CZ305365B6 - Segmental capacitance transducer of particulate material throughput - Google Patents

Abstract

In the present invention, there is disclosed a contactless transducer comprised of parallel-plate capacitor with two plates (1) and (2) with a sufficient space for the passage of a measure material (3) therebetween whereby (3), the active plate consists of an insulation plate (32), on which, there are distributed a plurality, at least two segments (4) and (5) that are of equal size and insulated from each other, The segments (4) and (5) are connected via a corresponding impedance (10) and (11) to an oscillator (22) and at the same time to inputs of individual AC/DC modules (16) and (17), whereby the grounded plate (2) is connected to the oscillator (22) grounding terminal as well as the grounding terminal of the individual AC/DC modules (16) and (17). The AC/DC module (16) and (17) outputs are connected to the individual inputs of an electronic switch (23). The switch (23) output is connected with one input of a differential DC amplifier (24). The other input of said differential DC amplifier (24) is connected to the output of a reference AC/DC converter (29) that is connected with both a reference capacitor (27) and via reference impedance (28) to the oscillator (22). A processor module (26) controls switching of outputs of the individual AC/DC modules (16) and (17) by the switch (23). The obtained voltage differential values of the AC/DC reference module and that of the individual AC/DC modules are individually read out, amplified and after conversion to a number within the A/D converter, stored in the processor module (26) memory. The present invention can be used for monitoring the throughput of various particulate materials in industry and agriculture in case of their transportation through various types of transport routes.

Description

Segmentový kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálůSegmental capacitance transducer of particulate materials

