SU1052981A1 - Электронно-цифровой влагомер - Google Patents

Abstract

1. ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЙ ВЛАГОМЕР, содержащий аатчик-кон|Денсатор , включенный в контур измерительного генератора, выхоц которого через первый вхоц первой схемы совпацени  соепинен с первым входом агорой схемы совпадени  и через нее с первым входом 12-разр дного счетчика, первый выхоа которого подключен к второму входу второй схемы совпадени , а второй выход соединен с первым входом третьей схемы совпадени , опорный генератор , выход которого подключен соответственно к первому входу четве{ той схемы совпадени , котора  соеаинена с третьим входом второй схемы совпааени , к последовательно соепиненным первому входу п той схемы совпа- аенн , второму входу третьей схемы совпааени  и первому входу 3-разр аного дес тичного счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого св зан с терморезистором, а выход подключен к второму входу п той схемы совпадени , источник питани  и контакты включени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности измерений, в него дополнительно введены программное управл ющее устройство, состо щее из последовательно соединенных трех многоразр дных двоичных делителей и триггера, шеста  схема совпадени , триггер питани , а также блок сброса и индикации разр дов источника питани , причем вход программного управл ющего yctpoйcтвa соединен с вь1ходом опорного генератора , первый выход - соответственно с вторыми входами первой и четвертой схем совпадени  и первым входом шее- : той схемы совпадени , а второй выход - с первым входом триггера питани , втоi рой вход шестой схемы совпааени  под- , ключен к второму выходу 12-раар дного (Л счетчика, а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и третий входы триггера питани  соответственю соединены с контактами включени  и выходом источника питани , а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разр да источел ника питани , последний выходом соедиlN3 нен с вторыми входами сброса 12-раз со р дного счетчика, 3-разр дного дес тич00 ного счетчика и вторым входом программного управл ющего устройства. 2. Влагомер по п. 1, отлича ющ и и с   тем, что блок сброса и индикации разр да источника питани  состоит из двух генераторов тока различной пол рности, выходы которых соединены между собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора вклю-. чей переменный резистор, а в базовую иепь транзистора второго генератора два стабилитрона, и инвертора, два входа

Description

которого подключены к точке сое айне- . ни  выхоцов обоих генераторов, а выход

через резистор соединен с входом первого генератора, тока.

