SU603889A1

SU603889A1 - Dielectric humidity meter-indicator

Info

Publication number: SU603889A1
Application number: SU762349155A
Authority: SU
Inventors: Эмануил Израилевич Арш
Priority date: 1976-04-19
Filing date: 1976-04-19
Publication date: 1978-04-25

Description

1one

Изобретение относитс к области измерений влажности веществ автогенераторным резонансным методом с помощью бесконтактных емкостных датчиков и может быть использовано с системах дистанционного контрол и автоматического регулировани вла;кности.The invention relates to the field of measuring the humidity of substances by the autogenerator resonance method using contactless capacitive sensors and can be used with remote control systems and automatic moisture control.

Известно устройство дл измерени влажности , содержащее ламповый автогенератор с пьезонварцеаым резонатором в сеточной цепи и анодным колебательным контуром, параллельно которому включен емкостный датчик. При увеличении емкости анодного контура в процессе измерени датчиком влажности среды, внесенной в его поле, происходит расстройка анодного и сеточного резонансных контуров. Эта расстройка приводит к срыву генерации, который характеризуетс резкими изменени ми посто нных составл ющих анодиого и сеточного токов. Дл измерени малых значений изменений емкости датчика, пропорциональных изменением контролируемой влажности, используетс зона этих резких изменений в характеристике срыва. Автогенератор выполиен на триодной части лампы 6Е5С, котора одновременно служит индикатором 1.A device for measuring humidity is known, which contains a tube self-oscillator with a piezswart resonator in a grid circuit and an anode oscillating circuit, in parallel with which a capacitive sensor is connected. With an increase in the capacity of the anode circuit in the process of measuring by the humidity sensor of the medium introduced in its field, the anode and grid resonance circuits are detuned. This detuning leads to a breakdown of generation, which is characterized by abrupt changes in the constant components of the anodic and grid currents. To measure small values of sensor capacitance changes proportional to changes in controlled humidity, a zone of these abrupt changes in the breakdown characteristic is used. The autogenerator is made on the triode part of the 6E5C lamp, which also serves as an indicator 1.

Схема, использующа срыв колебаний и выполненна на электронно-световом индикаторе , отличаетс простотой и надежностью, The circuit, which uses the breakdown of oscillations and is made on the electron-light indicator, is distinguished by simplicity and reliability,

22

однако, имеет недостатки, заключающиес в том, что достаточна чувствительность имеет место только в узкой зоне срыва генерации, котора соответствует малым значени м эквивалентного сопротивлени нагрузки автогенератора . Кроме того, эта схема не решает задачу дистанционного контрол .However, it has the drawbacks that sufficient sensitivity takes place only in a narrow generation stall zone, which corresponds to small values of the equivalent load resistance of the autogenerator. In addition, this scheme does not solve the problem of remote control.

Ближайшим техническим решением вл етс диэлькометрический влагомер, собранный на транзисторном автогенераторе 2. Емкостный датчик включен параллельно колебательному контуру. Вольтметр, измер ющий напр жение на колебательном контуре, включен между средней точкой индуктивности и землей. Момент срыва колебаний при подготовке к измерени м выбираетс с помощью переменного конденсатора в цепи положительной обратной св зи . Особенностью схемы вл етс включение резистора между колебательным контуром и емкостным датчиком. Предполагаетс , что это позвол ет зиачительно повысить верхний предел измер емых зиачений влажности, прн которых происходит срыв генерации. Срыв генерации используетс дл включени двухпозициониого релейного сигнализатора или регул тора влажности.The closest technical solution is a dielectric moisture meter assembled on a transistor oscillator 2. The capacitive sensor is connected in parallel with an oscillating circuit. A voltmeter that measures the voltage across an oscillating circuit is connected between the center of inductance and ground. The moment of oscillation breakdown in preparation for measurements is selected using a variable capacitor in the positive feedback circuit. A feature of the circuit is the inclusion of a resistor between the oscillating circuit and the capacitive sensor. It is assumed that this allows a significant increase in the upper limit of the measured humidity fluctuations, for which generation is disrupted. Generation stall is used to turn on a two-way relay alarm or moisture controller.