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení pro bezkontaktní měření průchodnosti partikulárních materiálů, které pracuje na principu měření změny kapacit jednotlivých segmentů deskového kondenzátorů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for contactless measurement of the throughput of particulate materials, which operates on the principle of measuring the change in capacities of individual segments of plate capacitors.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Partikulární látky patří k běžně zpracovávaným materiálům v průmyslu i zemědělství. Při jejich zpracovávání je v mnoha případech užitečné znát jejich okamžitou průchodnost. Průchodnost partikulárních látek se nejčastěji zjišťuje při jejich dopravě mezi jednotlivými technologickými uzly strojů, kterými jsou zpracovávány. Za účelem měření průchodnosti partikulárních látek bylo vyvinuto množství systémů, které jsou založeny na různých principech. Některá tato zařízení jsou kontaktní. Nejčastějším principem kontaktních zařízení je vážení, lze ale také sledovat příkon potřebný k dopravě apod. Nevýhodou kontaktních měření je obecně jejich velká citlivost na vnější rušivé vlivy (především vibrace), které lze často jen obtížně odstranit, zvláště pak u mobilních strojů. Z těchto důvodů byly vyvinuty i metody bezkontaktní, např. přerušování světelného paprsku procházejícím materiálem, radiační čidla, čidla laserová, ultrazvuková, elektrická kapacitní tomografie a další. Námi vynalezený segmentový kapacitní snímač průchodnosti je rovněž čidlo bezkontaktní aje pro zjišťování průchodnosti různých druhů partikulárních materiálů dobrou a levnou alternativou.Particular substances belong to commonly processed materials in industry and agriculture. When processing them, it is often useful to know their immediate throughput. The patency of particulate matter is most often determined during their transport between individual technological nodes of machines with which they are processed. In order to measure the patency of particulate matter, a number of systems have been developed which are based on different principles. Some of these devices are contact. The most common principle of contact devices is weighing, but it is also possible to monitor the power required for transport, etc. The disadvantage of contact measurements is generally their high sensitivity to external disturbances (especially vibrations), which are often difficult to remove, especially in mobile machines. For this reason, non-contact methods have been developed, such as interruption of light beam through material, radiation sensors, laser sensors, ultrasonic sensors, electrical capacitance tomography and others. The segment capacitance sensor we invented is also a non-contact sensor and is a good and inexpensive alternative for detecting the throughput of various types of particulate materials.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Podstatou vynálezu je že procházející partikulární materiál mezi deskami kondenzátorů, kde se nachází dostatečný prostor pro jeho průchod, mění vzájemný poměr dielektrických konstant vzduchu a procházejícího materiálu, čímž se mění kapacita kondenzátorů v závislosti na množství materiálu. Aktivní deska je rozdělena na několik od sebe odizolovaných segmentů, které tvoří s uzemněnou deskou několik segmentových kondenzátorů o stejně ploše a kapacitě naprázdno. Zařízení je vybaveno z důvodu teplotní kompenzace referenčním modulem, jehož součástí je referenční kondenzátor o stejné kapacitě jakou má jeden segmentový kondenzátor naprázdno. Porovnáním kapacit segmentových kondenzátorů při průchodu materiálu a kapacity referenčního kondenzátorů je možno zjistit prostorové umístění materiálu mezi deskami, jeho profil a množství. Segmentové kondenzátory jsou zapojeny v jednotlivých děličích s impedancemi a děliče jsou napájeny střídavým napětím z oscilátoru. Za každým děličem je modul AC/DC, který je funkčně uzpůsoben k převodu střídavého signálu na stejnosměrný. Stejnosměrné napětí z těchto modulů je přivedeno na přepínač řízený modulem procesoru. Přepínačem jsou jednotlivá napětí z modulů AC/DC postupně přiváděna na jeden vstup rozdílového zesilovače. Na druhý vstup rozdílového zesilovače je přiveden výstup z referenčního modulu AC/DC. Součástí referenčního modulu je impedance zapojená s referenčním kondenzátorem v děliči napájeným střídavým napětím z oscilátoru a modul AC/DC. Výstupní napětí z rozdílového zesilovače je převedeno na číslo v převodníku A/D a jednotlivá data jsou ukládána do paměti, kteráje součástí modulu procesoru.It is an object of the invention that passing particulate material between the capacitor plates, where there is sufficient space to pass it, changes the ratio of the dielectric constants of the air to the material passing through, thereby changing the capacitance of the capacitors depending on the amount of material. The active board is divided into several insulated segments, which together with a grounded board form several segment capacitors of equal area and no-load capacity. Due to temperature compensation, the device is equipped with a reference module, which includes a reference capacitor of the same capacitance as a single segment capacitor. By comparing the capacitances of the segment capacitors in the passage of the material and the capacitances of the reference capacitors, it is possible to determine the spatial position of the material between the plates, its profile and the quantity. Segment capacitors are connected in individual splitters with impedance and the splitters are powered by AC voltage from the oscillator. Behind each divider is an AC / DC module that is functionally adapted to convert an AC signal to a DC signal. The DC voltage from these modules is applied to a switch controlled by the processor module. With the switch, the individual voltages from the AC / DC modules are gradually fed to one differential amplifier input. The second input of the differential amplifier is output from the AC / DC reference module. The reference module includes an impedance wired to the reference capacitor in the AC powered oscillator and an AC / DC module. The output voltage from the differential amplifier is converted to a number in the A / D converter and the individual data is stored in the memory that is part of the processor module.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí obrázku 1, na kterém je blokové schéma zapojení segmentového kapacitního snímače průchodnosti partikulárních materiálů.The technical solution is explained in more detail with the help of Figure 1, in which there is a block diagram of the segment capacitive sensor of the passage of particulate materials.

