RU2399039C1 - Moisture measurement device - Google Patents
Moisture measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399039C1 RU2399039C1 RU2009128268/28A RU2009128268A RU2399039C1 RU 2399039 C1 RU2399039 C1 RU 2399039C1 RU 2009128268/28 A RU2009128268/28 A RU 2009128268/28A RU 2009128268 A RU2009128268 A RU 2009128268A RU 2399039 C1 RU2399039 C1 RU 2399039C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- measuring
- processing unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения влажности различных сыпучих материалов, в том числе влажности почвы.The invention relates to measuring equipment, and in particular to devices for measuring the moisture content of various bulk materials, including soil moisture.
Известно устройство для измерения влажности, содержащее емкостный датчик, включенный в измерительный двухполюсник генератора, частота которого изменяется обратно пропорционально влажности материала [А.С. СССР №529407, кл. G01N 27/22. Автоматический электронный влагомер / В.С.Ройфе. Опубл. 25.09.1976].A device for measuring humidity, comprising a capacitive sensor included in the measuring bipolar generator, the frequency of which varies inversely with the humidity of the material [A.S. USSR No. 529407, cl. G01N 27/22. Automatic electronic moisture meter / V.S. Roife. Publ. 09/25/1976].
Недостатком этого влагомера является зависимость результатов измерений от электрической проводимости контролируемого материала, которая шунтирует емкость датчика, что приводит к увеличению погрешности измерений, а иногда и к срыву колебаний генератора.The disadvantage of this hygrometer is the dependence of the measurement results on the electrical conductivity of the controlled material, which shunts the capacitance of the sensor, which leads to an increase in measurement error, and sometimes to failure of oscillations of the generator.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является влагомер, содержащий измерительный двухполюсник с емкостным датчиком, управляемый высокочастотный генератор, фазовый компаратор и блок индикации результатов на основе частотомера измерений [А.С. СССР №1774244, кл. G01N 27/22. Влагомер / B.C.Ройфе, В.И.Шкутов, Л.М.Португальский, П.А.Максимцов. Опубл. 07.11.1992].The closest in technical essence to the proposed device is a hygrometer containing a measuring two-terminal device with a capacitive sensor, a controlled high-frequency generator, a phase comparator and a display of results based on the measurement frequency counter [A.S. USSR No. 1774244, cl. G01N 27/22. Moisture meter / B.C. Roife, V.I. Shkutov, L.M.Portugalsky, P.A. Maksimtsov. Publ. 11/7/1992].
Введение фазовой автоподстройки частоты в управляемом генераторе позволяет уменьшить зависимость точности измерений от электрической проводимости контролируемого материала, но на результат измерений влияет погрешность от нечувствительности системы автоподстройки частоты вблизи нулевого фазового сдвига контролируемых сигналов. Увеличение проводимости материала приводит к изменению резонансной частоты измерительного двухполюсника и уменьшению амплитуды выходного сигнала, что увеличивает фазовую погрешность автоподстройки частоты генератора и, как следствие, повышает погрешность измерения влажности.The introduction of phase-locked loop in a controlled oscillator can reduce the dependence of measurement accuracy on the electrical conductivity of the material being monitored, but the measurement result is affected by the error from the insensitivity of the frequency-locked loop system near the zero phase shift of the monitored signals. An increase in the conductivity of the material leads to a change in the resonant frequency of the measuring two-terminal network and a decrease in the amplitude of the output signal, which increases the phase error of the self-tuning of the generator frequency and, as a result, increases the error in measuring moisture.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерений и расширение диапазона контроля влажности сыпучих материалов.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to increase the accuracy of measurements and expand the range of control of moisture content of bulk materials.
