RU151743U1

RU151743U1 - HUMIDITY MEASUREMENT DEVICE

Info

Publication number: RU151743U1
Application number: RU2014151137/93U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Полетаев; Анатолий Александрович Шадрин
Original assignee: Дмитрий Александрович Полетаев; Анатолий Александрович Шадрин
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-04-10

Abstract

Устройство для измерения влажности, которое включает генератор качающейся частоты, аналого-цифровой преобразователь и детектор, отличающееся тем, что оно содержит коаксиальный резонатор, запредельную часть, петлю возбуждения, разделительную вставку, исследуемую пробу материала, уплотняющую вставку, уплотняющую пружину, петлю детектора, микропроцессорную систему, индикатор, при этом генератор качающейся частоты подключен к петле возбуждения и микропроцессорной системы, детектор подключен к петле детектора и аналого-цифровому преобразователю, микропроцессорная система подключена к аналого-цифровому преобразователю и индикатору, петля возбуждения и петля детектора размещены в коаксиальном резонаторе, запредельная часть является продолжением коаксиального резонатора, разделительная вставка находится в коаксиальном резонаторе, отделяя коаксиальный резонатор от запредельной части, исследуемая проба материала размещена в запредельной части, уплотняющая вставка вставлена в запредельную часть над исследуемой пробой материала, а уплотняющая пружина прикреплена к уплотняющей вставке.A device for measuring humidity, which includes an oscillating frequency generator, an analog-to-digital converter and a detector, characterized in that it contains a coaxial resonator, a transcendental part, an excitation loop, a dividing insert, a test material sample, a sealing insert, a sealing spring, a detector loop, a microprocessor system, indicator, while the oscillating frequency generator is connected to the excitation loop and the microprocessor system, the detector is connected to the detector loop and analog-to-digital conversion The microprocessor system is connected to an analog-to-digital converter and indicator, the excitation loop and the detector loop are located in the coaxial resonator, the transcendental part is a continuation of the coaxial resonator, the separation insert is located in the coaxial resonator, separating the coaxial resonator from the transcendental part, the studied sample of material is placed in parts, the sealing insert is inserted into the beyond beyond the material sample under study, and the sealing spring is attached to lotnyayuschey insert.

Description

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.The invention relates to devices for determining the electrophysical properties of dielectric materials and can be used to measure the moisture content of bulk materials, such as flour, grain, cereals, sugar, etc.

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.The closest in combination of properties and technical result to the invention, which is claimed, is a microwave moisture meter (Ukrainian patent No. 38067, bull. No. 4,2001, class G01N 22/04), which contains a microwave generator, connected in series to the first valve , the first three-input circulator, a circuit breaker, the second valve, the second three-input circulator and the transmit-receive antenna, a series-connected attenuator, a waveguide tri, are connected to the free arm of the first three-input circulator nickname and detector section, the second input of the waveguide tee is connected to the free arm of the second three-input circulator, the differential amplifier and a stabilized source of constant voltage are connected to one of the inputs of the differential amplifier, and a phase-sensitive rectifier, which differs in that it includes an RF generator, a frequency divider and an amplitude modulator that is connected between the output of the microwave generator and the input of the first valve, the second input of the amplitude modulator is connected with the output of the radio frequency generator and the input of the frequency divider, the output of which is connected to the second input of the circuit breaker and the second input of the phase-sensitive rectifier, the output of which is connected to the second input of the differential amplifier, a controlled resonant amplifier, an amplitude detector, a high-pass filter and an alternating voltage amplifier are connected in series, the output which is connected to the input of the phase-sensitive rectifier, an integrator connected between the output of the differential amplifier and second the input of a controlled resonant amplifier, the first input of which is connected to the output of the detector section, and a low-pass filter and an analog-to-digital converter are connected in series, while the input of the low-pass filter is connected to the output of the amplitude detector, and the output of the analog-to-digital converter is the output of a microwave moisture meter .

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.However, the prototype requires special preparation of the material for measurements and does not allow density-independent measurements of the moisture content of bulk material, and also has a low sensitivity for measuring moisture.

В основу изобретения поставлена задача разработки устройства для измерения влажности, способного проводить плотностно-независимые измерения влажности сыпучих материалов, обладающего высокой чувствительностью измерения влажности материала.The basis of the invention is the task of developing a device for measuring moisture, capable of conducting density-independent measurements of the moisture content of bulk materials, with high sensitivity for measuring the moisture content of the material.

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.The task is achieved, first of all, by using a coaxial resonator with a transcendental part, an excitation loop, a dividing insert, a test material sample, a sealing insert, a sealing spring, a detector loop, a microprocessor system, and an indicator.

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.The moisture measuring device, which is claimed, comprises a sweep frequency generator, a coaxial resonator, an out-of-band part, an excitation loop, a dividing insert, a test sample of a material, a sealing insert, a sealing spring, a detector loop, a detector, an analog-to-digital converter (ADC), a microprocessor system , indicator, while the oscillating frequency generator is connected to the excitation loop and the microprocessor system, the detector is connected to the detector loop and the ADC, the microprocessor system is connected to the ADC and the indicator, the excitation loop and the detector loop are placed in the coaxial resonator, the transverse part is a continuation of the coaxial resonator, the separation insert is located in the coaxial resonator, separating it from the transcendental part, the test material sample is placed in the transcendental part, the sealing insert is inserted into the transcendental part above the studied sample of material, the sealing spring is attached to the sealing insert.

