SU1749810A1 - Method of determining moisture content - Google Patents
Method of determining moisture content Download PDFInfo
- Publication number
- SU1749810A1 SU1749810A1 SU894712700A SU4712700A SU1749810A1 SU 1749810 A1 SU1749810 A1 SU 1749810A1 SU 894712700 A SU894712700 A SU 894712700A SU 4712700 A SU4712700 A SU 4712700A SU 1749810 A1 SU1749810 A1 SU 1749810A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- electrodes
- voltage
- electrode
- sensor
- capacitance
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Использование: измерение влажности твердых веществ. Сущность изобретени : способ измерени влажности с помощью трехэлектродного накладного емкостного датчика, у которого электроды размещены в линию, включенного последовательно с эталонным резистором, включающий подачу на первый и второй электроды датчика напр жени одинаковой частоты и фазы и регулирование амплитуды напр жени на втором электроде до достижени напр жением на первом электроде максимума. Измерение напр жени между первым и третьим электродами провод т на двух частотах, значение влажности определ ют по расчетной формуле. 3 ил,Use: measurement of moisture solids. SUMMARY OF THE INVENTION: A method for measuring humidity using a three-electrode surface-mounted capacitive sensor, in which electrodes are placed in a line connected in series with a reference resistor, including applying to the first and second electrodes a voltage sensor of the same frequency and phase and adjusting the voltage amplitude on the second electrode until reaching voltage on the first electrode maximum. The voltage measurement between the first and third electrodes is carried out at two frequencies, the humidity value is determined by the calculation formula. 3 or
Description
Изобретение относитс к физико-техническим измерени м и может быть использовано дл измерени влажности неоднородных по толщине материалов.The invention relates to physico-technical measurements and can be used to measure the moisture content of materials of non-uniform thickness.
Известен способ измерени влажности твердых веществ с помощью емкостного трехэлектродного датчика, заключающийс в том, что электроды устанавливают на исследуемом объекте в одной плоскости и на одной оси, причем второй электрод располагают между первым и третьим электродами так, что рассто ние между первым и вторым электродами меньше рассто ни между вторым и третьим электродами, подают на электроды переменное напр жение, измер ют емкость между электродными парами и по результатам измерени емкости рассчитывают влажность материала.A method is known for measuring the moisture content of solids using a capacitive three-electrode sensor, which means that the electrodes are mounted on the object under investigation in the same plane and on the same axis, the second electrode being located between the first and third electrodes so that the distance between the first and second electrodes is shorter the distances between the second and third electrodes, alternating voltage is applied to the electrodes, the capacitance between the electrode pairs is measured, and the moisture content is calculated from the capacitance measurement results a.
Недостатком способа вл етс невозможность исключени вли ни на результаты измерений поверхностного сло переменной толщины, что обусловлено большой нелинейностью чувствительности датчика с компланарными электродами к диэлектрическим свойствам слоев материала , расположенного на разных глубинах.The disadvantage of this method is the impossibility of eliminating the influence on the results of measurements of the surface layer of variable thickness, which is caused by the high nonlinearity of the sensitivity of the sensor with coplanar electrodes to the dielectric properties of layers of material located at different depths.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс способ измерени влажности твердых веществ с помощью емкостного трехэлектродного датчика, заключающийс в том, что электроды устанавливают на исследуемом объекте . в одной плоскости и на одной оси, причем второй электрод располагают между первым и третьим электродами так, что рассто ние между первым и вторым электродами меньше рассто ни между вторым и третьThe closest to the invention in its technical essence is a method for measuring the moisture content of solids using a capacitive three-electrode sensor, which consists in the fact that the electrodes are mounted on the object under study. in the same plane and on the same axis, the second electrode being placed between the first and third electrodes so that the distance between the first and second electrodes is less than the distance between the second and third
4 О 004 O 00
О ABOUT
им электродами, подают на электроды переменное напр жение, измер ют емкость между электродными парами и по результатам измерени емкости рассчитывают влажность материала, на три электрода подают напр жени одинаковой частоты и фазы , измен ют амплитуду напр жени между первым и вторым электродами и по достижению минимального значени емкости между ними производ т измерени емкостей между электродными парами.using electrodes, applying alternating voltage to the electrodes, measuring the capacitance between electrode pairs and measuring the capacitance of the material based on the capacitance measurement results, applying the same frequency and phase voltage to the three electrodes, changing the amplitude of the voltage between the first and second electrodes capacitance values between them measure capacitances between electrode pairs.
