RU92193U1

RU92193U1 - DIGITAL FLOW HUMIDITY METER

Info

Publication number: RU92193U1
Application number: RU2009136367/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Шилин; Сергей Валерьевич Макартичян
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-03-10

Abstract

Цифровой поточный измеритель влажности, содержащий микроконтроллер, к счетному входу которого подключен генератор, а к одному из портов ввода-вывода - цифровой индикатор, конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, отличающийся тем, что он снабжен логическим элементом ИЛИ-НЕ, подключенным первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом - ко второму бесконтактному переключателю, установленными на торцах конденсаторного датчика, а выходом - ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера.A digital in-line moisture meter containing a microcontroller, to the counter input of which a generator is connected, and to one of the input-output ports - a digital indicator, a condenser sensor, included in the generator timing circuit, characterized in that it is equipped with an OR-NOT logical element connected first the input to the first proximity switch, the second input to the second proximity switch mounted on the ends of the capacitor sensor, and the output to the input of the generator and digital generation permission microcontroller input.

Description

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения влажности твердых, сыпучих и газообразных веществ, и может быть применено в строительной, горнодобывающей, деревообрабатывающей и пищевой отраслях промышленности.The utility model relates to test equipment, namely, devices for measuring the moisture content of solid, bulk and gaseous substances, and can be used in the construction, mining, woodworking and food industries.

Известно устройство диэлькометрического влагомера (Берлинер М.А. Измерения влажности. М.: Энергия, 1973. - 400 с.), основанное на принципе дифференциальных измерительных схем, содержащем генератор частот, к выводам которого последовательно соединены образцовый конденсатор и конденсатор чувствительного элемента датчика, выводы которого дополнительно соединены с указательным прибором.A device of a dielcometric moisture meter is known (M. Berliner, Moisture Measurements. M .: Energy, 1973. - 400 p.), Based on the principle of differential measuring circuits containing a frequency generator, to the terminals of which a reference capacitor and a capacitor of the sensor element are connected in series, the findings of which are additionally connected to a pointing device.

Данное измерительное устройство имеет низкий технический уровень, обусловленный невысокой точностью измерений (2-3%), поскольку не позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности частоты генератора, возникающую вследствие нестабильности параметров конденсатора чувствительного элемента датчика; не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке; содержит указательный прибор, регистрирующий результат измерения влажности в аналоговой форме. При использовании измерительного устройства с аналоговой схемой обработки информации в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом необходим аналого-цифровой преобразователь, который является источником дополнительной погрешности измерения.This measuring device has a low technical level, due to the low measurement accuracy (2-3%), because it does not allow to compensate for the multiplicative component of the error of the generator frequency that occurs due to the instability of the capacitor parameters of the sensor sensor element; does not allow measurements of the moisture content of materials and products on the stream; contains a pointing device that records the result of measuring moisture in an analog form. When using a measuring device with an analog information processing circuit as part of an automated process control system, an analog-to-digital converter is required, which is a source of additional measurement error.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое за прототип является устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками (пат. РФ №2214610, МКИ G01R 27/26), содержащее микроконтроллер, цифровой индикатор и два генератора, во времязадающие цепи генераторов включены конденсаторный датчик измеряемой емкости и конденсатор образцовой емкости, выходы генераторов подключены к счетным входам, соответственно, первого и второго счетчиков микроконтроллера, один из выходов микроконтроллера подключен к входам разрешения генерирования обоих генераторов, цифровой индикатор подключен к одному из портов ввода-вывода микроконтроллера.The closest in technical essence to the claimed technical solution and adopted for the prototype is a device for measuring non-electric quantities by capacitor sensors (US Pat. RF No. 2214610, MKI G01R 27/26), containing a microcontroller, a digital indicator and two generators, a capacitor is included in the oscillator timing circuit a measured capacitance sensor and a model capacitor, the outputs of the generators are connected to the counting inputs, respectively, of the first and second counters of the microcontroller, one of the outputs of the microcontroller connected to the enable inputs of the generation of both generators, a digital indicator is connected to one of the input / output ports of the microcontroller.

Данное измерительное устройство не позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку устройством не предусмотрено определение положения образца при его движении относительно конденсаторного датчика. Существующие диэлькометрические измерители влажности основаны на принципе вычитания частот измерительного и опорного генераторов, чем обеспечивается компенсация аддитивной составляющей погрешности измерения частоты, хотя сама погрешность носит мультипликативный характер.This measuring device does not allow the measurement of humidity of materials and products in the stream, since the device does not provide for determining the position of the sample when it moves relative to the capacitor sensor. Existing dielcometric moisture meters are based on the principle of subtracting the frequencies of the measuring and reference generators, which ensures the compensation of the additive component of the frequency measurement error, although the error itself is multiplicative.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового цифрового устройства для измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.In this regard, the most important task is to create a new digital device for measuring the moisture content of materials and products on the flow with compensation for the multiplicative component of the error.