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.The moisture measuring device differs from the prototype in that it includes additional elements: oscillating frequency generator, coaxial resonator, transcendental part, excitation loop, dividing insert, material sample under study, sealing insert, sealing spring, detector loop, microprocessor system, indicator. The image shows a diagram of a device for measuring humidity.

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.The device for measuring humidity consists of a oscillating frequency generator 1, a coaxial resonator 2, a transverse part 13, an excitation loop 3, a dividing insert 4, a test sample of material 5, a sealing insert 6, a sealing spring 7, a detector loop 8, a detector 9, and an analog-digital the converter 10, the microprocessor system 11, the indicator 12, while the oscillating frequency generator 1 is connected to the excitation loop 3 and the microprocessor system 11, the detector 9 is connected to the loop of the detector 8 and the ADC 10, the microprocessor system 11 under It is connected to the ADC 10 and indicator 12, the excitation loop 3 and the detector loop 8 are placed in the coaxial resonator 2, the transcendental part 13 is a continuation of the coaxial resonator 2, the separation insert 4 is located in the coaxial resonator 2, separating the coaxial resonator 2 from the transcendental part 13, the test sample material 5 is placed in the beyond part 13, the sealing insert 6 is inserted into the beyond part 13 above the sample of material 5 being studied, the sealing spring 7 is attached to the sealing insert 6.

Устройство для измерения влажности работает следующим образом.A device for measuring humidity operates as follows.

Режим самопроверки устройства.Device self-test mode.

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.The investigated sample of material 5 is absent. The microprocessor system 11, by supplying a signal to the oscillating frequency generator 1, sequentially changes the frequency of the microwave oscillations of the oscillating frequency generator 1 in the frequency range determined by the geometric dimensions of the coaxial resonator 2. The microwave energy from the oscillating frequency generator 1 excites the coaxial resonator 2 through the excitation loop 3. Part of the energy from the coaxial resonator 2, through the loop of the detector 8, is supplied to the detector 9, where it is detected. From detector 9, the signal is fed to ADC 10. ADC 10 transmits the signal value to microprocessor system 11. Due to this connection of microprocessor system 11, oscillating frequency generator 1, coaxial resonator 2 and detector 9, the quality factor and resonant frequency of coaxial resonator 2 are determined. the quality factors and frequencies are compared with the values obtained during calibration of the coaxial resonator 2, stored in the memory of the microprocessor system I. If the values match, the microprocessor system 11 gives a signal to the indicator 12 "device is ready." If the values of the Q factor and the resonant frequency differ by more than 1%, the microprocessor system 11 gives a signal to the indicator 12 "the device needs repair" and further measurements are not carried out. Humidity measurement mode.

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.The studied sample of material 5, which can be flour, grain, cereals, sugar, etc., is placed in the beyond part 13 and is closed by a sealing insert 6 on top. The sealing spring 7, acting with a constant force independent of the extension length of the spring, transmits the force through the Teflon sealing insert 6 and seals the test sample of material 5. Thus, the loose test sample of material 5 will be sealed. This allows you to compensate for the change in the density of the studied sample of material 5 with a different degree of its friability. The dimensions of the transcendental part 13 are selected in such a way that its transcendence is ensured in the entire frequency range of the oscillating frequency generator 1 for the electrophysical parameters (relative permittivity and dielectric loss tangent) of all possible samples of material 5. The electrophysical parameters of the material sample 5 change the propagation constant of the transcendental part 13, changing the quality factor and resonant frequency of the coaxial resonator 2. Moreover, the quality factor and resonant often of the coaxial resonator 2 and their changes, relative to the quality factor and frequency of the coaxial resonator 2 with an unfilled sample of material 5, the limiting part 13, are determined by the electrophysical parameters of the studied sample of material 5. In addition, the quality factor, frequencies and their changes do not depend on the degree of filling of the limiting part 13 studied sample of material 5. This is due to the fact that an increase in the degree of filling of the transcendental part 13 increases the propagation constant of the transcendental part 13, at the same time, increasing and dielectric losses in the transcendental part 13 and vice versa. In the manner described above, the values of the Q factor, resonant frequency and their changes for the coaxial resonator 2 when filling the transcendental part 13 with the studied sample of material 5 are found. The values of the Q factor, frequency and their changes for the coaxial resonator 2 are uniquely related to the moisture content in a particular material. Calibration data of the moisture content values with the corresponding quality factors, frequencies and their changes in the coaxial resonator 2, described design, are stored in the memory of the microprocessor system 11. Based on them, and the obtained values of the quality factor, resonant frequency and their changes for the coaxial resonator 2, microprocessor system 11 calculates the current moisture value of the selected material 5 and gives this value to the indicator 12. Thus, the moisture content of the material is measured.

Claims

A device for measuring humidity, which includes an oscillating frequency generator, an analog-to-digital converter and a detector, characterized in that it contains a coaxial resonator, a transcendental part, an excitation loop, a dividing insert, a test material sample, a sealing insert, a sealing spring, a detector loop, a microprocessor system, indicator, while the oscillating frequency generator is connected to the excitation loop and the microprocessor system, the detector is connected to the detector loop and analog-to-digital conversion The microprocessor system is connected to an analog-to-digital converter and indicator, the excitation loop and the detector loop are located in the coaxial resonator, the transcendental part is a continuation of the coaxial resonator, the separation insert is located in the coaxial resonator, separating the coaxial resonator from the transcendental part, the studied sample of material is placed in parts, the sealing insert is inserted into the beyond beyond the material sample under study, and the sealing spring is attached to lotnyayuschey insert.