Для достижения такого технического результата в устройство измерения влажности, содержащее емкостный датчик, подключенный к измерительному двухполюснику на LC-контуре, высокочастотный управляемый генератор импульсов, фазовый компаратор и блок индикации, дополнительно введены амплитудный детектор, два формирователя импульсов, генератор тактовых импульсов, дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь напряжения в ток и блок обработки данных. При этом первый выход высокочастотного управляемого генератора импульсов через преобразователь напряжения в ток подключен к входу измерительного двухполюсника на LC-контуре, выход которого через амплитудный детектор соединен с первым входом дифференциального усилителя и через первый формирователь импульсов подключен к первому входу фазового компаратора на элементе «Исключающее ИЛИ», второй вход которого подключен к первому входу блока обработки данных и через второй формирователь импульсов соединен со вторым выходом высокочастотного управляемого генератора импульсов. Выход фазового компаратора на элементе «Исключающее ИЛИ» соединен со вторым входом блока обработки данных, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и к счетному входу реверсивного счетчика, входы «Разрешение счета» и «Направление счета» которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока обработки данных, третий выход которого подключен к блоку индикации. Кроме того, четвертый вход блока обработки данных соединен с управляющим входом преобразователя напряжения в ток и с выходом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения и одним входом цифроаналогового преобразователя, другой вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом высокочастотного управляемого генератора импульсов.To achieve such a technical result, a humidity sensor, comprising a capacitive sensor connected to a measuring two-terminal device on the LC circuit, a high-frequency controlled pulse generator, a phase comparator and an indication unit, additionally includes an amplitude detector, two pulse shapers, a clock pulse generator, a differential amplifier, reference voltage source, reversible counter, digital-to-analog converter, voltage-to-current converter, and data processing unit. In this case, the first output of a high-frequency controlled pulse generator through a voltage to current converter is connected to the input of the measuring two-terminal on the LC circuit, the output of which is connected through an amplitude detector to the first input of the differential amplifier and connected to the first input of the phase comparator on the “Exclusive OR” element through the first pulse shaper ", The second input of which is connected to the first input of the data processing unit and through the second pulse shaper is connected to the second output of the high-frequency th controlled pulse generator. The output of the phase comparator on the “Exclusive OR” element is connected to the second input of the data processing unit, the third input of which is connected to the output of the clock pulse generator and to the counting input of the reverse counter, the inputs of “Resolution of the account” and “Counting direction” of which are connected respectively to the first and second the outputs of the data processing unit, the third output of which is connected to the display unit. In addition, the fourth input of the data processing unit is connected to the control input of the voltage-to-current converter and to the output of the differential amplifier, the second input of which is connected to a reference voltage source and one input of the digital-to-analog converter, the other input of which is connected to the output of the reversible counter, and the output of the digital-to-analog converter is connected with the input of a high-frequency controlled pulse generator.
Благодаря новой совокупности существенных признаков за счет применения двухфазного высокочастотного управляемого генератора импульсов и использования фазового компаратора на элементе «Исключающее ИЛИ» исключается зона нечувствительности устройства вблизи нулевого фазового сдвига. Этим достигается существенное повышение точности измерения влажности контролируемых материалов и расширение диапазона контроля.Thanks to a new set of essential features, due to the use of a two-phase high-frequency controlled pulse generator and the use of a phase comparator on the “Exclusive OR” element, the deadband of the device near the zero phase shift is eliminated. This achieves a significant increase in the accuracy of measuring the moisture content of controlled materials and the expansion of the control range.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The analysis of the prior art made it possible to establish that analogues that are characterized by a combination of features identical to all the features of the claimed technical solution are absent, which indicates the compliance of the claimed device with the patentability condition of "novelty". Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed device from the prototype have shown that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the impact provided by the essential features of the claimed invention, the transformations on the achievement of the specified technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для измерения влажности, а на фиг.2 показана структура построения высокочастотного управляемого генератора импульсов.Figure 1 shows a structural diagram of the proposed device for measuring humidity, and figure 2 shows the structure of the high-frequency controlled pulse generator.
