RU2046333C1

RU2046333C1 - Moisture gage

Info

Publication number: RU2046333C1
Application number: RU93055079A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Соколов; В.С. Федоренко; С.А. Внуков
Original assignee: Соколов Евгений Александрович
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has capacitance transducer being made of profiled or flat electrode-plates mounted at an angle to each other. The pattern of lines of force of electric field in the capacitor formed by electrode-plates changes essentially. The lines of force are distributed in more homogeneous manner all over the whole surface of the electrode-plates, increasing the influence of humidity of the product under study on the dielectric permeability of the capacitance transducer, that results in increased sensitivity and extends the dynamic range of measurements. The electrode-plate shape and their relative angular position can vary. EFFECT: enhanced sensitivity and accuracy of the gage. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения влажности, основанным на использовании емкостных датчиков, и может применяться в различных отраслях промышленности, особенно при определении влажности транспортируемых сыпучих материалов. The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring humidity, based on the use of capacitive sensors, and can be used in various industries, especially when determining the moisture content of bulk materials transported.

Известно устройство для измерения влажности, содержащее емкостные датчики, выполненные в виде коаксиально расположенных цилиндрических электродов, соединенных с блоком обработки сигнала, выход которого подключен к индикатору [1]
Данное устройство обладает относительно высокой точностью и простотой конструкции. Однако его практически невозможно применять для определения влажности движущихся потоков сыпучих и трудносыпучих материалов, что обусловлено забивкой межэлектродного пространства контролируемым материалом.A device for measuring moisture containing capacitive sensors made in the form of coaxially arranged cylindrical electrodes connected to a signal processing unit, the output of which is connected to an indicator [1]
This device has a relatively high accuracy and simplicity of design. However, it is practically impossible to use to determine the moisture content of moving flows of bulk and hard-flowing materials, which is due to the clogging of the interelectrode space with the controlled material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является влагомер, содержащий емкостный датчик, выполненный в виде по крайней мере двух плоских пластин-электродов, размещенных на диэлектрическом основании, располагаемом вдоль потока исследуемого материала [2]
В известном устройстве пластины-электроды расположены на плоском диэлектрическом основании, что позволяет легко встраивать его в технологические линии с движущимся потоком сыпучих материалов, исключая забивку межэлектродного пространства.The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a hygrometer containing a capacitive sensor made in the form of at least two flat plate-electrodes placed on a dielectric base located along the flow of the investigated material [2]
In the known device, the plate-electrodes are located on a flat dielectric base, which makes it easy to integrate it into production lines with a moving flow of bulk materials, excluding clogging of the interelectrode space.

Однако из-за расположения пластин-электродов, образующих конденсатор, в одной плоскости, параллельной потоку исследуемого продукта, известный влагомер обладает низкой чувствительностью и малым динамическим диапазоном измерения, что объясняется особенностями распределения электрического поля в емкостном датчике такой конструкции. However, due to the location of the plate-electrodes forming the capacitor in one plane parallel to the flow of the test product, the known hygrometer has a low sensitivity and a small dynamic measurement range, which is explained by the peculiarities of the distribution of the electric field in a capacitive sensor of this design.

Силовые линии электрического поля между двумя пластинами-электродами, размещенными в одной плоскости, расположены неравномерно и сконцентрированы, практически, в областях между ближайшими краями пластин, тем более, в весьма тонком слое, что приводит к нерациональному использованию площади пластин-электродов датчика. По этой причине влияние изменения влажности и, следовательно, изменения диэлектрической проницаемости исследуемого материала на величину емкости датчика ощутимо только в областях густого расположения силовых линий электрического поля, т.е. в области между краями соседних пластин. The lines of force of the electric field between two electrode plates located in the same plane are uneven and concentrated, practically, in the areas between the nearest edges of the plates, especially in a very thin layer, which leads to irrational use of the area of the sensor electrode plates. For this reason, the influence of changes in humidity and, consequently, changes in the dielectric constant of the investigated material on the value of the sensor capacitance is noticeable only in areas of a dense arrangement of electric field lines, i.e. in the area between the edges of adjacent plates.

