SU682811A1

SU682811A1 - Apparatus for remotely measuring a parameter of a dielectric material

Info

Publication number: SU682811A1
Application number: SU772438261A
Authority: SU
Inventors: Галина Феодосьевна Любанова; Михаил Витальевич Венедиктов; Владислав Владимирович Масловский; Борис Викторович Швецов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения
Priority date: 1977-01-05
Filing date: 1977-01-05
Publication date: 1979-08-30

Description

Изобретение относитс к области измерительной техники, а именно, к устройствам дл дистанционного измерени параметра диэлектрика, характеризующегос большими измен ющимис потер ми.The invention relates to the field of measurement technology, in particular, to devices for remote measurement of a dielectric parameter characterized by large variable losses.

Известно устройство дл дистанционного измерени влажности материалов, обладающих больщими потер ми 1.A device is known for remotely measuring the moisture content of materials with large losses. 1.

Недостатком этого устройства вл етс то, что измерительна цепь его чувствительна к изменению длины, положени и марки кабел , соедин ющего первичный преобразователь с устройством. Поэтому, при дистанционных измерени х необходимо , чтобы измерительна цепь была смонтирована на корпусе первичного преобразовател . Это приводит к значительному увеличению количества соединительных проводов и вызывает неудобства в эксплуатации , а при использовании этих устройств в искро- и взрывоопасных помещени х требует специального исполнени , что не всегда возможно.A disadvantage of this device is that its measuring circuit is sensitive to changes in the length, position and brand of the cable connecting the primary transducer to the device. Therefore, for remote measurements, it is necessary for the measuring circuit to be mounted on the primary converter housing. This leads to a significant increase in the number of connecting wires and causes inconvenience in operation, and when using these devices in spark-proof and explosive rooms requires special performance, which is not always possible.

Наиболее близким к изобретению техническим решением вл етс устройство, содержащее первичный преобразователь, генератор высокой частоты, мостовую схему, модул тор, усилители, амплитудный детектор , реверсивный двигатель и регистрирующий прибор .The closest technical solution to the invention is a device comprising a primary converter, a high frequency generator, a bridge circuit, a modulator, amplifiers, an amplitude detector, a reversing motor, and a recording instrument.

Существенным недостатком данного устройства вл етс то, что уменьшение вли ни измен ющихс потерь на результат измерени достигаетс щунтированием компенсационного плеча активным сопротивлением , на пор док меньшим сопротивлени возможных активных потерь, вносимых контролируемым влажным материалом. При этом значительно уменьшаютс чувствительность и точность измерени .A significant disadvantage of this device is that the reduction of the effect of varying losses on the measurement result is achieved by shunting the compensation shoulder with active resistance, which is by an order of magnitude lower than the resistance of possible active losses introduced by the controlled wet material. This significantly reduces the sensitivity and accuracy of the measurement.

Целью изобретени вл етс повышение точности дистанционного измерени влажности материалов, характеризующихс значительными измен ющимис потер ми, путем исключени вли ни потерь без понижени чувствительности.The aim of the invention is to improve the accuracy of remote measurement of the moisture content of materials characterized by significant variable loss by eliminating the effect of loss without desensitization.