Однако включение резистора последовательио с емкостным датчиком ие может значительlio увеличить диапазон измер емых величин в сторону больших значений влажности, так как дл бесконтактных емкостных датчиков имеет место ограничение по максимальным значени м тангенса угла потерь tg S исследуемых сред - резонанасные методы, использующие емкостные 6ecKOHtaKTHbie датчики, могут иримен тьс дл контрол влажности сред, имеющих на частоте измерений tgS 4 0,9.However, the inclusion of a resistor with a capacitive sensor may not significantly increase the range of measured values in the direction of high humidity values, since for contactless capacitive sensors there is a limitation on the maximum values of the loss tangent tg S of the studied media - resonant methods using 6ecKOHtaKTHbie capacitive sensors, can be used to control the humidity of media having 0g of tgS 4 at the measurement frequency.

Прототип, в котором емкостный датчик включен параллельно колебательному контуру, работает при срыве генерации, а это соответствует работе на том участке статической характеристики измерительного автогенератора, где крутизна невелика, т. е. прибор имеет малую чувствительность. Осуществление дистан-. ционного беспроводного контрол возможно только на несущей частоте автогенератора, причем на приемной стороне могут быть зафиксированы только моменты срыва генерации, соответствующие достижению влажности заданному контролируемому значению. Кроме того, при использовании несущей частоты в качестве сигнала дистанционный беспроводной контроль неэкономичен и не вл етс надежным, так как отключение питани автогенератора может привести к ложным срабатывани м устройств на приемной стороне.The prototype, in which the capacitive sensor is connected parallel to the oscillatory circuit, works when generation fails, and this corresponds to the work on that part of the static characteristic of the measuring oscillator, where the slope is small, that is, the device has low sensitivity. Implementation of distance. wireless control is possible only at the carrier frequency of the oscillator, and on the receiving side only generation breakdown moments corresponding to the achievement of humidity at a given controlled value can be fixed. In addition, when using a carrier frequency as a signal, remote wireless monitoring is uneconomical and not reliable, since the power failure of the oscillator can lead to false positives of devices at the receiving side.

Целью изобретени вл етс увеличение чувствительности и расщирение диапазона контролируемых значений влажности.The aim of the invention is to increase the sensitivity and broaden the range of monitored humidity values.

Это достигаетс тем, что в схему введены усилитель мощности, транзисторный ключ и селективный приемник-частотомер, причем вход усилител мощности соединен через конденсатор с коллектором транзистора измерительного автогенератора, вход транзисторного ключа соединен с элементом нагрузки амплитудного детектора , а выход транзисторного ключа соединен с цепью включени питани усилител мощности.This is achieved by introducing a power amplifier, a transistor switch and a selective receiver-frequency meter into the circuit, the input of the power amplifier is connected via a capacitor to the collector transistor of the measuring oscillator, the input of the transistor switch is connected to the load element of the amplitude detector, and the output of the transistor switch is connected to the switching circuit power amplifier power.

На чертеже изображена структурна схема предложенного диэлькометрического влагомера-сигнализатора .The drawing shows a structural diagram of the proposed dielectric moisture meter-detector.

Она состоит из измерительного автогенератора 1, транзисторного ключа 2, усилител мощности 3 и селективного приемника-частотомера 4.It consists of a measuring oscillator 1, a transistor switch 2, a power amplifier 3 and a selective receiver-frequency meter 4.

Измерительный автогенератор 1, собранный по схеме с общим эмиттером, содержит транзистор 5, резисторы 6, 7, обеспечивающие подачу смещени на базу транзистора, пьезокварцевый частотозадающий резонатор 8, конденсатор 9 и переменный резистор 10 в эмиттерной цепи конденсатор 11 и катущку индуктивности 12, образующие колебательный контур, катушку индуктивности 13 и емкостный датчик 14, образующий нагрузочный контур, последовательно включенные переменный резистор 15 и резистор 16, щунтирующие нагрузочный контур; переходные конденсаторы 17, 18; амплитудный детектор, выполненный на диодах 19, 20, конденсатор 21 и резистор 22, служащие совместно с индикатором 23 нагрузкой детектора, резистор 24 и переменный резистор 25,-образующие цепь компенсации начального сигнала.The measuring oscillator 1, assembled according to a common emitter circuit, contains a transistor 5, resistors 6, 7 providing a bias to the base of the transistor, a piezoquartz frequency defining resonator 8, a capacitor 9 and a variable resistor 10 in the emitter circuit, a capacitor 11 and an inductance 12, forming an oscillatory circuit, the inductor 13 and the capacitive sensor 14, forming a load circuit, a series-connected variable resistor 15 and a resistor 16, bypassing the load circuit; transition capacitors 17, 18; an amplitude detector made on diodes 19, 20, a capacitor 21 and a resistor 22, which together with the indicator 23 serve as a detector load, a resistor 24 and a variable resistor 25, forming the initial signal compensation circuit.