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к емкостным устройствам дл  измерени  влажности сыпучих материалов в полевых услови х, и может быть использовано цл  измерени  влажности кормовых материалов и фураж ного зерна. Известен емкостный измеритель концентраций, содержащий датчик-конден сатор, генератор, блок температурной компенсайии С 11 В данном устройстве используетс  преобразование температуры в напр жен посто нного тока, а затем с помощью нелинейного блока термопоправка в анал говой форме вводитс  в результат измерени . Така  конструкци  устройства не позвол ет примен ть его в цифровых, экспресс-влагомерах.. Кроме того, на личие нелинейного блока усложн ет прибор и снижает его точность. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электронно-цифровой влагомер, I содерзжаший датчик-конденсатор, включен ный в контур измерительного генератора выход которого через первый вход первой схемы совпадени  соединен с первым входом второй схемы совцадени  и . через нее с первым входом 12-разр дного счетчика, первый выход которого подключен к второму входу второй схемы совпадени , а второй выход включен на первый вход третьей схемы совпадени , опорный генератор, выход которого соединен соответственно через первый вход четвертой схемы совпадени  с третьим входом второй схемы совпадени  л последовательно соединенными первым входом п той схемы совпадени , вторым входом третьей схемы совпадени  и первым входом 3-разр дного дес тичног счетчика, блок температурной компенсации , первый вход которого .св зан с терморезистором, а выход подключен к второму входу п той схемы совпадени , источник питани  и контакты 12 J , В известном устройстве, использув щем емкостный способ измерени  щаж-ности , дл  повышени  точности оператор вводит поправку на температуру объекта. Дл  этого Б рабочей камере датчикаконденсатора установлен датчик температуры материала, сигнал которого поступает в блок температурной компенсации и по команде оператора корректирует окончательный результат измерени  влажности. При таком сп х;обе введени  температурной поправки имеетс  больша  неопределенность момента ее ввода. Это вызвано тем, что различные среды имеют отличные друг от друга теплофизические характеристики, что обуславливает неодинаковое врем  уста-, новлени  теплового равновеси , после которого надо начинать измерение. Датчик температуры обладает инерционностью и сигнал на его выходе, соответствующий моменту установлени  теплового равновеси  в системе исследуемый материал термоцатчик , устанавливаетс  не сразу, а Б течение определенного времени. Таким образом, при одной и той же температуре контролируемых материалов в зависимости от длительности установлени  теплового равновеси  и момента ввода температурной коррекции в результат измерени  вводитс  различна  поправка , т.е. блок температурной компенсации в этом случае вносит дополнительную случайную погрешность. Кроме того, в известном устройстве при длительной эксплуатации происходит снижение напр жени  батарей питани . Это ведет к изменению режимов узлов влагомера, в частности измен етс  частота опорного генератора и длительность импульса блока температурной компенсации, может произойти сбой в работе счетчиков. Первое приводит к значительным погрешност м при измерении влажности, второе снижает надежность работы влагомера. , Цель изобретени  - повышение точности и надеишости измерений влажности сыпучих материалов. Поставленна  цель цостигаетс  тем, что в электронио-цифровой влагомер, содержащий датчик-конаенсатор, включенный в контур измерительного генератора , выхоа которого через первый вход первой схемы совпадени  соединен с первым входом второй схемы совпадени  и через нее с первым входом 12-разр дного счетчика, первый выход которого подключен к второму входу второй схемы совпадени , а второй выход соединен с первым входом третье схемы в совпадени , опорный генератор, которого подключен соответственМО к первому входу четвертой схемы совпадени , котора  соединена с третьим входом второй схемы совпадени , к последовательно соединенным первому входу п той схемы совпадени , второму входу третьей схемы совпадени  и первому входу 3-разр дного дес тичного счетчика, блок температурной компенсац первый вход которого св зан с терморезистором , а выход подключен к второму входу п той схемы совпадени , источник питани  и контакты включени , дополнительно введены программное управл 1ошее устройство, состо щее из последовательно соединенных трех многоразр дных двоичных деталей и триггера, шеста схема совпадени , триггер питани , а также блок сброса и индикации разр дов источника питани , причем вход программного управл ющего устройства соединен с выходом опорного генератора, первыйвычоа -соответствпннос вторыми входами первой и четвертой схем совпадени  и первым входом шестой схемы совпадени , а второй выхоа - с первым входом триггера питани , второй вход шестой схемы совпадени  подключен к второму выходу 12-разр дного счетчика а выход - к второму входу блока температурной компенсации, второй и трети входы триггера питани  соответственно соединены с контактами включени  и выходом источника питани , а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разр да источника питани , последний выходом соединен с вторыми входами, сброса 12-разр цно счетчика, 3-разр дного дес тичного счетчика и вторым входом программног управл ющего устройства. Крюме того, блок сброса и индикации разр да источника питани  состоит из двух генераторов тока различной пол рности , выходы которых соединены ме ду собой, причем в базовую цепь транзистора первого генератора включен переменный резистор, а в базовую цепь транзистора второго генератора - два стабилитрона, и инвертора, два входа которого подключены к точке соединени  выходов обоих генераторов, а выход через резистор соединен с входом первого генератора тока. На фиг. 1 приведена структурна  схема электронно-цифрового влагомера сыпучих материалов; на фиг. 2 - принципиальна  электрическа  схема блока сброса и индикации разр да источника питани . Влагомер состоит из датчика-конденсатора 