Недостатком известного способа вл етс невозможность исключени вли ни на результаты измерений сопротивлени потерь емкостного трехэлектродного датчика .The disadvantage of this method is the impossibility of eliminating the effect on the measurement results of the loss resistance of a capacitive three-electrode sensor.
Цель изобретени - повышение точности измерени путем исключени вли ни сопротивлени потерь емкостного датчика.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the effect of loss resistance of a capacitive sensor.
Поставленна цель достигаетс тем, что при способе измерени влажности твердых веществ с помощью трехэлектродного накладного емкостного датчика, включенного последовательно с эталонным сопротивлением , заключающемс в подаче на первый и второй электроды датчика напр жени одинаковой частоты и фазы и регулировани амплитуды напр жени на втором элек- троде, регулирование амплитуды напр жени провод т между вторым и третьим электродами до достижени амплитуды напр жени между первым и вторым электродами максимума, измерение напр жени между первым и третьим электродами провод т на двух частотах, а значение влажности определ ют по формулеThe goal is achieved by the method of measuring the moisture content of solids using a three-electrode spaced capacitance sensor connected in series with a reference resistance consisting in applying the same frequency and phase voltage to the first and second electrodes and adjusting the voltage amplitude on the second electrode , the voltage amplitude control is conducted between the second and third electrodes until the voltage amplitude between the first and second electrodes reaches its maximum, the voltage measurement between the first and third electrodes is carried out at two frequencies, and the humidity value determined by the formula
Р AiJLP AiJL
Р AluS иГP AluS iG
где А - коэффициент пропорциональности;where a is the proportionality coefficient;
Ui - напр жение между первым и третьим электродами на первой частоте;Ui is the voltage between the first and third electrodes at the first frequency;
U2 - напр жение между первым и третьим электродами на второй частоте.U2 is the voltage between the first and third electrodes at the second frequency.
На фиг.1 изображено пространственное распределение электрических полей в трехэлектродном датчике и исследуемом материале; на фиг.2 - блок-схема устройства , реализующего способ; на фиг.З-эквивалентна схема замещени делител напр жени , состо щего из трехэлектродного датчика и эталонного сопротивлени .Figure 1 shows the spatial distribution of electric fields in a three-electrode sensor and the test material; figure 2 - block diagram of the device that implements the method; in FIG. 3, an equivalent circuit for replacing a voltage divider consisting of a three-electrode sensor and a reference resistance.
Трехэлектродный датчик (фиг.1) состоит из трех электродов 1-3, размещенных на исследуемом объекте 4. При этом создаютс два электрических пол - основное, создаваемое между электродами 1 и 3 под действием разности потенциалов (р , и дополнительное, создаваемое между электродами 1 и 2 под действием разности потенциалов pi , гд е р, р2 , рз - потенциал соответствующего электрода. Причем дополнительное поле имеет по сравнению сThe three-electrode sensor (figure 1) consists of three electrodes 1-3 placed on the object under test 4. This creates two electric fields - the main one created between electrodes 1 and 3 under the action of a potential difference (p, and an additional one created between electrodes 1 and 2 under the action of the potential difference pi, dg er, p2, pz is the potential of the corresponding electrode.
основным полем сравнительно малую глубину . Если (pi pi, то силовые линии дополнительного пол направлены навстречу силовым лини м основного пол , поэтому в поверхностном слое материала объектаthe main field is relatively shallow. If (pi pi, then the power lines of the additional field are directed towards the power lines of the main field, therefore in the surface layer of the material of the object
вследствие суперпозиции полей происходит их взаимна компенсаци . Регулиру величину потенциала (pi на электроде 2 при неизменном потенциале р на электроде 1, измен ют напр женность дополнительногоdue to the superposition of the fields, their mutual compensation occurs. By adjusting the potential value (pi on electrode 2 at a constant potential p on electrode 1, the intensity of the additional voltage is changed
пол , при этом мен етс его глубина проникновени , что позвол ет компенсировать основное поле на заданную глубину. При этог-сизмен етс емкость между электродами 1 и 3 и достигает минимального значени , т.е. исключаетс вли ниеthe field, while changing its penetration depth, which allows to compensate the main field to a predetermined depth. At this level, the capacitance between the electrodes 1 and 3 changes and reaches a minimum value, i.e. influence is excluded
поверхностного сло переменной толщины.surface layer of variable thickness.