Усилитель мощности 3 содержит источник питани 26, усилитель 27 и антенну 28. Приемник-частотомер состоит из прие.мной антенны 29, фильтра 30, усилител 31, детектора 32, одновибратора 33 и частотомера 34. Напр жение питани измерительного автогенератора подаетс на клеммы 35, 36; выходное напр жение высокой частоты снимаетс с клемм 37, 36; выходное выпр мленное напр жение сни- . маетс с клемм 38, 36.Power amplifier 3 contains a power source 26, amplifier 27 and antenna 28. The receiver-frequency meter consists of a receiving antenna 29, a filter 30, an amplifier 31, a detector 32, a single-oscillator 33 and a frequency meter 34. The supply voltage of the measuring auto-generator is supplied to terminals 35, 36; the output high-frequency voltage is removed from terminals 37, 36; output rectified voltage wired from terminals 38, 36.

Принцип действи схемы заключаетс в следующем. До внесени среды в ближнюю зону емкостного датчика 14 колебательна система измерительного автогенератора 1 настраиваетс таким образом, чтобы рабоча точкаThe principle of operation of the circuit is as follows. Before the medium is introduced into the near zone of the capacitive sensor 14, the oscillatory system of the measuring oscillator 1 is adjusted so that the operating point

находилась на левом склоне амплитудно-частотной характеристики двухконтурной св занной колебательной системы. Начальный сигнал, выдел емый на индикаторе 23, вл ющемс частью нагрузки амплитудного детектора, компенсируетс с помощью переменного резистора 25. С помощью переменного резистора 10 устанавливаетс така величина посто нной времени Те цепи автосмещени , чтобы она была несколько меньщей посто нной времени Т« колебательной системы автогенератора. Условие обеспечивает режим непрерывной генерации . Выпр мленное выходное напр жение на клеммах 38, 36, подаваемое на вход транзисторного ключа 3, равно нулю и питание на усилитель 27 не подаетс . При внесении контролируемой среды в поле емкостного датчика 14 происходит расстройка колебательной системы, пропорциональна влажности, и добротность колебательной системы уменьшаетс . Это приводит к уменьщению посто нной времени Т, котора становитс меньше, чем Тс. Генератор переходит при этом в режим прерывистой генерации , причем частота следовани пачек (серий) синусоидальных колебаний FC зависит от добротности колебательной системы, т. е. от-величины влажности контролируемой среды. Переход в режим прерывистой генерации происходит в зоне больших значений эквивалентного сопротивлени нагрузки автогенератора , т. е. в области больщой чувствительности . В момент перехода в режим прерывистой генерации переменное напр жение на коллекторе транзистора 5 резко снижаетс ; это приводит к по влению выпр мленного сигнала на клеммах 38, 36, срабатыванию транзисторного ключа 3 и включению источника питани 26 усилител 27. Усилитель мощности, на вход которого (клеммы 37, 36) через конденсатор 17 подаетс переменное напр жение с коллектораwas on the left slope of the amplitude-frequency characteristic of the dual-circuit coupled oscillatory system. The initial signal extracted by the indicator 23, which is part of the load of the amplitude detector, is compensated by the variable resistor 25. The variable resistor 10 is used to determine the value of the time constant Te of the auto-bias circuit so that it is slightly less than the time constant T of the oscillating system auto generator. The condition provides a continuous generation mode. The rectified output voltage at terminals 38, 36 supplied to the input of transistor switch 3 is zero and no power is supplied to amplifier 27. When a controlled medium is introduced in the field of the capacitive sensor 14, a detuning of the oscillating system occurs, proportional to the humidity, and the quality factor of the oscillatory system decreases. This leads to a decrease in the time constant T, which becomes less than Tc. The generator then goes into a discontinuous generation mode, and the frequency of the followings of the bursts (series) of sinusoidal oscillations FC depends on the quality factor of the oscillating system, i.e., on the value of the humidity of the controlled medium. The transition to the intermittent generation mode occurs in the area of large values of the equivalent load impedance of the oscillator, i.e., in the region of greater sensitivity. At the moment of transition to the discontinuous generation mode, the alternating voltage across the collector of transistor 5 decreases sharply; This leads to the appearance of a rectified signal at terminals 38, 36, the operation of transistor switch 3 and the switching on of the power supply 26 of amplifier 27. A power amplifier, to the input of which (terminals 37, 36), a alternating voltage is supplied from capacitor 17 through capacitor 17

