UA78358C2 - Thermogravimetric products' hydrometer - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до вимірювальної техніки и може бути використаний для вимірювання вологості проб 2 продуктів і сипучих матеріалів.

Відомий термогравіметричний вимірювач вологості продуктів |див. Авторское свидетельство Мо1373698 А1, клас 501М25/56, Ю.И.Кулиєв, Е.П.Шахматов, Т.М.Аскеров, Ш.Ш.Гахраманов "Термогравиметрический влагомер"| складається з сушильної камери з розміщеною в ній вантаже-приймальною площадкою, яка жорстко з'єднана з блоком збудження електромагнітних коливань в магнітному полі котушки, давач переміщення вантаже-приймальної площадки, яка з'єднана через суматор і підсилювач з котушкою блоку збудження механічних коливань, індикатора, релейного контакту, підсилювача похідної сигналу переміщення, який з'єднаний зі входом давача переміщення і другим входом суматора, а індикатор з'єднаний з обмоткою блоку збудження.

Відомому вимірювачу вологості притаманні похибки, що обумовлені нестабільністю параметрів функції 12 перетворення струморегулятора, яка викликана дією зовнішніх дестабілізуючих факторів. Це призводить до зменшення точності вимірювання вологості продуктів. Крім того, на точність вимірювання впливає нестабільність параметрів високочутливого індуктивного давача, яка також обумовлена дією зовнішніх дестабілізуючих факторів. Слід зауважити, що і нестабільність спрацьовування контактів реле призводить до зміни напруги на другому вході суматора ії; в свою Чергу, також впливає на точність вимірювання.

Найбільш близьким до запропонованого є термогравіметричний вимірювач вологості продуктів (див.

Аналізатор вологості ЕЛВІЗ-2, пункт 1, адгорігпез.ги/адгоргоа 0006598), що містить ваги та цифровий відліковий пристрій, мікропроцесор і вимірювальний перетворювач температури, цифрові входи-виходи яких з'єднані між собою через загальну шину, до якої підключений і цифровий вхід перетворювача "код-струм", виходи якого з'єднані з нагрівачем-формувачем інфрачервоного потоку випромінювання, що розташований між с 29 чашечкою ватів з досліджуваним об'єктом і параболічним дзеркалом, тепловий потік від якого спрямований на Ге) чашечку ватів і нагріває два послідовно з'єднані між собою терморезистори, об'єднані виводи яких підключені до земляної шини, а протилежні виводи терморезисторів з'єднані зі входами вимірювального перетворювача.

Відомий термогравіметричний вимірювач вологості продуктів забезпечує не досить високу точність вимірювання, тому що використовує аналітичні ваги з електромеханічним сенсором тиску. Крім того, процедура со 30 вимірювання не забезпечує виключення мультиплікативної складової систематичної похибки вимірювання ю вологості продуктів, яка обумовлена дією зовнішніх дестабілізуючих факторів на чутливий елемент аналітичних ватів, зокрема, електричних і магнітних полів, температури тощо. о

В основу винаходу покладена технічна задача створення такого термогравіметричного вимірювача вологості о продуктів, у якому шляхом введення нових функціональних блоків та їх зв'язків між собою та з відомими 3о функціональними блоками вимірювача, забезпечило б підвищення точності вимірювання. в

Поставлена задача вирішується тим, що термогравіметричний вимірювач вологості продуктів; що містить ваги та цифровий відліковий пристрій; мікропроцесор і вимірювальний перетворювач температури, цифрові входи-виходи яких з'єднані між собою Через загальну шину, до якої підключений цифровий вхід перетворювача « "код-струм", виходи якого з'єднані з нагрівачем-формувачем інфрачервоного потоку випромінювання, що З 40 розташований між чашечкою ватів з досліджуваним об'єктом і параболічним дзеркалом, тепловий потік від якого с спрямований на чашечку ватів і нагріває два послідовно з'єднані між собою терморезистори, об'єднані виводи