Устройство, реализующее способ (фиг.2), содержит трехэлектродный датчик, состо щий из трех электродов 1-3, усилитель 5 с переменным коэффициентом усилени от 1 до 1,5, повторитель 6 напр жени , два измерител 7 и 8 переменного напр жени , эталонное сопротивлени 9 R3, ключ 10, два генератора 11 и 12 переменного напр жени с частотами выходного сигнала а и . соответственно и одинаковыми амплитудами выходного сигнала. Суммарна емкость Сх датчикаThe device implementing the method (Fig. 2) contains a three-electrode sensor consisting of three electrodes 1-3, an amplifier 5 with a variable gain from 1 to 1.5, a voltage follower 6, two meters 7 and 8 of alternating voltage, reference impedance 9 R3, switch 10, two alternating voltage generators 11 and 12 with output signal frequencies a and. respectively, and the same amplitude of the output signal. Total capacitance Cx sensor
Сх-Сб+Сц+С13-С12 ,Cx-Sat + Sc + C13-C12,
где Се - балластна емкость датчика (подложки , проводов, и т.п.);where Ce is the ballast capacitance of the sensor (substrate, wires, etc.);
Си - собственна частична емкость электрода 1;Cu is the own partial capacitance of the electrode 1;
Ci3 - частична емкость между электродами 1 и 3;Ci3 is a partial capacitance between electrodes 1 and 3;
Ci2 - частична емкость между электродами 1 и 2.Ci2 is a partial capacitance between electrodes 1 and 2.
Напр женность электрического пол , создаваемого компланарной системой электродов , максимальна.на поверхности материала и нелинейно убывает по его толщине. В емкости Си и Ci3 существенный вкладThe intensity of the electric field created by the coplanar system of electrodes is maximal on the surface of the material and non-linearly decreases in its thickness. In capacitance C and Ci3 significant contribution
вносит поверхностный слой материала объекта , диэлектрические свойства которого могут заметно отличатьс от остальной массы материала. Емкость Cia целиком определ етс свойствами поверхностного сло introduces a surface layer of the material of the object, the dielectric properties of which may differ markedly from the rest of the material mass. The capacity of the Cia is entirely determined by the properties of the surface layer.
материала. Регулиру напр жение на электроде 2, можно добитьс устранени вли ни на результаты измерени поверхностного сло .material. By regulating the voltage on the electrode 2, it is possible to achieve elimination of the influence on the measurement results of the surface layer.
В Св зи с наличием сопротивлени потерь суммарной емкости между электродами 1 и 3 эквивалентна схема замещени емкостного датчика может быть представлена как комплексное сопротивление двухполюсника с параллельным соединением конденсатора емкостью Сх - суммарной емкостью датчика и сопротивлени потерь датчика (фиг.З).In connection with the presence of loss of total capacitance between electrodes 1 and 3, an equivalent capacitive sensor replacement circuit can be represented as a two-pole impedance with parallel connection of a capacitor Cx - total sensor capacitance and sensor loss resistance (FIG. 3).
Комплексное напр жение в цепи (фиг.З)Complex voltage in the circuit (Fig. 3)
1one
и0 ивых+ивых( рг- + j w Сх)Рэi0 willow + willow (pr- + j w Cx) Re
где Uo и Овых - комплексные напр жени на делителе напр жени - эталонное сопротивление и емкостный датчик, и на емкостном датчике соответственно;where Uo and Oviyh are the complex voltages on the voltage divider — the reference resistance and the capacitive sensor, and on the capacitive sensor, respectively;
RX - сопротивление потерь материала в датчике.RX - material loss resistance in the sensor.
Отношени комплексных напр женийThe relationship of complex stresses
-rr O+jrHi Ra- (2)-rr O + jrHi Ra- (2)
ивыхКхivykh
Модули комплексных напр жений - наблюдаемые амплитуды напр жений соответственно .The modules of complex voltages are the observed amplitudes of the voltages, respectively.