В состав устройства входит высокочастотный управляемый генератор импульсов 1, на двух выходах которого формируются прямоугольные импульсы, сдвинутые на фазовый угол 90° относительно друг друга. Импульсы с первого выхода высокочастотного управляемого генератора 1 через преобразователь напряжения в ток 2 поступают на измерительный двухполюсник 3, содержащий LC-контур с конденсатором переменной емкости, параллельно которому подключен емкостный датчик 4. Сигнал с выхода измерительного двухполюсника 3 преобразуется первым формирователем 5 в прямоугольные импульсы, которые сравниваются фазовым компаратором 6 на элементе «Исключающее ИЛИ» с фазой опорных импульсов, поступающих со второго выхода высокочастотного управляемого генератора 1 через второй формирователь 7. Импульсы с выхода фазового компаратора 6 и формирователя 7 поступают на первый и второй входы блока обработки данных 8, который управляет работой реверсивного счетчика 9, счетный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов 10 и соединен с третьим входом блока обработки данных 8. К выходу реверсивного счетчика 9 подключен кодовый вход цифроаналогового преобразователя 11, выходное напряжение которого используется для управления частотой генератора импульсов 1. Амплитуда выходного сигнала измерительного двухполюсника 3 преобразуется в постоянное напряжение амплитудным детектором 12 и сравнивается дифференциальным усилителем 13 с пороговым напряжением, которое формируется источником опорного напряжения 14 и подается также на опорный вход цифроаналогового преобразователя 11. Выходное напряжение дифференциального усилителя 13 используется для регулировки амплитуды импульсов тока на выходе преобразователя напряжения в ток 2 и подается на четвертый вход блока обработки данных 8, информация с третьего выхода которого выводится на блок индикации 15.The device includes a high-frequency controlled
Для получения прямоугольных импульсов разной частоты на двух выходах управляемого генератора 1, сдвинутых на фазовый угол 90° относительно друг друга, в составе управляемого генератора применены преобразователь напряжения в частоту 16, выход которого соединен с первыми входами логического инвертора 17 и логического повторителя 18, собранных на элементах типа «Исключающее ИЛИ», при этом вторые входы инвертора 17 и повторителя 18 соединены с источником питания +5 В и заземлением соответственно, и два D-триггера 19 и 20, работающие в счетном режиме, входы которых подключены к выходам инвертора 17 и повторителя 18 соответственно (фиг.2).To obtain rectangular pulses of different frequencies at the two outputs of the controlled
Устройство для измерения влажности работает следующим образом.A device for measuring humidity operates as follows.
Высокочастотный управляемый генератор импульсов 1 вырабатывает две последовательности прямоугольных импульсов с регулируемой частотой следования, сдвинутых между собой по фазе на угол 90°. Импульсы с первого выхода управляемого генератора 1 через преобразователь напряжения в ток 2, имеющий большое выходное сопротивление, поступают на LC-контур измерительного двухполюсника 3, к которому подключен емкостный датчик 4. Благодаря избирательным свойствам LC-контура на выходе измерительного двухполюсника 3 формируется гармонический сигнал U3 с частотой, равной частоте следования импульсов управляемого генератора 1. Этот гармонический сигнал преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов первым формирователем импульсов 5, которые поступают на первый вход фазового компаратора 6, выполняющего функции измерения фазовых сдвигов импульсных последовательностей. Со второго выхода управляемого генератора 1 сдвинутые по фазе на 90° импульсы поступают через второй формирователь импульсов 7 на второй вход фазового компаратора 6 и проходят на первый вход блока обработки данных 8, на второй вход которого поступает сигнал с выхода фазового компаратора 6.A high-frequency controlled