-1 CZ 305365 B6-1 CZ 305365 B6

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Snímačem průchodnosti je kondenzátor se dvěma deskami J_ a 2^ mezi kterými je dostatečný prostor pro průchod měřeného materiálu 3, přičemž aktivní deska i je složena z izolační desky 32, na které jsou rozmístněny stejně velké od sebe odizolované vodivé segmenty 4, 5, 6, 7, 8 a 9 tvořící s uzemněnou deskou 2 měřicí kondenzátory. Segmenty jsou připojeny přes impedance JO, 11, 12, 13, 14 a J_5 na oscilátor 22 a zároveň na vstupy modulů 16, 17, 18, 19, 20 a 2J_ AC/DC a uzemněná deska 2 je připojena na zemnicí svorku 31 oscilátoru 22 i jednotlivých modulů 16, 17, 18, 19, 20 a 21 AC/DC. Výstupy z jednotlivých modulů 16, 17, 18, 19, 20 a 24 AC/DC jsou napojeny na jednotlivé vstupy elektronického přepínače 23. Výstup přepínače 23 je spojen s jedním vstupem rozdílového zesilovačem 24 DC, jehož výstup je spojen s převodníkem 25 A/D, který je napojen na modul 26 procesoru. Druhý vstup rozdílového zesilovače 24 je napojen na výstup referenčního modulu 29 AC/DC a jeho vstup je spojen s referenčním kondenzátorem 27, který je přes referenční impedanci 28 připojen na oscilátor 22. Druhý konec referenčního kondenzátorů 27 je spojen se zemnicí svorkou 31. Referenční kondenzátor 27 tvoří spolu s referenční impedancí 28 a referenčním modulem 29 AC/DC referenční obvod 30. Přepínaní jednotlivých výstupů z modulů 16, 17, 18, 19, 20 a 21 AC/DC přepínačem 23 řídí modul 26 procesoru, na který je přepínač 23 připojen. Získané rozdílové hodnoty napětí z referenčního modulu 29 AC/CD a z jednotlivých modulů 16, 17, 18, 19, 20 a 21 AC/DC jsou jednotlivě odečteny, zesíleny v rozdílovém zesilovači 24 a po převedení na číslo v A/D převodníku 25 ukládány do paměti modulu 26 procesoru, jehož je tato paměť součástí. Materiál procházející mezi deskami I a 2 kondenzátorů vyvolá změnu kapacity mezi uzemněnou deskou 2 a odizolovanými vodivými segmenty 4, 5, 6, 7, 8 nebo 9 kondenzátorů, pod kterými se nachází. Tato změna kapacity je měřena jako změna impedance jednotlivých dílčích měřicích kondenzátorů pod odizolovanými vodivými segmenty 4, 5, 6, 7, 8 nebo 9 kondenzátorů. Vyvolaná změna impedance jednotlivých dílčích měřicích kondenzátorů pod odizolovanými vodivými segmenty 4, 5, 6, 7, 8 nebo 9 kondenzátorů pak změní napětí mezi těmito jednotlivými dílčími měřicími kondenzátory a odpovídajícími impedancemi 10, 11, 12, 13, 14 nebo 15, se kterými dílčí měřicí kondenzátory tvoří napěťové děliče. Takto vyvolané změny napětí jsou následně zpracovány moduly 16, 17, 18, 19, 20 a 21 AC/DC a jsou porovnány s napětím referenčního obvodu 30.The continuity sensor is a capacitor with two plates 1 and 2 between which there is sufficient space for the measured material 3 to pass, the active plate 1 being composed of an insulating plate 32 on which equally insulated conductive segments 4, 5, 6 are arranged. 7, 8 and 9, forming 2 measuring capacitors with a grounded plate. The segments are connected via impedances JO, 11, 12, 13, 14 and 15 to the oscillator 22 and at the same time to the inputs of the modules 16, 17, 18, 19, 20 and 21 AC / DC and the grounded board 2 is connected to the ground terminal 31 of the oscillator 22. individual modules 16, 17, 18, 19, 20 and 21 AC / DC. Outputs from individual modules 16, 17, 18, 19, 20 and 24 AC / DC are connected to individual inputs of electronic switch 23. The output of switch 23 is connected to one input of differential amplifier 24 DC, whose output is connected to converter 25 A / D which is connected to the processor module 26. The second input of the differential amplifier 24 is connected to the output of the reference module 29 AC / DC and its input is connected to the reference capacitor 27, which is connected via an impedance 28 to the oscillator 22. The other end of the reference capacitor 27 is connected to ground terminal 31. 27, together with the reference impedance 28 and the reference module 29, the AC / DC reference circuit 30. The switching of the individual outputs from the modules 16, 17, 18, 19, 20 and 21 by the AC / DC switch 23 controls the processor module 26 to which the switch 23 is connected. . The voltage difference values obtained from the reference module 29 AC / CD and the individual modules 16, 17, 18, 19, 20 and 21 AC / DC are individually read, amplified in the differential amplifier 24 and stored in the A / D converter 25 the memory of the processor module 26 of which the memory is part. The material passing between the capacitor plates I and 2 will cause a capacity change between the grounded plate 2 and the stripped conductive segments 4, 5, 6, 7, 8 or 9 of the capacitors underneath. This capacity change is measured as a change in the impedance of the individual capacitor sub-capacitors below the insulated conductive segments 4, 5, 6, 7, 8 or 9 of the capacitors. The induced change in the impedance of the individual sub-capacitors below the stripped conductive segments 4, 5, 6, 7, 8 or 9 of the capacitors then changes the voltage between the individual sub-capacitors and the corresponding impedances of 10, 11, 12, 13, 14 or 15 measuring capacitors are voltage dividers. The voltage variations thus induced are then processed by the AC / DC modules 16, 17, 18, 19, 20 and 21 and are compared to the reference circuit voltage 30.