Квадрат модул (2)Square module (2)
10ten
1515
2020
2525
1 Iftl -1 Iftl -
-k-k
Сх 2 2 С7)Cx 2 2 C7)
(О2 - ЙП(O2 - JP
Способ измерени осуществл етс следующим образом.The measurement method is as follows.
Подаетс напр жение посто нной амплитуды Uo на частотах и ftfc на делитель напр жени , состо щий из последовательно соединенных эталонного сопротивлени и емкостного трехэлектродного датчика, раздельно во времени. Измер ют амплитуды напр жений Ui и Da на емкостном трех- электродном датчике между первым и третьим электродами. При регулировании амплитуды напр жени между первым и вторым электродами исключение вли ни поверхностного сло происходит при достижении суммарной емкости Сх минимального значени , а амплитуды напр жени между первым и третьим электродами - максимального значени . Амплитуда напр жени Uo на делителе напр жени поддерживаетс посто нной на обеих частотах ш и an.A constant voltage amplitude Uo is applied at frequencies and ftfc to a voltage divider consisting of a series-connected reference resistance and a capacitive three-electrode sensor, separately in time. The amplitudes of the voltages Ui and Da are measured on a capacitive three-electrode sensor between the first and third electrodes. When adjusting the voltage amplitude between the first and second electrodes, the elimination of the influence of the surface layer occurs when the total capacitance Cx reaches the minimum value, and the voltage amplitude between the first and third electrodes reaches the maximum value. The voltage amplitude Uo on the voltage divider is kept constant at both frequencies w and an.
Тогда (7) примет видThen (7) will take the form
Рэч2Rach2
+p2 + CxRi.+ p2 + CxRi.
(3)(3)
Условно обозначим отношени амплитуд напр жений на делителе напр жени к напр жению на емкостном датчике через k:Let us conventionally denote the ratios of the amplitudes of the voltages on the voltage divider to the voltage on the capacitive sensor through k:
kUokUo
UfiblXUfiblx
(4)(four)
Тогда (3) с учетом (4) k2 (1+feVCxRi.Then (3) in view of (4) k2 (1 + feVCxRi.
RR
(5)(five)
При наблюдении одинаковых амплитуд напр жений Uo на двух частотах УТ и ftfc входных сигналов на делителе напр жени - эталонное сопротивление и емкостный датчик, и амплитуд напр жений на емкостном датчике на тех же частотах Ui и U2 получим систему из двух уравнений с двум неизвестными Сх и Rx:Observing identical amplitudes of voltages Uo at two frequencies UT and ftfc of input signals on a voltage divider — a reference resistance and a capacitive sensor, and amplitudes of voltages at a capacitive sensor at the same frequencies Ui and U2, we obtain a system of two equations with two unknowns Cx and Rx:
RR
(1+)2+u 2c2R2 k2. Кх(1+) 2 + u 2c2R2 k2. Kh
(1+j|)2+ y2:CxRi k2,(1 + j |) 2+ y2: CxRi k2,
UcUc
UcUc
где ki -ту- и - отношени амплитудwhere ki is ttu and amplitude ratios
напр жений на частотах ((&1 соответственно .voltages at frequencies ((& 1, respectively.
Решение (6)Solution (6)
.. Xг.. Xg
(8)(eight)
где Uo - амплитуда напр жени входного сигнала на обеих частотах (й и wz.where Uo is the amplitude of the input voltage at both frequencies (nd and wz.
Аналогичным образом можно измерить емкость Сх трехэлектродного датчика с сухим эталонным материалом при той же амплитуде напр жени Uo на входе датчика:Similarly, the capacitance Cx of a three-electrode sensor with a dry reference material can be measured at the same amplitude of the voltage Uo at the sensor input:
Кэ Ke
и Ъ. и Ь 2-and b. and b 2-
О)ABOUT)
(9)(9)
где Uci и Uc2 - амплитуды напр жений на выходе трехэлектродного датчика с сухим эталонным материалом на двух частотах й)1 и И2 входных сигналов соответственно.where Uci and Uc2 are the amplitudes of the voltages at the output of the three-electrode sensor with the dry reference material at two frequencies (d) 1 and I2 of the input signals, respectively.
