измерений. Число наборов значений добротности и частоты и их изменений также будет равняться т. Изменение частоты позволяет проводить анализ диэлектрических свойств исследуемой пробы материала 5 на разных глубинах, с учетом того, что затухание электромагнитной волны с увеличением частоты уменьшается в запредельной части 6. Далее вычисляется среднее арифметическое для m значений изменений добротности коаксиального резонатора 2 и среднее арифметическое для m значений изменений частоты коаксиального резонатора 2. Это позволяет компенсировать возможные изменения плотности исследуемой пробы 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 изменений добротности и частоты для коаксиального резонатора 2, определенной конструкции, сохраняются в памяти микропроцессорной системы 10. На основании их и полученных средних значений изменений добротности, резонансной частоты для коаксиального резонатора 2, микропроцессорная система 10 вычисляет текущее значение влажности исследуемой пробы материала 5 и выдает это значение на индикатор 11. Таким образом осуществляется измерение влажности материала.