Техническим результатом заявленного цифрового поточного измерителя влажности является расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможность поточного измерения влажности материалов и изделий с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.The technical result of the claimed digital in-line moisture meter is to expand the functionality of the device, namely the possibility of in-line measurement of the humidity of materials and products with compensation for the multiplicative component of the error.

Указанный технический результат достигается тем, что цифровой поточный измеритель влажности, содержащий микроконтроллер, к счетному входу которого подключен генератор, а к одному из портов ввода-вывода цифровой индикатор, конденсаторный датчик, включенный во времязадающую цепь генератора, снабжен логическим элементом ИЛИ-НЕ, подключенным первым входом к первому бесконтактному переключателю, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю, установленными на торцах конденсаторного датчика, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора и цифровому входу микроконтроллера.The specified technical result is achieved by the fact that a digital in-line moisture meter containing a microcontroller, to the counter input of which a generator is connected, and to one of the input-output ports a digital indicator, a capacitor sensor included in the generator timing circuit, is equipped with an OR-NOT logic element connected the first input to the first proximity switch, the second input to the second proximity switch mounted on the ends of the capacitor sensor, and the output to the enable input Bani generator and a digital input of a microcontroller.

Указанное отличие позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке, поскольку цифровой поточный измеритель влажности снабжен бесконтактными переключателями, позволяющими определять положение образца при его движении относительно конденсаторного датчика, что позволяет производить объективные измерения влажности материалов и изделий. Кроме того принцип измерения позволяет компенсировать мультипликативную составляющую погрешности, обусловленную изменением параметров конденсаторного датчика, и производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с представлением результатов в цифровой форме без дополнительных аналого-цифровых преобразований.This difference makes it possible to measure the humidity of materials and products on the stream, since the digital in-line moisture meter is equipped with proximity switches that allow you to determine the position of the sample when it moves relative to the capacitor sensor, which allows objective measurements of the humidity of materials and products. In addition, the measurement principle allows you to compensate for the multiplicative component of the error due to changes in the parameters of the capacitor sensor, and to measure the humidity of materials and products on the stream with the presentation of the results in digital form without additional analog-to-digital conversions.

На фиг.1 изображена блок-схема цифрового поточного измерителя влажности; на фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 показана работа бесконтактных переключателей в процессе перемещения образца относительно конденсаторного датчика; на фиг.6 - временная диаграмма, поясняющая работу измерителя влажности.Figure 1 shows a block diagram of a digital in-line moisture meter; figure 2, figure 3, figure 4, figure 5 shows the operation of proximity switches in the process of moving the sample relative to the capacitor sensor; 6 is a timing diagram explaining the operation of the moisture meter.

Цифровой поточный измеритель влажности содержит конденсаторный датчик 1, включенный во времязадающую цепь генератора 2, соединенного со счетным входом микроконтроллера 3. Частота импульсов генератора 2 зависит от емкости конденсаторного датчика 1, пропорционально связанной с диэлектрической проницаемостью образца, которая в свою очередь зависит от влажности. Бесконтактные переключатели 4 и 5, установленные на торцах конденсаторного датчика 1 по направлению движения образца, служат для определения положения образца относительно конденсаторного датчика 1. Измеритель влажности содержит логический элемент ИЛИ-НЕ 6, подключенный первым входом к первому бесконтактному переключателю 4, вторым входом ко второму бесконтактному переключателю 5, а выходом ко входу разрешения генерирования генератора 2 и цифровому входу микроконтроллера 3. К одному из портов ввода-вывода микроконтроллера 3 подключен цифровой индикатор 7.The digital in-line moisture meter contains a capacitor sensor 1 connected to the oscillator 2 circuit connected to the counting input of the microcontroller 3. The pulse frequency of the generator 2 depends on the capacitance of the condenser sensor 1, which is proportionally related to the dielectric constant of the sample, which in turn depends on humidity. The proximity switches 4 and 5 mounted on the ends of the capacitor sensor 1 in the direction of movement of the sample serve to determine the position of the sample relative to the capacitor sensor 1. The moisture meter contains an OR-NOT 6 logic element connected by the first input to the first proximity switch 4, the second input to the second contactless switch 5, and the output to the enable input of the generator 2 and the digital input of the microcontroller 3. To one of the input-output ports of the microcontroller 3 is connected digital Level indicator 7.

Измеритель влажности работает следующим образом.The moisture meter works as follows.