Перед началом цикла измерения емкостный датчик 4 размещается в сыпучем материале с эталонным значением влажности (диэлектрической проницаемости). Затем регулировкой переменного конденсатора, применяемого в составе измерительного двухполюсника 3, устанавливают частоту резонанса LC-контура примерно равной средней частоте рабочего диапазона контроля влажности fP≈fCP. Этим обеспечиваются высокая фазовая чувствительность и линейность фазочастотной характеристики преобразования при контроле влажности материала. Блок обработки данных 8 вычисляет начальную разность фаз между импульсами, поступающими с выхода второго формирователя 7, и выходным сигналом U3 измерительного двухполюсника 3, который преобразуется в импульсы первым формирователем 5.Before the start of the measurement cycle, the capacitive sensor 4 is placed in bulk material with a reference value of humidity (permittivity). Then, by adjusting the variable capacitor used in the measuring two-terminal device 3, the resonance frequency of the LC circuit is set approximately equal to the average frequency of the operating humidity control range f P ≈ f CP . This ensures high phase sensitivity and linearity of the phase-frequency conversion characteristics when controlling the moisture content of the material. The data processing unit 8 calculates the initial phase difference between the pulses from the output of the
При изменении влажности контролируемого материала изменяется эквивалентная емкость датчика 4, пропорционально которой уменьшается или увеличивается резонансная частота fP LC-контура измерительного двухполюсника 3. Поэтому появляется фазовый сдвиг Δφ между возбуждающими импульсами управляемого генератора 1 и выходным сигналом измерительного двухполюсника 3. Если частота возбуждающих импульсов fB будет меньше резонансной частоты LC-контура (fB<fP), то угол фазового сдвига будет положительным (Δφ>0), а на высокой частоте (fB>fP) этот фазовый угол становится отрицательным (Δφ<0).When the humidity of the controlled material changes, the equivalent capacitance of the sensor 4 changes, proportionally to which the resonant frequency f P of the LC circuit of the measuring two-terminal 3 decreases or increases. Therefore, a phase shift Δφ appears between the exciting pulses of the controlled
В зависимости от знака фазового сдвига ±Δφ блок обработки данных 8 подает с первого выхода сигнал высокого или низкого уровня на управляющий вход «Направление счета» (±1) реверсивного счетчика импульсов 9, а со второго выхода - команду на его Р-вход «Разрешение счета». При этом реверсивный счетчик 9 начинает работать в режиме суммирования или вычитания импульсов тактовой частоты fT>>fB, поступающих от генератора тактовых импульсов 10. Изменением кода на выходе реверсивного счетчика 9 регулируется выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 11, которым подстраивается частота fB управляемого высокочастотного генератора 1.Depending on the sign of the phase shift ± Δφ, the data processing unit 8 supplies a high or low level signal from the first output to the control input "Counting direction" (± 1) of the reverse pulse counter 9, and from the second output, a command to its P-input "Resolution accounts. " In this case, the reversible counter 9 starts to work in the mode of summing or subtracting clock pulses f T >> f B coming from the clock generator 10. By changing the code at the output of the reversing counter 9, the output voltage of the digital-to-analog converter 11, which adjusts the frequency f B of the controlled high-
Скорость подстройки частоты fB управляемого генератора изменяется в зависимости от разности фаз между выходными импульсами управляемого генератора 1 и выходного сигнала измерительного двухполюсника 3. При большой разности фаз (Δφ>5°) блок обработки данных 8 подает непрерывную команду на Р-вход «Разрешение счета» реверсивного счетчика 9, который суммирует или вычитает все импульсы тактовой частоты fT. При малой разности фаз (Δφ<5°) между импульсами управляемого генератора 1 и выходным сигналом измерительного двухполюсника 3 блок управления уменьшает время подачи команд на Р-вход реверсивного счетчика 9, который при этом срабатывает только при появлении каждого десятого импульса тактовой частоты fT, чем обеспечивается точная подстройка частоты резонанса LC-контура fP измерительного двухполюсника 3. Наступление резонанса определяется по нулевому значению фазового сдвига Δφ≈0, после чего от блока обработки данных 8 на Р-вход реверсивного счетчика 9 подается команда «Запрет счета». Затем блок обработки данных 8 измеряет резонансную частоту fP и вычисляет значение влажности по заданному алгоритму.The frequency adjustment speed f B of the controlled oscillator varies depending on the phase difference between the output pulses of the controlled
