CZ304582B6 - Kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů s teplotní kompenzací - Google Patents

Abstract

Základem kapacitního snímače průchodnosti partikulárních materiálů je měřicí kondenzátor (1) se dvěma deskami (17) a (18), mezi kterými je prostor pro průchod měřeného/snímaného materiálu (2). Měřicí kondenzátor (1) je připojen přes první rezistor (3) měřicího obvodu k výstupu oscilátoru (4) s konstantní frekvencí a tvoří s ním měřicí dělič (13), jehož výstup je spojen s usměrňovačem (5) měřicího obvodu. V závislosti na množství procházejícího materiálu (2) měřicím kondenzátorem (1) se mění poměr permitivity vzduchu a materiálu a touto změnou se mění i impedance měřicího kondenzátoru (1) a výstupní napětí měřicího děliče (13), jehož je součástí. Teplotní kompenzační obvod sestává z druhého rezistoru (6) kompenzačního obvodu napojeného na oscilátor (4) s konstantní frekvencí, z kondenzátoru (7) kompenzačního obvodu tvořícího s druhým rezistorem (6) kompenzačního obvodu napěťový dělič (14), na jehož výstup je napojen usměrňovač (8) kompenzačního obvodu. Usměrňovač (5) měřicího obvodu a usměrňovač (8) kompenzačního obvodu vytvářejí napětí o opačné polaritě a jsou napojeny přes třetí rezistor (9), čtvrtý rezistor (10) a nulovací odporový trimr (11) na zesilovač (12). Protože změny teploty mají za následek stejné změny napětí v obou obvodech, ale opačné polarity, je teplotní závislost eliminována a na výstupu (15) napětí je pouze napětí, které je závislé na množství procházejícího měřeného/snímaného materiálu (2) měřicím kondenzátorem (1).

Description

Kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů s teplotní kompenzací

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro bezkontaktní měření průchodnosti partikulárních materiálů, které pracuje na principu měření změny kapacity deskového kondenzátoru pomocí napěťového děliče.

Dosavadní stav techniky

Partikulární látky patří k běžně zpracovávaným materiálům v průmyslu i zemědělství. Při jejich zpracovávání je v mnoha případech užitečné znát jejich okamžitou průchodnost, například pro potřeby regulace strojů, kteiými jsou partikulární látky zpracovávány. Průchodnost partikulárních látek se nejčastěji zjišťuje při jejich dopravě mezi jednotlivými technologickými uzly těchto strojů. Za účelem měření průchodnosti partikulárních látek bylo vyvinuto množství systémů, které jsou založeny na různých principech. Některá tato zařízení jsou kontaktní. Nejčastějším principem kontaktních zařízení je vážení, lze ale také sledovat příkon potřebný k dopravě apod. Nevýhodou kontaktních měření je obecně jejich velká citlivost na vnější rušivé vlivy (především vibrace), které lze často jen obtížně odstranit, zvláště pak u mobilních strojů. Z těchto důvodů byly vyvinuty i metody bezkontaktní, např. přerušování světelného paprsku procházejícím materiálem, radiační čidla, čidla laserová, ultrazvuková, elektrická kapacitní tomografie a další. Námi vynalezený kapacitní snímač průchodnosti je rovněž čidlo bezkontaktní a je pro zjišťování průchodnosti různých druhů partikulárních materiálů dobou a levnou alternativou.

Na rozdíl od jiných technických řešení, například podle ochranného dokumentu JP07218213 A, kde dochází k rozlaďování oscilátoru vlivem změny elektrických vlastností mezi dvěma deskami/elektrodami, nebo dokumentu GB 1270112, kde dochází průchodem měřeného materiálu ke změně dielektrické konstanty a tím ke změně kapacity v oscilačním obvodu, je námi navrhované řešení založeno na principu práce napěťového děliče, který není součástí oscilačního obvodu. Frekvence napájení kondenzátoru je tak v našem případě vždy konstantní.

Jednoduchým zapojením snímače a tepelnou kompenzací bylo dosaženo požadované přesnosti určování průchodnosti. Tím jsou odstraněny některé nedostatky předchozích technických řešení kapacitních snímačů průchodnosti.

Podstata vynálezu

Čidlem průchodnosti partikulárních materiálů je deskový kondenzátor se dvěma elektrodami, mezi nimiž je dostatečný prostor pro průchod partikulárního materiálu. Zařízení umožňuje kontinuální měření průchodnosti partikulárního materiálu na základě změn poměru permitivity vzduchu a materiálu umístěného mezi dvěma deskami kondenzátoru. V závislosti na množství materiálu se mění celková permitivita kondenzátoru i jeho impedance a to tak, že zvětšující se množství materiálu zvětšuje kapacitu kondenzátoru a snižuje jeho impedanci. Na kondenzátoru, který je součástí děliče napětí spolu s prvním rezistorem, se vlivem nárůstu kapacity snižuje napětí generované oscilátorem s konstantní frekvencí, které je dále zpracováno a měřeno. Za tímto účelem je napěťový dělič zapojen na usměrňovač měřicího obvodu a následně přes druhý rezistor a nulovací odporový trimr na zesilovač. Pro zvýšení přesnosti je zařízení doplněno o teplotní kompenzaci. Výstup oscilátoru je za tímto účelem také napojen na napěťový dělič kompenzačního obvodu. Ten je připojen k usměrňovači kompenzačního obvodu a pak rovněž přes sériovou kombinaci třetího rezistoru, nulovacího odporového trimru a čtvrtého rezistoru na zesilovač. Obvod teplotní kompenzace produkuje stejně veliké opačné napětí proti napětí, které ovlivňuje teplota obvodu měření. Sečtením obou napětí je vliv teploty okolí na výsledky měření minimalizován.