Із» яких підключені до земляної шини; протилежні виводи терморезисторів з'єднані зі входами вимірювального перетворювача, від відомого відрізняється тим, що додатково введені обтюраторний диск, синхронний двигун, світловипромінюючий діод, фотодіод, підсилювач-формувач синхроіїмпульсів та послідовно розташовані на 49 оптичній вісі і оптично з'єднані між собою генератор оптичного випромінювання, оптичний сенсор сили, це. фокусуюча лінза і фотоприймач, вхід якого підключений до послідовно з'єднаних між собою підсилювача о змінного струму, фільтру верхніх частот, синхронного детектору та аналогово-дифрового перетворювача; виходи якого підключені через загальну шину до мікропроцесора; з яким через цю ж шину з'єднані і входи управління о синхронним двигуном, жорстко з'єднаного з обтюраторним диском, який розташований між фокусуючою лінзою сл 20 та фотоприймачем, - з одного боку, і між світловипромінюючим діодом і фотодіодом, - з другого боку, причому фотодіод підключений до входів підсилювача-формувача синхроімпульсів, вихід якого з'єднаний зі входом со управління синхронного детектора, а світловипромінюючий діод підключений до входу одного з розрядів мікропроцесора.

На кресленні наведена структурна схема термогравіметричного вимірювача вологості продуктів, де 1 - джерело оптичного випромінювання, 2 - перетворювач код-струм, З - параболічне дрзеркало, 4 -

ГФ) нагрівач-формувач інфрачервоного випромінювання, 5 та 6 - перший та другий термочутливі резистори (сенсори юю температури), 7 - об'єкт дослідження (продукт), 8 - чашечка ватів, 9 - оптичний сенсор сили, 10 - вимірювальний перетворювач температури, 11 - фокусуючи лінза, 12 - світло випромінюючий діод, 13 - обтюраторний диск, 14 - фото діод, 15 - фотоприймач, 16 - синхронний двигун, 17 - підсилювач-формувач 60 синхроімпульсів, 18 - підсилювач змінного струму; 19 - фільтр верхніх частот, 20 - синхронний детектор, 21 - аналогово-дифровий перетворювач, 22 - мікропроцесор, 23 - цифровий відліковий пристрій та 24 - загальна шина. У склад ватів входить чашечка 8 та оптичний сенсор сили 9. Інші механічні частини ватів на кресленні не наведені.

При цьому цифрові входи-виходи цифрового відлікового пристрою 23, мікропроцесор 22 і вимірювального бо перетворювача температури 10, з'єднані між собою через загальну шину 24, до якої підключений і цифровий вхід перетворювача код-струм 2. Виходи перетворювача код-струм 2 підключені до нагрівача-формувача 4 інфрачервоного потоку випромінювання, що розташований між чашечкою 8 ватів з досліджуваним об'єктом 7 і параболічним дзеркалом 3. Тепловий потік від дзеркала З спрямований на чашечку 8 ватів і нагріває два послідовно з'єднані між собою терморезистори 5 та 6, об'єднані виводи яких підключені до земляної шини, а протилежні виводи терморезисторів 5 і 6 з'єднані зі входами вимірювального перетворювача 10.

У вимірювач додатково введені послідовно розташовані на оптичній осі та оптично з'єднані між собою генератор оптичного випромінювання 1, оптичний сенсор сили 9, фокусуючи лінза 11 і фотоприймач 15, вихід якого підключений до послідовно з'єднаних між собою підсилювача змінного струму 18, фільтру верхніх частот 7/0 19, синхронного детектору 20 й аналогово-дифрового перетворювача 21. Виходи аналогово-дифрового перетворювача 21 підключені через загальну шину 24 до мікропроцесора 22, з яким через цю ж шину 24 з'єднані і входи управління синхронним двигуном 16.

Синхронний двигун 16 жорстко з'єднаний з обтюраторним диском 13, який розташований між фокусуючою лінзою 11 та фотоприймачем 15, - з одного боку, та між світловипромінюючим діодом 12 і фотодіодом 14, - з 7/5 другого боку. Причому фотодіод 14 підключений до входів піллилювача-формувача синхроімпульсів 17, вихід якого з'єднаний зі входом управління синхронного детектора 20, а світловипромінюючий діод 12 підключений до входу одного з розрядів мікропроцесора 22.