Отношение емкостей (8) и (9) будет ха- 50 рактеризовать уровень влажности материа (6)ла:The ratio of containers (8) and (9) will characterize the moisture level of the matter (6) la:
5555
(10)(ten)
Знаменатель в(10) вл етс посто нной величиной, которую можно обозначить как А - коэффициент пропорциональности:The denominator in (10) is a constant value, which can be denoted as A, the proportionality coefficient:
1one
1 1 U Ь U &11 1 U b U & 1
(11)(eleven)
Тогда уровень влажности материала неоднородного по величинеThen the moisture level of the material is non-uniform in size
Р АRA
Yj1Yj1
1и§ 1and§
(12)(12)
Таким образом, при способе измерени влажности вли ние поверхностного сло на результат измерени исключаетс регулированием амплитуды напр жени между первым и вторым электродами до максимального значени амплитуды напр жени между первым и третьим электродами, а вли ние сопротивлени потерь трехэлект- родного датчика исключаетс измерением амплитуд напр жений на двух частотах входных сигналов с последующим вычислением влажности.Thus, in the moisture measurement method, the influence of the surface layer on the measurement result is excluded by adjusting the voltage amplitude between the first and second electrodes to the maximum value of the voltage amplitude between the first and third electrodes, and the loss resistance of a three-electrode sensor is excluded by measuring voltage amplitudes at two frequencies of input signals with the subsequent calculation of humidity.
... Ю i Ы&ыхWo... you i & wy
00
5five
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894712700A SU1749810A1 (en) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | Method of determining moisture content |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894712700A SU1749810A1 (en) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | Method of determining moisture content |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1749810A1 true SU1749810A1 (en) | 1992-07-23 |
Family
ID=21457805
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894712700A SU1749810A1 (en) | 1989-07-03 | 1989-07-03 | Method of determining moisture content |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1749810A1 (en) |
-
1989
- 1989-07-03 SU SU894712700A patent/SU1749810A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 384063,кл.G 01 N 27/22, 1972. Авторское свидетельство СССР №1165967, кл. G 01 N27/22, 1985. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4692685A (en) | Electrical measuring apparatus, and methods for determining the condition or identity of biological material | |
Myers et al. | Dielectric spectroscopy of colloidal suspensions: I. The dielectric spectrometer | |
KR100558379B1 (en) | Impedance-to-voltage converter | |
Chen et al. | Design of impedance measuring circuits based on phase-sensitive demodulation technique | |
RU96103368A (en) | METHOD OF NON-CONTACT DYNAMIC MEASUREMENT OF A DIELECTRIC CONSTANT USING A CAPACITIVE SENSOR | |
Boukamp | A microcomputer based system for frequency dependent impedance/admittance measurements | |
US3988669A (en) | Automatic control and detector for three-terminal resistance measurement | |
EP0815458B1 (en) | Determining the dielectric properties of wood | |
SU1749810A1 (en) | Method of determining moisture content | |
Wolfendale | Capacitive displacement transducers with high accuracy and resolution | |
Kalpinsh et al. | Digital emulation of dielectric relaxation functions for capacitive sensors of non-destructive dielectric spectrometry | |
CN212364429U (en) | Dynamic measurement circuit of array type capacitive sensor | |
SU1165967A1 (en) | Method of measuring moisture content | |
SU862063A1 (en) | Method and device for measuring resistance of thin conductive coatings | |
SU842541A1 (en) | Soil humidity volume converter | |
SU1759402A1 (en) | Device for measuring active and reactive components of biological tissue impedance | |
JPS6441855A (en) | Eddy current flaw detector | |
Wiśniewski | Analysis of a Method for Measuring Deposit Impedance Parameters Using Charge Amplifier and Lock-in Voltmeter | |
SU1597779A1 (en) | Method of determining dielectric permittivity | |
SU720578A1 (en) | Device for measuring parameters of piezoelectric materials by the method of resonance-antiresonance | |
SU924628A1 (en) | Method of measuring piezoceramic material mechanical quality | |
SU983525A2 (en) | Two-frequency eddy current thickness meter | |
SU1506388A1 (en) | Method of measuring dielectric permittivity of solid materials | |
RU2034288C1 (en) | Meter of grain moisture | |
RU2002244C1 (en) | Humidity measuring device |