1, включенного в контур измерительного генератора 2, выход которого через первый вхоц, первой схемы 3 совпацени  соединен с первым входом второй схемы 4 совпадени  и через нее с первым входом 12-разр дного счетчика 5. Перва  схема 3 совпадени  выполнена в вице стробируюшего делител  на два с использованием микросхемы К176ТМ1. Первый выход 12-разр дного счетчика 5подключен к второму входу второй схемы 4 совпадени , а второй выход соответственно соединен с первым входом третЕзей схемы 6 совпадени  и вторым входом шестой схемы 7 совпадени . Опорный генератор 8 соединен соответственно с первым входом четвертой схемы 9 совпадени , котора  соединена с третьим Бхоцом второй схемы 4 совпадени , послеповательно соединенными первым входом п той схемы 1О совпадени , вторым входом третьей схемы 6 совпа- дени , котора  соединена с первым входом З-разр дного дес тичного счетчика 11, а также входом программного управл ющего устройства 12. Программное управл ющее устройство 12 первым выходом соединено соответственно с вторым входом первой схемы 3 совпадени , четвертой схемы 9 совпадени  и первым входом шестой схемы 7 совпадени , вторхзй выход - с первым входом триггера 13 питани . Прюграммное управл ющее устройство 12 состоит из последовательно соединенных первого 9разр дного двоичного делител  14, 6-разо дного двоичного делител  15, второго 9-разр дного дво1гчного делител  16 и триггера 17. Триггер 13 питани  выполнен на транзисторБ1х КТ352Б, КТ342А. Терморезистор 18 (СТ1), установленный в рабочем пространстве датчикаконденсатора 1, включен на первый вход 1 блока 19 температурной компенсации Второй вход блока 19 температурной компенсации соединен с выхоаом шестой схемы 7 совпа.дени , а выхоа подключен к второму вхоау п той схемы 10 совпа аени . Блок 19 температурной компенса ции прецставл ет собой преобразователь температура-врем , собранный, на двух транзисторах микросхемы К159НТ16 и транзисторе КТ349Б, т.е. это жцуший мультивибратор на транзисторах разной проводимости. Источник 2О питани  вла гомера через третий вход триггера 13 питани  подключен ко всем узлам влаго мера, в том числе и к блоку 21 сброса и индикации разр да источника питани , выход которого соединён соответственно с вторыми входами блока сброса 12разр дного счетчика 5, З-разр цного цec ти шoгo счетчика 11 и програм у5ног упразл юшего устройства 12. Блок 21 сброса и индикации разр да источницш питани  (фиг. 2) выполнен на транзисторах Т1 и Т2 (соответствен но КТ349В и КТ ) и инверторе Д3.4 микросхемы К176ЛЕ5. В ба аовую Цепь транзистора Т1 включен цв литель напр жени , состо щий из ре™ аисгора И 1 и R2, а в базовую цепь транзистора Т2 последовательно два диода pi и D2. В эмиттерных цеп х обоих транзисторов включены соответ- ствешш РЗи R 4. Причем сопротивле- кие. R4 шунтировано с помощью концен- caTOf С1. На транзисторах Т1 и Т2, таким образом, собраны два генератора тока, разной пол р-юсти и включены встречно. Два входа инвертора /Л3.4. подключены к точке соединени  генераторов тока, а выход через ;эезистор Й5 соединен с базой транзисторе. К в 1X5рому входу (фиг. 1) триггера 1 питани  пошшючены контакты 22 , а индикатор 23 соединен с выходом 3- рззрло.ного дес тичного счетчика 11. Влагомер работает следующим образом . ЦЕШЛ работы прибора состоит из измеренуш влажности исследуемого об резца и внесени  термопоправки в ре™ зультат измерени . Переходом из оц-„ кого режима в другой, включением и отключеннем прибора по окончании изМ ;|кгний управл ет программное управл ющее ycTpolficTBo 12. Врем  внесени  т-ермопоправки выбрано с учетом дли- телыюст.г установлени  теплового равно- веск  дл  раз,тичных сельскохоз йствен16 ных материалов и инерционности терморезистора . Этим достигаетс  выхоа цат чика прибора на установившийс  режим в диапазоне рабочих температур влагомера . Исходным сигналом дл  включени  электронно-цифрового влагомера служит замыкание контактов 22 включени , которые срабатывают в том случае, когда уплотнение образца происходит заданным усилием (более 8 кг). При замыкании контактов 22 включени  триггер 13 питани  устанавливаетс  в другое устойчивое состо ние, при этом ОТ источника 2О питани  подаетс  напр жение на все узлы прибора. После включени  прибора начинают генерировать измерительный 2 и опорный 8 генераторы, блок 21 сброса и инаика дии разр да источншса питани  формирует сброса, обнул ющий 12разр дный двоичный счетчик 5, 3-разр дный дес тичный счетчик 11 и 6--разр дный двоичный,счетчик 15 программного управл ющего устройства 12. Сигнал с измерительного гене)эато- ра 2, частота которого определ етс  аиэлектр}гческой проницаемостью образца , помещенного в датчик-конденсатор 1, поступает на схему 3 совпацени , выполн ющую функцию стробирующего делител  на дэа. На схеме 3 совпаде« ни  присутствует сигнал программного упр.авл ющего устройства 12, разрешающий прохождение сигнала измерительного гене.ратора на вторую схему 4 совпа дени . Дл  четвертой схемы 9 совпаце- ни  сигнал программного управл ющего устройства  вл етс  запрещающим, поэтому сигнал с опорного генератора 8 на вторую схему 4 совпадени  не пр1эходит. По окончании действи  импульса сбро« са, сформированного блоком 21 сброса и индтжации разр де источника питани , начинаетс  запачнение 12-разр д-, ного двоичного счетчика 5 сигналом измерительного генератора 2. При прихо де на вход счетчика 5 2048 итугпульсов на его первом выходе по витс  сигнал, блоки руюший вторую схему 4 совпадени , и поступление импульсов на вход 12разр дного двоичного счетчика 5 прекращаетс . С второго выхода счетчика 5 снимаетс  импульс, начало которого со ответствует приходу на вход 5 1Q24 импульсов, а конец - 2048, и. поступает на третью схему 6 совпадени , разреща  на врем  действ({  импульса прохождение сигнала опорного генератора 8 на вхоц З-разр цного цес тичного счетч ка И, Импульсы с опорного генератора 8 .поступают на вхоц третьей схемы 6 совпа ни  через п тую схему 10 совпадени , котора  управл етс  программным управл ющим устройством 12 и открыта в режиме измерени  влажности. Заполнение З-разр дного дес тичного счетчика 11 продолжаетс  в течение действи  импульса, сформированного 12-разр дны двоичным счетчиком, 5, т.