Припустимо, що реальна функція перетворення оптико-електронного каналу, який складається з джерела оптичного випромінювання 1, оптичного сенсора сили 9, фокусуючої лінзи 11, фотоприймача 15, підсилювача 18, фільтра верхніх частот 19 і синхронного детектора 20, описується рівнянням величин виду с. (0) де Фу - потужність потоку оптичного випромінювання, яка пропорційна вимірюваній силі г) ик, жечев не чен УНН ; жу - реальна крутість перетворення каналу - у Зд - номінальна крутість перетворення каналу; щк - відносна зміна крутості со дя СЕ М чи вч Й перетворення у результаті дії зовнішніх дестабілізуючих факторів (температури, вологості, тиску тощо); ; -

ШЖМ с реальне зміщення функції перетворення ; А номінальна за значенням напруга со зв Зміщення; я - адитивна вимірювання, зе ге 4 - мультиплікативна похибка вимірювання. ї-

Надалі, для зручності, будемо використовувати функцію перетворення (1) записану наступним чином: а с) «

Шк -Бузан А шщ с з» де а і Зо - крутість перетворення сили у потужність потоку оптичного випромінювання.

Розглянемо сутність роботи запропонованого термогравіметричного вимірювача вологості продуктів. -і Після вмикання джерела живлення (на рисунку не показано) вмикаються всі електричні блоки вимірювача. со Одночасно починає працювати синхронний двигун 16, з ротором якого жорстко з'єднаний обтюраторний диск 13.

За допомогою останнього здійснюється модуляція потоку оптичного випромінювання, який поступає на (95) фотоприймач 15, переривання потоку оптичного випромінювання від світловипромінюючого діоду 12 і сл 50 формування синхроімпульсів на виході підсилювача-формувача 17. На виході цифрового відлікового пристрою 23 встановлюються нулі.

ІЧ е) Розглянемо процес перетворення сили Р.-туд, що діє на чашечку 8 вагів, у напругу ОХ.

Чашечка 8 жорстко з'єднана з мембраною оптичного сенсора 9. Мембрана прогинається пропорційно дії сили

Ру. В результаті частина потоку оптичного випромінювання, що формується джерелом 1 і пропорційна силі Р, проходить крізь оптичний сенсор 9 і фокусуючу лінзу 11 на фотоприймач 15.

Оскільки між фокусуючою лінзою 11 і фотоприймачем 15 розташований обтюраторний диск 13, що з'єднаний о з синхронним двигуном 16, то у непарні напівперіоди обертання обтюраторного диску 13 на виході іме) фотоприймача 15 формується гармонічний сигнал 60 вд то З) т ш- ше ЖИ

ЛЕ? В); кі; паж ЇЙ б5 де 5, ; й - частота обертання, а у парні напівперіоди - гармонічний сигнал в, ецеіврьні щ - -р с . Е Др аккиикио ЗИ і ре ту се ї Кан ки йти о ж Кт

ДЖ сей но ом ТІ дя

ВРУ М ЕЕ ск я ЗХ «ЛШ тя п

І ЖИШКЕ є вища БЕ -й ресзняне са,

За повний період обертання на вхід підсилювача змінного струму 17, з коефіцієнтом підсилення К р разів, поступає електричний сигнал . Цей сигнал фільтрується за допомогою фільтра верхніх

ПИ ін ВЙю частот 19 і у вигляді гармонічного сигналу до т 9)

Ж КЕ. донних: Яр: : ж- Я і шт -й й Не ї ж ва РИ

ШЕ ак

І-І поступає на вхід синхронного детектора 20.