Поставленна цель достигаетс тем, что в измерительное плечо мостовой цепи параллельно первичному емкостному преобразователю подключены катушка индуктивности , образцовый уравновешивающий конденсатор , модулирующий конденсатор, последовательно соединенный с бесконтактным ключом, а параллельно конденсатору плеча сравнени мостовой цепи включены катушка индуктивности, модулирующий конденсатор , соединенный последовательно с бесконтактным ключом, а также регулируемый резистор, причем подвижный контакт резистора и образцового уравновешивающего конденсатора кинематически соединены с осью реверсивного двигател . Модулирующие конденсаторы подключаютс соответственно к измерительному плечу и плечу сравнени синхронно с частотой , задаваемой модул тором. Выполнение плеч сравнени вышеуказанным образом в мостовой цепи с тесной индуктивной св зью между плечами отношени позвол ет дистанционно измер ть влажность материалов, характеризующихс значительными измен ющимис потер ми без вли ни последних на результат измерени и без понижени чувствительности к измер емому параметру, т. е. обеспечивает повыщение точности измерени . На чертеже представлена функциональна схема предлагаемого устройства. Устройство работает следующим образом . Мостова цепь 1 питаетс от генератора 2 высокой фиксированной частоты через согласующий дифференциальный трансформатор 3. Вторична обмотка трансформатора вл етс плечами 4; 5 отношени мостовой цепи с тесной индуктивной св зью, что исключает вли ние кабел , соедин ющего первичный емкостный преобразователь с мостовой цепью, на результат измерени . Плечи сравнени выполнены в виде параллельных колебательных контуров с модул цией их импеданса емкостью. Измерительное плечо содержит первичный емкостный преобразователь 6, катушку индуктивности 7, образцовый уравновешивающий конденсатор 8, модулирующий конденсатор 9, подключаемый к контуру ключом 10 с частотой, задаваемой модул тором 11, а плечо сравнени - конденсатор 12, катушку индуктивности 13, регулируемый резистор 14, модулирующий конденсатор 15, подключаемый к контуру ключом 16. Параметры элементов этих плеч выбраны таким образом, чтобы при незаполненном преобразователе (или заполненном сухим материалом ) модули плечевых импедансов с подключенными и отключенными модулирующими конденсаторами были равны, т. е. Z7 1 I I 1 i Z, Z,(2) где Zj и Z2 - импедансы соответственно измерительного плеча и плеча сравнени без подключени модулирующих конденсаторов; Zj и Z - их импедансы с подключенными модулирующими конденсаторами; ZJ , iZgi, jZjl, iZgl - модули этих импедансов. При этом измер емое изменение емкости первичного преобразовател , соответствующее влажности анализируемого материала, определенное из равенства (1), не зависит от активных потерь в преобразователе. Однако сопротивление этих потерь оказывает вли ние на условие равновеси мостовой цепи. Дл исключени последнего в плечо сравнени включен резистор 14, сопротивление которого регулируетс соответственно изменению влажности, а следовательно, и сопротивление активных потерь в преобразователе . Подключение и отключение модулирующих конденсаторов 9 и 15 осуществл етс ключами 10 и 16, управл емыми модул тором 11 синхронно. При выполнении равенств (1), (2), и услови равновеси мостовой цепи iZ i-IZij iZ,,|-jZ2 j iZJ-jZ;j |Z;i-|Z2| , где Z4, Zs - импедансы индуктивных плеч 4, 5 отношени , мостова уравновещена. При заполнении первичного преобразовател 6 влажным материалом, нарушаетс равенство (1), а следовательно и равенства (3) и (4). Сигнал разбаланса мостовой цепи представл ет напр жение высокой частоты , промодулированное импедансом измерительного плеча с частотой, задаваемой модул тором. Амплитуда промодулированного напр жени определ етс влажностью анализируемого материала, а фаза - отклонением емкости первичного преобразовател от положени равновеси - равенство (1). Напр жение разбаланса, усиленное избирательным усилителем 17 высокой частоты , поступает на амплитудный детектор 18. Выделенна низкочастотна огибающа сигнала поступает на фазочувствительный усилитель 19 низкой частоты, а затем на управл ющую обмотку реверсивного двигател 20. Ось последнего кинематически соединена с осью ротора образцового уравновешивающего конденсатора 8, регулируемого резистора 21 в регистрирующем приборе 22. При поступлении сигнала на управл ющую обмотку реверсивный двигатель 20, отрабатыва , уменьшает емкость образцового уравновешивающего конденсатора 8 на величину, соответствующую увеличению емкости первичного преобразовател 6 при заполнении его влажным материалом, а величину сопротивлени резистора 14 соответственно изменению сопротивлени активных потерь, т. е. приводит мостовую цепь в состо ние равновеси - равенства (3) и ( 4). Изменение емкости образцового уравновешивающего кондепсатора 8, вл ющеес мерой измер емой влажности, в приборе 22 преобразуетс в стандартный сигнал и регистрируетс .The goal is achieved by connecting an inductor in the measuring arm of a bridge circuit parallel to the primary capacitive converter, an exemplary balancing capacitor, a modulating capacitor connected in series with a contactless key, and an inductance coil connected in parallel with a bridge comparison arm capacitor connected in series with a non-contact key, as well as an adjustable resistor, with a moving contact resistor and exemplary ur The anti-balance capacitor is kinematically connected to the axis of the reversing motor. The modulating capacitors are connected respectively to the measuring arm and the comparison arm synchronously with the frequency set by the modulator. Performing