При работе данного устройства (фиг.1) выполняется автоматическая регулировка амплитуды импульсов возбуждающего тока IB, поступающих от преобразователя напряжения в ток 2, и происходит следующим образом.When this device is operating (Fig. 1), the amplitude of the exciting current pulses I B automatically received from the voltage to
Амплитудным детектором 12 и дифференциальным усилителем 13 выделяется и усиливается разность напряжений UP=KU(UПOP-Um) между пороговым значением UПOP≥2 В, формируемым источником опорных напряжений 14, и амплитудой Um выходного сигнала U3 измерительного двухполюсника 3. Этим напряжением разбаланса UP регулируется амплитуда импульсов возбуждающего тока IB на выходе преобразователя напряжения в ток 2, которые подаются на LC-контур измерительного двухполюсника 3.The amplitude detector 12 and the differential amplifier 13 isolates and amplifies the voltage difference U P = K U (U POP -U m ) between the threshold value U POP ≥2 V generated by the reference voltage source 14 and the amplitude U m of the output signal U 3 of the measuring two-terminal 3 This unbalance voltage U P controls the amplitude of the exciting current pulses I B at the output of the voltage-to-
При повышении активной проводимости G или уменьшении активного сопротивления R контролируемого материала пропорционально увеличивается напряжение UP на выходе дифференциального усилителя 13 и одновременно увеличивается амплитуда импульсов тока на выходе преобразователя напряжения в ток 2. Напряжение разбаланса UP кодируется в блоке обработки данных 8 и используется в качестве поправки в результат измерения резонансной частоты LC-контура измерительного двухполюсника 3. При этом после измерения частоты резонанса fP при нулевом сдвиге фаз между возбуждающими импульсами управляемого генератора и выходным сигналом измерительного двухполюсника 3 в блоке обработки данных 8 вычисляется скорректированное значение резонансной частоты fP.кор LC-контура. Эта частота вычисляется с учетом влияния активной проводимости контролируемого материала или эквивалентной добротности Q LC-контура измерительного двухполюсника по отношению измеряемого UP и начального UP.нач напряжений разбаланса по выражениюWith an increase in the active conductivity G or a decrease in the active resistance R of the controlled material, the voltage U P at the output of the differential amplifier 13 proportionally increases and the amplitude of the current pulses at the output of the voltage-to-
. .
Для уменьшения инструментальной погрешности выделения фазы Δφ в предлагаемом устройстве используются два одинаковых формирователя импульсов 5 и 7, что позволяет скомпенсировать фазовую задержку сигналов в опорном и измерительном каналах преобразования в области высоких частот.To reduce the instrumental error of phase separation Δφ in the proposed device, two
В реальных устройствах функцию фазового компаратора обычно выполняют D-триггеры или реверсивные счетчики, которые при разности фазовых углов Δφ≈0° имеют зону нечувствительности (гистерезиса). Согласно техническим условиям применения цифровых микросхем нельзя синхронно подавать два сигнала на D- и С-входы триггеров или на С-вход и вход «Направление счета» (±1) реверсивных счетчиков. При синхронной подаче сигналов на оба входа D-триггеры и реверсивные счетчики не срабатывают, т.е. остаются в предыдущем логическом состоянии [Петровский И.И. и др. Логические ИС серий КР1533, КР1554. Справочник. - М.: ТОО «БИНОМ», 1993].In real devices, the function of the phase comparator is usually performed by D-flip-flops or reversible counters, which, with a phase angle difference Δφ≈0 °, have a dead band (hysteresis). According to the technical conditions for the use of digital microcircuits, it is impossible to simultaneously supply two signals to the D- and C-inputs of the triggers or to the C-input and the input “Counting direction” (± 1) of reversible counters. When the signals are fed simultaneously to both inputs, the D-flip-flops and the reverse counters do not work, i.e. remain in the previous logical state [Petrovsky II. Logic ICs of the KR1533, KR1554 series. Directory. - M .: BINOM LLP, 1993].