Цель изобретения повышение чувствительности и расширение динамического диапазона измеряемого параметра. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and expansion of the dynamic range of the measured parameter.

Цель достигается тем, что во влагомере, содержащем емкостный датчик, выполненный в виде по крайней мере двух пластин-электродов, размещенных на диэлектрическом основании, располагаемом вдоль потока исследуемого материала, пластины-электроды выполнены профилированными. The goal is achieved in that in a moisture meter containing a capacitive sensor, made in the form of at least two plate-electrodes placed on a dielectric base located along the flow of the test material, the plate-electrodes are made profiled.

Аналогичный результат достигается также тем, что во влагомере, содержащем емкостный датчик, выполненный в виде по крайней мере двух плоских пластин-электродов, размещенных на диэлектрическом основании, располагаемом вдоль потока исследуемого материала, пластины-электроды установлены под углом друг к другу. A similar result is also achieved by the fact that in a hygrometer containing a capacitive sensor, made in the form of at least two flat plate-electrodes placed on a dielectric base located along the flow of the test material, the plate-electrodes are installed at an angle to each other.

Отличительная особенность изобретения состоит в профилировании пластин-электродов или расположении их под углом друг к другу при использовании плоских пластин-электродов, что существенно меняет характер распределения силовых линий электрического поля, которые в известных решениях практически сконцентрированы по боковой поверхности пластин-электродов. A distinctive feature of the invention is the profiling of the electrode plates or their arrangement at an angle to each other when using flat electrode plates, which significantly changes the distribution pattern of electric field lines, which in known solutions are practically concentrated along the lateral surface of the electrode plates.

В описываемых устройствах силовые линии электрического поля распределены практически по всей поверхности пластин-электродов, т.е. в большей степени "выдвинуты" в сторону потока исследуемого материала. In the described devices, electric field lines are distributed over almost the entire surface of the electrode plates, i.e. to a greater extent "advanced" towards the flow of the investigated material.

В этом случае увеличивается влияние изменения влажности исследуемого продукта на величину емкости конденсатора, образованного пластинами-электродами, так как силовые линии пересекаются значительно большим количеством исследуемого материала. В результате повышается чувствительность и расширяется динамический диапазон измеряемой влажности. In this case, the influence of changes in the moisture content of the test product on the value of the capacitance of the capacitor formed by the electrode plates increases, since the lines of force intersect with a much larger amount of the test material. As a result, the sensitivity increases and the dynamic range of the measured humidity expands.

Пластины-электроды имеют самый различный профиль, например в виде лучей, дуг, двух полудуг, выпуклый, вогнутый, симметричный, асимметричный и т.п. а также любой другой профиль, исключающий плоскопараллельное размещение пластин. Electrode plates have a wide variety of profiles, for example, in the form of rays, arcs, two half arcs, convex, concave, symmetric, asymmetric, etc. as well as any other profile, excluding plane-parallel placement of the plates.

При установке плоских пластин-электродов под углом друг к другу последние могут располагаться как симметрично, так и асимметрично относительно потока контролируемого материала. When installing flat electrode plates at an angle to each other, the latter can be located both symmetrically and asymmetrically with respect to the flow of the controlled material.

Пластины-электроды целесообразно покрывать слоем изолирующего материала, что повышает точность измерения за счет исключения влияния влаги, содержащейся на поверхности исследуемого продукта. It is advisable to cover the electrode plates with a layer of insulating material, which increases the measurement accuracy by eliminating the influence of moisture contained on the surface of the test product.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображено распределение силовых линий электрического поля на плоских пластинах-электродах, установленный под углом друг к другу; на фиг. 3 показаны различные профили пластин-электродов. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device; in FIG. 2 shows the distribution of electric field lines on flat electrode plates mounted at an angle to each other; in FIG. 3 shows various profiles of electrode plates.