Синхронний детектор 20 керується за допомогою сигналу типу "меандр" іх (6) с

Ж свое я 29 шко хе вах ЕНН ве ВК

АК дея ни о хе ч Св а В ; а Божа ИН в Я т їн де Шо - амплітуда гармонічного сигналу. со

Сигнал синхронізації (6) формується за допомогою підсилювача-формувача синхроімпульсів 17, до входу ю якого підключений фотодіод 14. На цей фотодіод 14 через обтюраторний диск 13 у парні напівперіоди обертання обтюраторного диску надходить світловий потік від світловипромінюючого діоду 12. і)

В результаті синхронного детектування та усереднення на вхід аналогово-дифрового перетворювача 21 со надходить постійна напруга і - тру ідврнвельти о (7) о; нд де Не ; Ксд - коефіцієнт передачі синхронного детектора 20. 20 ща ше ее, -

Не ВЕ Зак ЖБЯ с За допомогою аналогово-дифрового перетворювача 21 напруга (6) перетворюється у код числа . и? мое на зва о (8)

Мена пн т я ЖЕ Н -І І де З'я - реальна крутість перетворення аналогово-дифрового (ее) перетворювача вехрдвсня: пото ше 5 За - Номінальна крутість перетворення; с: - відносна зміна о й й Я в КЕ зи та РУ й й "у че А

Ін я ЗАЯЙ ЕЕ о крутісті перетворення у результаті дії зовнішніх дестабілізуючих факторів; З адитивна похибка со аналогово-цифрового перетворювача 21.

Отриманий код числа (8) через загальну шину 24 надходить, по команді з мікропроцесора 22, в оперативний запам'ятовуючий пристрій (що входить до складу мікропроцесора 22). 22 Аналогічним чином виконуються всі три такти вимірювання дії сили Р, на чашечку 8 ватів різних рівноваг.

Ге! У першому такті вимірюється сила Р, яка обумовлена дією наперед обраної рівноваги заданої маси т./. Цю рівновагу 7 розміщують на чашенчці 8 вагів. де В результаті описаного вище процесу перетворення дії сили Р. у напругу ШО; на виході аналогово-дифрового перетворювача 21 з'являється код числа 60 мико0 невреков злих о (9) де б5 тем знизниено вх 010) виш

Після отримання результату вимірювання (9) за допомогою мікропроцесора 22 подається звуковий сигнал про запам'ятання коду числа (9) в оперативній пам'яті мікропроцесора 22 та готовності приладу до виконання наступного такту вимірювання.

У другому такті вимірювання обирають рівновагу з наперед заданою за розміром масою т», причому зжонняй ее соя зе о Де ж с - відомий і нормований за розміром приріст маси. скіни ни Шк. и я і й | | Й

Цю рівновагу розміщують на чашечку 8 ватів. В результаті на чутливий елемент оптичного сенсора 9 буде діяти сила Р».

В результаті вищезгаданого перетворення дії сили Ро» у напругу ШО» на виході аналогово-дифрового перетворювача 21 з'являється код числа й ях нийдане ЕЕ де див се а»

Отриманий результат вимірювання (11) запам'ятовується в оперативній пам'яті мікропроцесора 22.

Вимірювач знову видає звуковий сигнал до виконання наступного такту вимірювання. с

У третьому такті вимірювання формують силу Р'з, пропорційну масі т, досліджуваного продукту. Причом

З х масу ту досліджуваного продукту формують шляхом рівномірного розміщення її на чашечці 8 вагів і додавання (чи віднімання) до тих пір, поки цифровий відліковий пристрій 23 не зафіксує код числа Мо (10). Це має місце при виконанні умови (ее) : (13 яр ун Я іс) нія. (зе)

Після цього вмикають нагрівач-формувач 4 інфрачервоного випромінювання шляхом подачі на перетворювач со "код-струм' 2 дискретного ряду кодів чисел, що були записані у постійному запам'ятовуючому пристрої мікропроцесора 22, які характеризують заданий закон зміни струму на нагрівачі-формувачі 4. За допомогою ї- параболічного дзеркала З потік інфрачервоного випромінювання спрямовується на чашечку 8 з досліджуваним продуктом масою ту.