- 1 CZ 304582 B6

Přehled obrázku na výkrese

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí obrázku 1, na kterém je blokové schéma zapojení kapacitního snímače průchodnosti partikulárních materiálů s teplotní kompenzací.

Příklady provedení vynálezu

Čidlem zařízení pro kapacitní měření průchodu materiálu je měřicí kondenzátor J_, který sestává ze dvou desek 17 a 18 mezi kterými prochází měřený/snímaný materiál 2. Měřicí kondenzátor 1 je připojen přes první rezistor 3 měřicího obvodu k výstupu oscilátoru 4 s konstantní frekvencí a tvoří s prvním rezistorem 3 měřicího obvodu měřicí dělič 13, jehož výstup je spojen s usměrňovačem 5 měřicího obvodu. V závislosti na výšce vrstvy procházejícího materiálu 2 měřicím kondenzátorem i se mění poměr permitivity vzduchu a materiálu a touto změnou se mění i impedance měřicího kondenzátorů i a výstupní napětí měřicího děliče 13, jehož je součástí. V měřicím děliči 13 se mění poměr impedancí měřicího kondenzátorů 1 a rezistoru 3 a v závislosti na poměru těchto impedancí se mění výstupní napětí měřicího děliče 13. Čím menší je impedance měřicího kondenzátorů 1, tím menší je výstupní napětí měřicího děliče 13. Z důvodu teplotní stabilizace je zařízení doplněno o kompenzační obvod a ten sestává z druhého rezistoru 6 kompenzačního obvodu napojeného na oscilátor 4 s konstantní frekvencí, z nastavitelné impedance 7 kompenzačního obvodu tvořícího s druhým rezistorem 6 kompenzačního obvodu napěťový dělič 14 na jehož výstup je napojen usměrňovač 8 kompenzačního obvodu. Usměrňovač 5 měřicího obvodu a usměrňovač 8 kompenzačního obvodu vytvářejí napětí o značné polaritě a jsou napojeny přes třetí rezistor 9, čtvrtý rezistor JO a nulovací odporový trimr J_1 na zesilovač 12. Protože změny teploty mají za následek stejné změny napětí v obou obvodech, ale opačné polarity, je teplotní závislost eliminována a na výstupu 15 napětí je pouze napětí, které je závislé na množství procházejícího měřeného/snímaného materiálu 2 měřicím kondenzátorem 1.

Průmyslová využitelnost vynálezu

Vynález lze využít ke sledování průchodnosti různých druhů partikulárních materiálů v průmyslu a v zemědělství při jejich dopravě různými typy dopravních cest. Informací o průchodnosti lze využít např. k regulaci chodu technologické linky nebo k regulaci a určování její výkonnosti, ke zjišťování okamžité nebo kumulativní hmotnosti zpracovávaného materiálu, v zemědělství může být dále důležitým zdrojem informací o okamžitém výnosu nebo sklizeném množství za daný časový úsek a následně sloužit i k tvorbě výnosových map.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů steplotní kompenzací, vyznačující se tím, že čidlem průchodnosti je měřicí kondenzátor (1) se dvěma deskami (17, 18) mezi nimiž je prostor pro průchod snímaného materiálu (2), přičemž první deska (17) je připojena přes první rezistor (3) na oscilátor (4) s konstantní frekvencí a zároveň na vstup usměrňovače (5) měřicího obvodu a druhá deska (18) je připojena na zemnicí svorku (16) oscilátoru (4), usměrňovače (5) měřicího obvodu.
2. 2. Kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů s teplotní kompenzací podle nároku 1, vyznačující se tím, že na oscilátor (4) s konstantní frekvencí je připojen přes druhý rezistor (6) jeden vývod kondenzátorů (7) kompenzačního obvodu a zároveň vstup usměrňovače

   -2CZ 304582 B6 (8) kompenzačního obvodu, přičemž druhý vývod kondenzátoru (7) je připojen na zemnicí svorku (16) oscilátoru (4) s konstantní frekvencí usměrňovače (8) kompenzačního obvodu.
3. 3. Kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů s teplotní kompenzací podle nároku 5 1, vyznačující se tím, že výstup z usměrňovače (5) měřicího obvodu a výstup z usměrňovače (8) kompenzačního obvodu, které mají opačnou polaritu, jsou vzájemně propojeny sériovou kombinací třetího rezistoru (9), nulovacího trimru (11) a čtvrtého rezistoru (10), přičemž běžec trimru (11) je spojen se vstupem zesilovače (12).