Для устранения данного технического противоречия в этом устройстве предлагается «разменять быстродействие на точность». Учитывая, что максимальная частота переключения цифровых микросхем значительно превышает частоту возбуждающих импульсов, подаваемых на LC-контур измерительного двухполюсника 3 от управляемого генератора 1, в схеме (фиг.2) применен преобразователь напряжения в частоту 16, формирующий импульсы удвоенной частоты f16=2fB. Затем с помощью инвертора 17 и повторителя 18 обеспечивается срабатывание триггера 19 по срезу (заднему фронту), а триггера 20 - по переднему фронту выходных импульсов преобразователя напряжения в частоту 16. Это позволяет повернуть на 90° фазу одного из сигналов на входах фазового компаратора 6, чтобы выйти из зоны его гистерезиса. Поворот фазы на начальный угол ±90° обеспечивается посредством деления частоты f16 в два раза D-триггерами 19 и 20.To eliminate this technical contradiction in this device it is proposed to "exchange speed for accuracy." Considering that the maximum switching frequency of digital microcircuits is significantly higher than the frequency of exciting pulses supplied to the LC circuit of the measuring two-terminal network 3 from the controlled
Для компенсации запаздывания элементов, влияющего на погрешность выделения разности фаз, в каждом измерительном канале устройства применены одинаковые функциональные узлы (формирователи и триггеры).To compensate for the delay in the elements, which affects the error of the separation of the phase difference, the same functional units (shapers and triggers) are used in each measuring channel of the device.
Применение двухфазного высокочастотного управляемого генератора 1 в предлагаемом устройстве позволяет исключить влияние зоны гистерезиса фазового компаратора на точность выделения фазового сдвига высокочастотных сигналов. При этом диапазон измерения разности фаз ограничивается небольшими пределамиThe use of a two-phase high-frequency controlled
-90°<φ<+90°. Поэтому в качестве фазового компаратора 6 можно применять логический элемент «Исключающее ИЛИ», не имеющий зоны гистерезиса. Результатом предлагаемых схемных решений является двукратное увеличение точности выделения фазовых сдвигов, что позволяет также повысить точность измерения резонансной частоты и обеспечить достоверность контроля влажности в широком диапазоне.-90 ° <φ <+ 90 °. Therefore, as the phase comparator 6, you can use the exclusive OR gate, which does not have a hysteresis zone. The result of the proposed circuit solutions is a twofold increase in the accuracy of phase shift detection, which also allows to increase the accuracy of measuring the resonant frequency and to ensure reliability of humidity control over a wide range.
Дополнительными преимуществами предлагаемого устройства являются повышение фазовой чувствительности к измеряемому параметру и устранение эффекта "сноса" частоты резонанса fP, характерного для резонансных систем с линейной разверткой частоты, а также повышение достоверности контроля влажности за счет усреднения результатов измерения.Additional advantages of the proposed device are increased phase sensitivity to the measured parameter and the elimination of the effect of "drift" of the resonance frequency f P characteristic of resonant systems with a linear frequency sweep, as well as increasing the reliability of humidity control by averaging the measurement results.