е. по окончании действи  этого импульса в последнем окажетс  записано число N, равное количеству импульсов опорного генератора , которое успело пройти через третью схему 6 совпадени . 1024-2 где ( - частота опорного генератора частота измерительного генератора . Так как частота опорного генератора 8 выбрана посто нной и равна 1 МГц то приведенное выражение примет вид: -1024-2 Частота измерительного генер атора 2 устанавливаетс  при настройке исход  из градуировочной таблицы. При заполнении датчика-конденсатора 1 исследуемым материалом частота измерительного генератора 2 уменьшаетс , что приводит к увеличению N. Через 16 с прибор переходит в режи внесени  термопоправки в результат измерени . За это врем  терморезистор 18 достигнет температуры исследуемвго образца и выйдет на установившийс  режим. Переход к внесению термопоправ ки происходит по сигналу, вырабатывае мому программным управл ющим устрой ством 12, при этвм запрещаетс  прохождение сигнала от измерительного генератора 2 через первую схему 3 совпа дени  на вход 12-разрддного двоичного счетчика 5, разрешаетс  прохождение сигнала опорного генератора 8 на вход 12-разр дного двоичного счетчика 5 через четвертую схему 9 совпадени , разрешаетс  прохождение сигнала с втор го выхода 12-разр дного двоичного счетчика 5 через шестую схему 7 совпа дени  на вход блока 19 температурной компенсации, формируетс  импульс сброса дл  12-разр дного двоичного счетчика 5. По окончании действи  импульса сброса начинаетс  заполнение 12-разр дного двоичного счетчика 5 сигналом опорного генератора частотой 1 МГц. По приходу на вход счетчика 5 1О24 импульсов на его втором выходе по вл етс  перепад напр жени , который через шестую схему 7 совпадени  поступает в блок 19 температурной компенсации и запускает его. Блок 19 темепературной компенсации работает в ждущем режиме и генерирует импульс, длительность которого пропорциональна температуре материала. Этот импульс поступает на вхоц п той схемы 1О совпадени  и на врем  его действи  запрещает прохождение импульсов опорного генератора 8 на третью-схему 6 совпадени  и через нее на 3-разр дный дес тичный счегчик 11, Если предположить, что длительность импульса блока температурной компенсации равна нулю, то в этом случае на вход 3-разр дного дес тичного счетчика 11 поступ т 1О24 импульса. Это обусловлено тем, что на 12-разр анЫй двоичный счетч 5к 5 и на 3-разр дный дес тичный счетчик 11 сигнал приходит от опорного генератора 8, а схема 6 совпадени  открыта на врем  действи  импульса, который присутствует на втором выходе двоичного счетчика 5. В результате показани  прибора увел1гчи- ваютсп на 2,4,так как дес тичный счетчик 11 - 3-разр дный. I Если же длительность импульса блока температурной компенсации составит 24 МКС, то изменени  показани  прибора не произойдет, так как п та  схема 10 совпадени  будет закрыта на врем  поступлени  24 импульсов опорного генератора 8, период следовани  которых равен 1 МКС, и на вход 3-разр дного дес тичного счетчика 11 пройдет 100О импульсов, которые не измен т показан .и  прибора. Такой режим работы блока 19 температурной поправки устанавливаетс  при . При увеличении температуры длительность импульса увеличиваетс , следовательно, показани  прибора уменьшаютс , а при уменьшении - увеличиваютс . В этом случае при одной температуре исследуемого материала и различньсх моментах времени измерени  в результат вноситс  одна и та же термопоправка, повышающа  точность работы влагомера. Блок 21 сброса и индикации разр да источника питани  работает следующим о разом (фиг, 2). Потенциал в точде соединени  коллекторов транзисторов Т1 и Т2 может быть либо низким, либо высоким и зависит от соотношени  токов обоих генераторов. Ток транзистора Т2 посто нный и не зависит от напр жени  источника питани , так как напр жение на базе транзистора стабилизировано двум  стабилитронами Д1 и Д2. Ток транзистора Т1 измен етс  пропорционально изменению напр жени  источника питани , по;скольку напр жение на базе этого транзистора снимаетс  с части резистора R-1. Напр-ткение на базе транзистора Т1 . устанавливаетс  таким, чтобы при напр жении питани  больше 7,5 В токи обоих транзисторов были равны. Если напр жение питани  больше 7,5 В, то потенциал точки соецинени  коллекторов транзисторов высокий, если меньше низкий. Так как чувствительность описанной схемы сушественно зависит от сопротивлени  нагрузки, то с нагрузкой она согласована с помощью инвертора Д3.4, имеющего высокое входное сопротивление. Дл  увеличени  стабильно сти работы схемы последн   охвачена слабой положительной обратной св зью, осуществл емой через резистор R5. При уменьшении напр жени  питани  ниже порогового значени , равного 7,5 В, на выходе инвертора Д3.4 по вл етс  высокий потенциал, который поступает на сбросовый вход З-разр цного дес тично10 8110 го счетчика 11 и обнул ет его. При этом на индикаторе высвечиваютс  три нул , свидетельствующие о разр де источника питани . С помощью конденсатора С1 схема формирует импульс сброса при включении питани . Конденсатор С1 в момент включени  прибора шунтирует резистор f 4, что обуславливает увеличение тока транзистора Т2 на врем  зар да этого конденсатора, после чего конденсатор С1 не вли ет на работу схемы. Импульс сброса, по вл ющийс  . при включении прибора, используетс  дл  обнулени  12-разр дного двоичного счетчика 5, 3-разр дного дес тичного счетчика 11 и 6-разр дного двоичного счет- чика li Таким образом, применение электронно-цифрового влагомера позвол ет повысить точность измерени  влажности за счет снижени  температурной погрешно™ сти, что достигаетс  вводом термопоправ- ки после наступлени  теплового равновеси  в системе датчик - исследуемый и выходом терморезистора на установившийс  режим. Кроме того, блок сброса и индикации разр да источника питани  с целью исключени  ошибочной индикации результата измерени  автоматически отключают влагомер при снижении напр жени  ниже порогового, чем также повышает точность и надежность измерени  влажности. К узлам длаеомера