При перемещении образца возможны четыре его положения относительно конденсаторного датчика: образец находится вне конденсаторного датчика (фиг.2, интервал времени t₁-t₂ на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.3, интервал времени t₂-t₃ на фиг.6), образец заполняет конденсаторный датчик полностью (фиг.4, интервал времени t₃-t₁ на фиг.6), внутри конденсаторного датчика находится часть образца (фиг.5, интервал времени t₄-t₅ на фиг.6).When moving the sample, there are four possible positions relative to the capacitor sensor: the sample is located outside the capacitor sensor (Fig. 2, time interval t ₁ -t ₂ in Fig. 6), inside the capacitor sensor there is a part of the sample (Fig. 3, time interval t ₂ - t ₃ in FIG. 6), the sample fills the capacitor sensor completely (FIG. 4, the time interval t ₃ -t ₁ in FIG. 6), inside the capacitor sensor is part of the sample (FIG. 5, the time interval t ₄ -t ₅ on 6).

Измерение влажности образца происходит в интервал времени t₃-t₄ на фиг.6, когда образец заполняет конденсаторный датчик полностью. Это соответствует уровню логического нуля на выходе бесконтактных переключателей 4 и 5 (диаграммы 8 и 9, фиг.6) и уровню логической единицы на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6). В момент времени t₃ (фиг.6) на разрешающем входе генератора 2 устанавливается логический уровень напряжения, разрешающий генерирование, и микроконтроллер 3 запускает два внутренних счетчика, первый из которых предназначен для счета импульсов генератора 2, второй счетчик - для счета тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3 (диаграммы 11 и 12, фиг.6). В момент времени t₄ на выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 6 (диаграмма 10, фиг.6) устанавливается уровень логического нуля, микроконтроллер 3 останавливает оба внутренних счетчика, в которых к этому моменту формируются двоичные коды N и М. Двоичный код М на выходе второго счетчика микроконтроллера 3 пропорционален емкости конденсаторного датчика с образцом, а, следовательно, связан с влажностью образца М=NT₁/T₂, где N - количество периодов генератора 2, подсчитанных первым счетчиком; Т₁ - период следования прямоугольных импульсов генератора 2, прямо пропорционально связанный с емкостью конденсаторного датчика 1 с образцом; Т₂ - период следования тактовых импульсов внутреннего генератора микроконтроллера 3. По двоичному коду М микропроцессор микроконтроллера 3 находит в памяти значение влажности образца, которая выводится на цифровой индикатор 7. В памяти микроконтроллера 3 должна находиться градуировочная характеристика для определения влажности по двоичному коду М.The moisture measurement of the sample occurs in the time interval t ₃ -t ₄ in Fig.6, when the sample fills the capacitor sensor completely. This corresponds to the logic zero level at the output of the proximity switches 4 and 5 (diagrams 8 and 9, Fig.6) and the level of the logic unit at the output of the OR-NOT 6 logic element (diagram 10, Fig.6). At time t ₃ (Fig. 6), a logic voltage level is set at the enable input of generator 2, which allows generation, and microcontroller 3 starts two internal counters, the first of which is used to count the pulses of generator 2, the second counter - to count the clock pulses of the internal generator microcontroller 3 (diagrams 11 and 12, Fig.6). At time t ₄ , the logic-zero level is set at the output of the OR-NOT 6 logic element (diagram 10, Fig. 6), the microcontroller 3 stops both internal counters, at which binary codes N and M are formed at this moment. Binary code M at the output the second counter of the microcontroller 3 is proportional to the capacitance of the capacitor sensor with the sample, and, therefore, is associated with the humidity of the sample M = NT ₁ / T ₂ , where N is the number of periods of the generator 2 calculated by the first counter; T ₁ - the repetition period of the rectangular pulses of the generator 2, is directly proportional to the capacity of the capacitor sensor 1 with the sample; T ₂ - the period of the clock pulses of the internal generator of the microcontroller 3. Using the binary code M, the microprocessor of the microcontroller 3 finds in the memory the moisture value of the sample, which is displayed on the digital indicator 7. In the memory of the microcontroller 3 there should be a calibration characteristic for determining humidity by the binary code M.

Результат измерения влажности может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.The result of moisture measurement can be directly entered into the computer without additional analog-to-digital conversion.

Применение данного цифрового поточного измерителя влажности позволяет производить измерения влажности материалов и изделий на потоке с компенсацией мультипликативной составляющей погрешности.The use of this digital in-line moisture meter allows you to measure the humidity of materials and products on the stream with compensation for the multiplicative component of the error.

Claims

A digital in-line moisture meter containing a microcontroller, to the counter input of which a generator is connected, and to one of the input / output ports - a digital indicator, a condenser sensor included in the generator timing circuit, characterized in that it is equipped with an OR-NOT logical element connected first the input to the first proximity switch, the second input to the second proximity switch mounted on the ends of the capacitor sensor, and the output to the input of the generator and digital generation permission microcontroller input.