the comparison arms in the above manner in a bridge circuit with a close inductive connection between the relationship arms allows you to remotely measure the moisture content of materials characterized by significant variable losses without affecting the measurement result and without reducing sensitivity to the parameter being measured, i.e. provides increased measurement accuracy. The drawing shows a functional diagram of the device. The device works as follows. Bridge circuit 1 is powered by a high fixed frequency generator 2 through a matching differential transformer 3. The secondary winding of the transformer is the arms 4; 5 ratios of the bridge circuit with close inductive coupling, which excludes the influence of the cable connecting the primary capacitive converter with the bridge circuit, on the measurement result. Shoulders of comparison are made in the form of parallel oscillatory circuits with modulation of their impedance capacity. The measuring arm contains a primary capacitive converter 6, an inductance coil 7, an exemplary equilibrating capacitor 8, a modulating capacitor 9 connected to the circuit by a switch 10 with a frequency specified by the modulator 11, and the reference arm is a capacitor 12, the inductance 13, an adjustable resistor 14 modulating a capacitor 15 connected to the circuit with a key 16. The parameters of the elements of these shoulders are chosen so that when the converter is empty (or filled with dry material), the modules of shoulder impedances with CONNECTIONS & disconnected modulating capacitors were equal, ie Z7 1 I I 1 i Z, Z, (2) where Zj and Z2 - impedances respectively measuring arm and shoulder comparison without connecting modulating capacitors..; Zj and Z - their impedances with connected modulating capacitors; ZJ, iZgi, jZjl, iZgl are the modules of these impedances. In this case, the measured change in the capacitance of the primary converter, corresponding to the moisture content of the material being analyzed, determined from equality (1), does not depend on the active losses in the converter. However, the resistance of these losses affects the equilibrium condition of the bridge circuit. In order to eliminate the latter, a resistor 14 is included in the reference arm, the resistance of which is adjusted according to the change in humidity and, consequently, the resistance of the active losses in the converter. The connection and disconnection of the modulating capacitors 9 and 15 is carried out by the keys 10 and 16, controlled by the modulator 11 synchronously. When equality (1), (2) is fulfilled, and the equilibrium condition of the bridge chain is iZ i-IZij iZ ,, | -jZ2 j iZJ-jZ; j | Z; i- | Z2 | where Z4, Zs are the impedances of the inductive arms 4, 5 ratios, the bridge is balanced. When the primary converter 6 is filled with a wet material, equality (1) is violated, and therefore equality (3) and (4) is violated. The unbalance signal of the bridge circuit represents a high frequency voltage modulated by the impedance of the measuring arm with the frequency set by the modulator. The amplitude of the modulated voltage is determined by the humidity of the material being analyzed, and the phase by the deviation of the capacity of the primary converter from the equilibrium position is equality (1). The unbalance voltage, amplified by the high-frequency selective amplifier 17, goes to the amplitude detector 18. The selected low-frequency envelope signal goes to the low-frequency phase-sensitive amplifier 19, and then to the control winding of the reversing motor 20. The axis of the latter is kinematically connected to the axis of the rotor of the sample equilibrating condenser 8. , adjustable resistor 21 in the registering device 22. When a signal arrives on the control winding, the reversing motor 20, working off, reduces the capacitance a different balancing capacitor 8 by an amount corresponding to an increase in the capacity of the primary converter 6 when it is filled with a wet material, and the resistance value of the resistor 14 corresponds to the change in the active loss resistance, i.e., brings the bridge circuit to equilibrium - equality (3) and (4) . The change in capacitance of the model balancing trap 8, which is a measure of the measured humidity, is converted into a standard signal in the device 22 and recorded.

При опорожнении первичного преобразовател 6 от анализируемого материала уменьшаетс емкостна составл юща импеданса Zi, нарушаютс равенства (1), (3), (4), а фаза низкочастотной огибаюшей напр жени разбаланса мостовой цепи изменитс на 180°. Реверсивный двигатель 20, отрабатыва в противоположную сторону, увеличивает емкость образцового уравновешпваюшего конденсатора 8 и сопротивление резистора 14 на соответствующую величину и приводит мостовую цепь к начальному равновесию, а выходной сигнал прибора 22 к нулю.When emptying the primary converter 6 from the analyzed material, the capacitance component of the impedance Zi is reduced, equalities (1), (3), (4) are violated, and the phase of the unbalance of the bridge circuit changes by 180 °. The reversible motor 20, working in the opposite direction, increases the capacity of the model equilibrium capacitor 8 and the resistance of the resistor 14 by the appropriate amount and leads the bridge circuit to initial equilibrium, and the output signal of the device 22 goes to zero.

Claims

1. USSR author's certificate M 311192, cl. G 01N 27/22, 1970.

2. USSR author's certificate N ° 252680, cl. G 01N 27/22, 1968.