Для повышения фазовой чувствительности к измеряемому параметру и увеличения добротности LC-контура {Q=10…200) в данном устройстве нужно применять детектор 12 и формирователь импульсов 5 с высокими входными сопротивлениями (на микросхемах с полевыми транзисторами). Кроме этого, возбуждающий импульсный сигнал от управляемого генератора 1 следует подавать на измерительный двухполюсник 3 через преобразователь напряжения в ток 2 с большим выходным сопротивлением, что также позволяет повысить добротность LC-контура измерительного двухполюсника 3.To increase the phase sensitivity to the measured parameter and increase the quality factor of the LC circuit (Q = 10 ... 200) in this device, it is necessary to use a detector 12 and a
Устранение эффекта "сноса" резонансной частоты LC-контура при подстройке частоты управляемого генератора 1 происходит за счет изменения скорости развертки частоты, обеспечиваемой блоком обработки данных 8 при уменьшении фазового сдвига между опорными импульсами и выходным сигналом измерительного двухполюсника 3.The elimination of the effect of the "drift" of the resonant frequency of the LC circuit when adjusting the frequency of the controlled
Повышение достоверности контроля влажности в предложенном устройстве обеспечивается за счет усреднения результата измерения частоты fB на интервале времени ТИЗМ, кратном 20 мс, позволяющего резко ослабить влияние помех промышленной частоты (50 Гц) на результат преобразования.Improving the reliability of humidity control in the proposed device is ensured by averaging the result of measuring the frequency f B over the time interval T ISM , a multiple of 20 ms, which makes it possible to sharply reduce the influence of industrial frequency noise (50 Hz) on the conversion result.
Кроме того, при автоматической регулировке амплитуды импульсов возбуждающего тока в преобразователе 2 амплитуда выходного сигнала измерительного двухполюсника 3 мало зависит от частоты возбуждающих импульсов и определяется только пороговым напряжением: Um≈Uпор≥2 В. Поэтому инструментальные погрешности амплитудного детектора 12 и формирователя импульсов 5 значительно уменьшаются и практически не оказывают влияния на достоверность результатов контроля влажности.In addition, when automatically adjusting the amplitude of the exciting current pulses in the
В устройстве для измерения влажности могут использоваться емкостные датчики влажности погружного и накладного типа. Датчик влажности погружного типа выполняется в виде закрепленного на штанге зонда, который вводится в сыпучие материалы либо в рыхлые почвы. Для измерения влажности плотной почвы делается скважина ручным буром, в которую вводится зонд. Датчик влажности накладного типа прикладывается к ровным поверхностям контролируемых материалов.In the device for measuring humidity can be used capacitive humidity sensors submersible and overhead type. The moisture sensor is a submersible type in the form of a probe mounted on a rod, which is introduced into bulk materials or into loose soils. To measure the moisture content of dense soil, a well is made with a hand drill into which a probe is inserted. An overhead type humidity sensor is applied to flat surfaces of controlled materials.
В предлагаемом устройстве управляемый высокочастотный генератор 1 можно реализовать на микросхеме преобразователя напряжения в частоту типа КР1108ПП1 и использовать триггеры типа К561ТМ2 и элементы "Исключающее ИЛИ" типа К561ЛП2 (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - С.269-272). Формирователи импульсов 5, 7 и генератор тактовых импульсов можно реализовать на микросхемах типа К561ТЛ1, реверсивный счетчик 9 - на микросхеме К561ИЕ14, дифференциальный усилитель 12 - на микросхеме типа КР140УД1208, цифроаналоговый преобразователь 11 - на микросхеме типа К1108ПА1 (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - С.231-232). Преобразователь напряжения в ток можно построить на транзисторе типа КТЗ102 с общей базой и открытым коллектором и с резистором в цепи эмиттера. В источнике опорных напряжений можно применить стабилизатор напряжения на микросхеме К142ЕН5А. В блоке обработки данных можно использовать микроконтроллер типа AT90S1200, содержащий встроенный АЦП для кодирования напряжения разбаланса UP и электрически перепрограммируемое запоминающее устройство. Полученные цифровые коды величин fP и UP можно использовать в качестве адресов ППЗУ, в которые можно записать соответствующие им значения влажности контролируемого материала, которые выводятся на блок индикации в конце каждого цикла преобразования.In the proposed device, the controlled high-