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze využít ke sledování průchodnosti různých druhů partikulárních materiálů v průmyslu a v zemědělství při jejich dopravě různými typy dopravních cest. Informaci o průchodnosti lze využít např. k regulaci chodu technologické linky nebo k regulaci a určování její výkonnosti, ke zjišťování okamžité nebo kumulativní hmotnosti zpracovávaného materiálu, v zemědělství může být dále důležitým zdrojem informací o okamžitém výnosu nebo sklizeném množství za daný časový úsek a následně sloužit i k tvorbě výnosových map.The invention can be used to monitor the throughput of various types of particulate materials in industry and agriculture during their transportation through various types of transport routes. Throughput information can be used, for example, to regulate the operation of a technological line or to regulate and determine its performance, to determine the instantaneous or cumulative weight of processed material, in agriculture it can also be an important source of information on immediate yield or harvested quantity for a given period of time. to create yield maps.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Segmentový kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů, vyznačující se tím, že snímačem průchodnosti je kondenzátor se dvěma deskami (1) a (Segmental capacitive transducer of particulate materials, characterized in that the transducer is a capacitor with two plates (1) and (2). 2), mezi kterými je prostor pro průchod měřeného materiálu (3), přičemž aktivní deska (1) je složena z izolační desky (32), na které je rozmístěna řada, minimálně dvou, stejně velkých od sebe odizolovaných segmentů (4) a (5) a tyto segmenty (4) a (5) jsou připojeny přes odpovídající impedance (10) a (11) na oscilátor (22) a zároveň na vstupy jednotlivých modulů (16) a (17) AC/DC, přičemž2) between which there is a space for passing the measured material (3), the active board (1) being composed of an insulating board (32) on which a row of at least two equally sized segments (4) of equal size are spaced apart (4); 5) and these segments (4) and (5) are connected via corresponding impedances (10) and (11) to the oscillator (22) and simultaneously to the inputs of the individual modules (16) and (17) AC / DC, -2CZ 305365 B6 uzemněná deska (2) je připojena na zemnicí svorku (31) oscilátoru (22) i jednotlivých modulů (16) a (17) AC/DC, přičemž výstupy z modulů (16) a (17) AC/DC jsou napojeny na jednotlivé vstupy elektronického přepínače (23).The grounded circuit board (2) is connected to the ground terminal (31) of the oscillator (22) as well as the individual AC / DC modules (16) and (17), the outputs of the AC / DC modules (16) and (17) being connected to individual inputs of electronic switch (23). 5 2. Segmentový kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstup přepínače (23) je spojen s jedním vstupem rozdílového zesilovačem (24) DC, jehož výstup je spojen s převodníkem (25) A/D, který je napojen na modul procesoru (26) a druhý vstup rozdílového zesilovače (24) je napojen na výstup referenčního převodníku (29) AC/DC a vstup referenčního převodníku (29) AC/DC je spojen s referenčním kon10 denzátorem (27) a ten je přes referenční impedanci (28) připojen na oscilátor (22), přičemž druhý konec referenčního kondenzátorů (27) je spojen se zemnicí svorkou (31).Segmental capacitance sensor of particulate materials according to claim 1, characterized in that the output of the switch (23) is connected to a single input of a differential DC amplifier (24), the output of which is connected to an A / D converter (25). connected to the processor module (26) and the second input of the differential amplifier (24) is connected to the output of the reference AC / DC converter (29) and the input of the reference AC (DC) converter is connected to the reference a reference impedance (28) connected to an oscillator (22), the other end of the reference capacitors (27) being connected to the ground terminal (31). 3. Segmentový kapacitní snímač průchodnosti partikulárních materiálů podle nároku 1, vyznačující se tím, že přepínaní výstupů z jednotlivých modulů (16) a (17) AC/DC pře15 pínačem (23) řídí modul (26) procesoru, na který je přepínač (23) připojen, přičemž získaná data se ukládají v modulu (26) procesoru.Segmental capacitance sensor of particulate materials according to claim 1, characterized in that the switching of the outputs from the individual modules (16) and (17) of the AC / DC via the switch (23) controls the processor module (26) to which the switch (23) is. ), wherein the data obtained is stored in a processor module (26).