0-9S

-ЙШ

0-9S

Claims (2)

1. ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЙ ВЛАГОМЕР, содержащий датчик-конденсатор, включенный в контур измерительного генератора, выход которого через первый вход первой схемы совпадения соединен с первым входом второй схемы совпадения и через нее с первым' входом 12-разряцного счетчика, первый выхов которого подключен к второму входу второй схемы совпадения, а второй выход соединен с первым входом третьей схемы совпадения, опорный генератор, выход которого подключен соответственно к первому входу четвер>той схемы совпадения, которая соединена с третьим входом второй схемы совпадения, к последовательно соединенным первому входу пятой схемы совпадения, второму входу третьей схемы совпадения и первому входу 3-разрядного десятичного счетчика, блок температурной компенсации, первый вход которого связан с терморезистором, а выход подключен к второму входу пятой схемы совпадения, источник питания и контакты включения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, в него дополнительно введены программное управляющее устройство, состоящее из последовательно соединенных грех многоразрядных двоичных целителей и триггера, шестая схема совпадения, триггер питания, а также блок сброса и индикации разрядов источника питания, причем вход программного управляющего устройства соединен с выходом опорного генератора, первый выход — соответственно с вторыми входами первой и четвертой схем совпадения и первым входом шестой схемы совпадения, а второй выход — с первым входом триггера питания, второй вход шестой схемы совпадения под— , ключей к второму выходу 12-разряцного счетчика, а выход — к второму вхоцу блока температурной компенсации, второй и третий входы триггера питания соответственнэ соединены с контактами включения и выходом источника питания, а выход подключен соответственно к всем узлам влагомера, в том числе и к блоку сброса и индикации разряда источника питания, последний выходом соединен с вторыми входами сброса 12-разрядного счетчика, 3-разряцного десятичного счетчика и вторым входом программного управляющего устройства.

2. Влагомер поп, 1, отлича тощи й с я тем, что блок сброса и индикации разряда источника питания состоит из двух генераторов тока различной полярности, выходы которых соединены между собой, причем в базовую цепь сл ьо со 00

И·»* транзистора первого генератора вклю-. чен переменный резистор, а в базовую цепь транзистора второго генератора два стабилитрона, и инвертора, два входа которого подключены к точке сое цине— . . через резистор соединен с входом перния выходов обоих генераторов, а выход вого генератора, тока.