транзистора 5, подает в антенну 26 усиленный сигнал в виде серий синусоидальных колебаний с частотой следовани F. Эти прерывистые колебани воспринимаютс антенной 29 селективного пр моотсчетного частотомера, показани которого свидетельствуют не только о достижении контролируемой средой заданного значени влажности, но и о степени превыщени этих значений. Настройка влагомера-сигнализатора на заданное значение влажности, при котором происходит переход в режим прерывистой генерации, производитс с помощьюtransistor 5, supplies the antenna 26 with an amplified signal in the form of a series of sinusoidal oscillations with a frequency of F. These intermittent oscillations are perceived by the antenna 29 of a selective direct frequency meter, indications of which indicate not only the achievement of a specified humidity value by the controlled medium, but also the degree that these values exceed . Setting the moisture meter to a predetermined humidity value at which the transition to the intermittent generation mode occurs is performed using

переменного резистора 10 в цепи эмиттерного автосмещени и переменного резистора 15 в цепи, шунтирующей нагрузочный контур.variable resistor 10 in the emitter self-bias circuit and variable resistor 15 in the circuit, shunting the load circuit.

Использование перехода автогенератора из непрерывного режима в прерывистую генерацию , введение в схему, усилител мощности переменного выходного сигнала, который св зан с транзисторным ключом, подключенным к цепи выпр мленного выходного напр жени , и селективного частотомера позвол ют увеличить чувствительность, расщирить диапазон контролируемых значений влажности и осуществить дистанционный беспроводной контроль в системах сигнализации и автоматического регулировани влажности.The use of the auto-oscillator transition from continuous to intermittent generation, introduction to the circuit, a variable output power amplifier, which is connected to a transistor switch connected to the straightened output voltage, and a selective frequency meter, increase the sensitivity, extend the range of monitored humidity values and implement remote wireless control in alarm systems and automatic humidity control.

Такое решение выгодно отличает предлагаеемый влагомер-сигнализатор от известного и подобных устройств, так как, помимо увеличени чувствительности и расширени диапазона контролируемых величин, схема экономична - измерительный автогенератор в непрерывном режиме работает в недонапр женной области при очень малом токопотреблении, а усилитель мощности включаетс только во врем контрол и регулировани . Кроме того, благодар получению сигнала, характеризующего степень превышени влажности, может быть повышена . эффективность авторегулировани .This solution favorably distinguishes the proposed moisture meter from known and similar devices, since, in addition to increasing the sensitivity and expanding the range of monitored values, the circuit is economical - the measuring oscillator in a continuous mode operates in an understressed area with very low current consumption, and the power amplifier is turned on only in control and adjustment time. In addition, by obtaining a signal characterizing the degree of excess moisture, it can be enhanced. auto adjustment efficiency.

Предлагаема схема дистанционного сигнализатора может быть применена также при контроле, например, угла потерь, электропроводности , магнитной проницаемости, концентрации и других электрических и неэлектрических величин, измер емых автогенераторным резонансным методом.The proposed scheme of the remote signaling device can also be applied to control, for example, the angle of loss, electrical conductivity, magnetic permeability, concentration, and other electrical and non-electrical quantities measured by the self-oscillating resonance method.

Claims

1.Berliner M.A. Electrical measurements, automatic control and regulation of humidity. M., 1965, p. 132-135.

2. US patent number 3.793.585, cl. 324-61, 1974.