Применение управляемого высокочастотного генератора, формирующего две последовательности импульсов с фазовым сдвигом в 90° при переменной скорости автоподстройки частоты, исключает зону нечувствительности устройства вблизи нулевого фазового сдвига, и в сочетании с автоматической коррекцией результатов, ослабляющей влияние активной проводимости, позволяет значительно повысить точность измерения и расширить диапазон контроля влажности различных материалов.The use of a controlled high-frequency generator that generates two sequences of pulses with a phase shift of 90 ° at a variable frequency self-tuning rate eliminates the dead band of the device near the zero phase shift, and in combination with automatic correction of the results, which weaken the effect of active conductivity, it can significantly increase the measurement accuracy and expand humidity control range of various materials.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009128268/28A RU2399039C1 (en) | 2009-07-21 | 2009-07-21 | Moisture measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009128268/28A RU2399039C1 (en) | 2009-07-21 | 2009-07-21 | Moisture measurement device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2399039C1 true RU2399039C1 (en) | 2010-09-10 |
Family
ID=42800599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009128268/28A RU2399039C1 (en) | 2009-07-21 | 2009-07-21 | Moisture measurement device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2399039C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655944C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-30 | Елизавета Ростиславовна Гулина | Device for remote control of soil moisture and temperature |
RU2685579C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-04-22 | Марат Габдулгазизович Бикмуллин | Method of measurement humidity of bulk materials and device for its implementation |
-
2009
- 2009-07-21 RU RU2009128268/28A patent/RU2399039C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2655944C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-30 | Елизавета Ростиславовна Гулина | Device for remote control of soil moisture and temperature |
RU2685579C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-04-22 | Марат Габдулгазизович Бикмуллин | Method of measurement humidity of bulk materials and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6864833B2 (en) | Time-base generator with self-compensating control loop | |
US7868607B2 (en) | Test method for frequency converters with embedded local oscillators | |
GB2618500A (en) | Gain and mismatch calibration for a phase detector used in an inductive sensor | |
US20180238945A1 (en) | Method and Device for Determining a Sensor Coil Inductance | |
RU2399039C1 (en) | Moisture measurement device | |
US9608599B2 (en) | Circuit for detecting phase shift applied to an RF signal | |
Sell et al. | A digital PLL circuit for resonator sensors | |
US4272718A (en) | Moisture meter | |
HU196513B (en) | Apparatus for measuring voltage by sampling | |
CN106027044B (en) | A kind of polycyclic frequency synthesizer predetermined frequency automated calibration system and method | |
Lurz et al. | A low-cost 2.4 GHz frequency measurement system for microsecond time domain pulses based on six-port technology | |
US10317443B2 (en) | Integrated capacitance measurement | |
US7139220B2 (en) | Dynamic filter tuning for pulse-echo ranging systems | |
US9494542B2 (en) | Control system and method for sensor management | |
US6798215B2 (en) | System and method for measuring moisture content in a conductive environment | |
US6819188B2 (en) | Phase-locked loop oscillator with loop gain compensation | |
CN107741523B (en) | Time domain signal measuring device based on PLL | |
Arnau et al. | Improved electronic interfaces for heavy loaded AT cut quartz crystal microbalance sensors | |
US7456700B2 (en) | Variable loop gain oscillator system | |
Sell et al. | Digital phase-locked loop circuit for driving resonant sensors | |
KR102334597B1 (en) | Impedance monitoring apparatus and operating method thereof | |
US20020084776A1 (en) | Apparatus and method for direct digital measurement of electrical properties of passive components | |
RU87803U1 (en) | HUMIDITY MEASUREMENT DEVICE | |
Ahmad | Power system frequency deviation measurement using an electronic bridge | |
US11187569B2 (en) | Fluid characteristic sensor, sensor system, and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110722 |