Влагомер содержит емкостный датчик 1 с пластинами-электродами 2, число которых составляет два и более. Пластины-электроды могут быть профилированы различным образом (см. фиг. 3), а также расположены под углом друг к другу. The moisture meter contains a capacitive sensor 1 with plates-electrodes 2, the number of which is two or more. The electrode plates can be profiled in various ways (see Fig. 3), and are also located at an angle to each other.

Конкретный профиль пластин-электродов и угол их взаимного расположения элементарно выбираются в зависимости от исследуемого продукта при условии минимального забивания межэлектродного пространства. The specific profile of the plate-electrodes and the angle of their mutual arrangement are elementarily selected depending on the product under study, subject to minimal clogging of the interelectrode space.

Пластины-электроды можно встроить в технологическую линию любым известным образом, обеспечивая образование конденсатора емкостного датчика, в частности расположить на диэлектрическом основании 3. Пластины-электроды 2 подключены к входу блока 4 обработки сигнала, выход которого соединен с индикатором 5. The plate-electrodes can be integrated into the production line in any known manner, providing the formation of a capacitor of a capacitive sensor, in particular placed on a dielectric base 3. The plate-electrodes 2 are connected to the input of the signal processing unit 4, the output of which is connected to the indicator 5.

Влагомер функционирует следующим образом. The moisture meter operates as follows.

Исследуемый продукт движется вдоль пластин-электродов 2. В зависимости от влажности и, следовательно, от величины диэлектрической постоянной контролируемого материала изменяется емкость датчика 1. За счет профилирования пластин-электродов 2 или расположения пластин-электродов под углом друг к другу силовые линии электрического поля в большей степени пересекаются исследуемым продуктом, что приводит к повышению чувствительности и расширению динамического диапазона измерения. Датчик 1 любым известным образом включен в электрическую схему блока 4 обработки сигнала. С выхода блока 4 выходной сигнал в аналоговом или цифровом виде поступает на индикатор 5. The product under investigation moves along the electrode plates 2. Depending on the humidity and, therefore, the dielectric constant of the material being monitored, the capacitance of the sensor 1 changes. Due to the profiling of the electrode plates 2 or the arrangement of the electrode plates at an angle to each other, electric field lines in to a greater extent intersect the investigated product, which leads to increased sensitivity and expansion of the dynamic range of measurement. The sensor 1 in any known manner is included in the electrical circuit of the signal processing unit 4. From the output of block 4, the output signal in analog or digital form is fed to indicator 5.

Claims

1. A hygrometer containing a capacitive sensor, made in the form of at least two plate-electrodes placed on a dielectric base located along the flow of the test material, characterized in that the plate-electrodes are made profiled.

2. A moisture meter containing a capacitive sensor, made in the form of at least two flat plate-electrodes placed on a dielectric base located along the flow of the test material, characterized in that the plate-electrodes are installed at an angle to each other.

3. A hygrometer according to claim 1, characterized in that at least a portion of the electrode plates has a profile formed by an arc.

4. The hydrometer according to paragraphs. 1 and / or 3, characterized in that at least a portion of the electrode plates has a profile formed by two arcs.

5. The hydrometer according to paragraphs. 1, and / or 3, and / or 4, characterized in that at least a portion of the electrode plates has a profile formed by two beams emerging from one point.

6. The moisture meter according to paragraphs. 1, and / or 3, and / or 4, and / or 5, characterized in that at least a portion of the electrode plates has a symmetric or asymmetric profile.

7. The hygrometer according to claim 2, characterized in that the plate-electrodes are located symmetrically or asymmetrically with respect to the flow of the test material.

8. The hydrometer according to paragraphs. 1, and / or 2, and / or 3, and / or 4, and / or 5, and / or 6, and / or 7, characterized in that the electrode plates are coated with a layer of insulating material.