Процес випаровування вологості з продукту триває до того часу, коли на цифровому відліковому пристрої 23 « два слідуючи один за другим результати вимірювання сили Ру, що обумовлені дією маси т,, відрізняються між собою на заздалегідь відоме мале значення. Наприклад, і-й результат вимірювання маси т,, дорівнює Мз3|;: - м нки нанню ЯМ де -і шежі лю у ; (15) со (95) сл 50 а (їн1)-й результат - Му(н1у: і42) зо сувлье п),

Мних їх Кевін Б о сок 7 стен: ще ЖЖ ( ю мона 6о При чому різниця результатів (16) і (14) не повинна бути більша наперед заданої похибки. Наприклад, більшою за 0.0001, тобто

Отриманий результат Ма3 (16) запам'ятовується в оперативній пам'яті мікропроцесора 22. У четвертому 65 такті здійснюється обчислення дійсного значення вологості згідно з рівнянням числових значень я оосувя 8) ше св зе Моя

НеееН де денне тя: - Ева: ще

Є вит дини що

Кк; чу ях її й ЕВ Я

Тк, 70 Нескладно показати, що обробка результатів проміжних вимірювань за рівнянням числових значень (18) забезпечує автоматичне виключення адитивної і мультиплікативної похибок вимірювання. Для цього підставимо в (18) результати проміжних вимірювань Му (9), М» (11), Ма( 16) і приведемо подібні члени

Кк ше

ЯК. р кання дНЕНЕ: нене Пред и КаХ ення МЕ нан дей М о-о Сб нев КЕН ж ЗНО сан се х хо шко я; ща за за за й пкт щи їе не Тодех Ще же їх но іх я дн В ня сур. В зн дае ве НО ех з В дно зеекя же

Іа сени ЯЕ вт я Кв я М ТЕ де и - маса вимірюваної вологи продукту. ї

Запропоноване технічне рішення термогравіметричного вимірювача вологості продуктів забезпечує автоматичну корекцію похибок вимірювання, обумовлених нестабільністю параметрів функції перетворення оптико-електричного каналу у напругу, які викликані дією зовнішніх дестабілізуючих факторів. На кінцевий сч г результат не впливає також похибка перетворення у код вихідної напруги у кожному такті вимірювання.

Таким чином, запропонована сукупність нових функціональних блоків ті їх зв'язків між собою з відомими (8) блоками забезпечує вирішення технічної задачі створення високоточного вимірювача вологості продуктів.

Claims (1)

1. Формула винаходу со Зо ю Термогравіметричний вимірювач вологості продуктів, що містить ваги та цифровий відліковий пристрій, со мікропроцесор і вимірювальний перетворювач температури, цифрові входи-виходи яких з'єднані між собою через загальну шину, до якої підключений і цифровий вхід перетворювача "код-струм", виходи якого з'єднані з (2,0) 35 нагрівачем-формувачем інфрачервоного потоку випромінювання, що розташований між чашечкою вагів з чн досліджуваним об'єктом і параболічним дзеркалом, що розташоване таким чином, щоб тепловий потік від нього був спрямований на чашечку вагів і нагрівав два послідовно з'єднані між собою терморезистори, об'єднані виводи яких підключені до земляної шини, протилежні виводи терморезисторів з'єднані зі входами вимірювального перетворювача, який відрізняється тим, що містить також обтюраторний диск, синхронний « двигун, світловипромінюючий діод, фотодіод, підсилювач-формувач синхроімпульсів та послідовно розташовані з с на оптичній осі оптично з'єднані між собою генератор оптичного випромінювання, оптичний сенсор сили, фокусуюча лінза і фотоприймач, вихід якого підключений до послідовно з'єднаних між собою підсилювача . . . у". а змінного струму, фільтра верхніх частот, синхронного детектора та аналогово-дифрового перетворювача, виходи якого підключені через загальну шину до мікропроцесора, з яким через цю ж шину з'єднані і входи Керування синхронним двигуном, жорстко з'єднаного з обтюраторним диском, який розташований між -І фокусуючою лінзою та фотоприймачем - з одного боку, і між світловипромінюючим діодом і фотодіодом - з другого боку, причому фотодіод підключений до входів підсилювача-формувача синхроімпульсів, вихід якого бо з'єднаний зі входом керування синхронного детектора, а світловипромінюючий діод підключений до входу одного с з розрядів мікропроцесора.

   1 ІЧ е)

   іме) 60 б5