SU1357818A1 - Влагомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении влажности пиломатериалов в технологических процес- ,сах деревообработки. Цель - расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерени  средней влажности и ее градиента по толщине и повышение надежности путем исключени  из устройства механических элементов, Влагометр дополнительно содержит второй балластный резистор , два одинаковых каскада на опера- ционньк усилител х с резистором отрицательной обратной св зи и резистором инвертирующих входов, инвертор, фазометр, частотомер, блок обработки и отображени  информации, Цри этом дополнительный средний электрод преобразовател  подключен к неинвертирующему входу одного из усилителей и через балластный резистор соединен с резистором инвертирующего входа того же каскада на операционном усилителе. Выход первого каскада соединен с вторым балластным резистором и .резистором инвертирующего входа второго каскада . Выход второго каскада соединен через инвертор с входом частотомера, балластным резистором и резистором инвертирующего входа первого каскада. Выходы первого и второго каскадов подключены к фазометру, а выходы частотомера и фазометра - к блоку обработки и отображени  информаи;ии, 3 ил. € СО СП оо

Description

13

Изобретение относитс  к измерите-ль ной технике и может быть использовано , например, при измерении влажности пиломатериалов в технологических про- цессах деревообработки.

Цель изобретени  -- расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерени  средней влажности и ее градиента по и повы- шение надежности путем исключени  из устройства механических элементов На фиг, 1 приведена схема предлагаемого влагомера на фиг, 2 - кон- .струкци  преобразовател :, на фиг. 3 схема усилител .

Влагомер состоит из трехэлектрод- ного конденсаторного преобразовател  влажности, образованного электродами 1-3 и подключенного электродом 1 к неинвертирующему входу первого каскада 4 на операционном усилителе . В этом усилителе к инвертирующему входу подключены одинковые резистор 5 инвертирующего входа и резистор 6 отрицательной обратной св зи. Неинвертирующий вход первого каскада через балластный резистор 7 соединен с вторым выводом резистора инвертирующего входа первого каскада 4 на операционном усилителе. Второй каскад 8 вьшолнен аналогично.

К неинвертирующему ВХОДУ присоединен другой крайний электрод 3 преобразовател , который через второй балластный резистор 9 соединен с выходом первого каскада 4 и резистором инвертирующего входа. Выход второго каскада соединен через инвертор 10 с входом частотомера 11 первьм балласт ным резистором 7 и резистором 5 инвертирующего входа. Выходы первого 4 и второго 8 каскадов на операционных усилител х подключены к входу фазометра 12, Выходы частотомера и фаз метра подключены к блоку 13 обработки и отображени  информащ и.

Преобразователь состоит из трех компланарных колец 1-3, закрепленных на диэлектрическом основании 14, и образца 15 древесины. Емкости между электродами 2-1 и 2-3 равны.

Устройство работает следующим образом .

При изменении влажности образца 15 измен ютс  емкости кольцами преобразовател  2-1 и 2-3„ Глубина проникновени  пол  между электродам 2-1 больше глубины проникновени  пол

182

ме7к,цу электродами 2-3, поэтому перва  пара электродов контролирует влажность на большую .

Изменение емкости С, между электродами 2-3 в 1зывает изменение сдвига фазы выходного ка:када на операционном усилителе 8 огносительно его входного сигнала на угол (j ,

Этот сдвиг олр Вделим, рассмотрев работу усилител ,.

Так как усилит гль охвачен отрицательной обратной св зью, разница напр жений меж,ду инвертирующим Uj, и неиннертирз ющим U Е;ходами практически равна нулю,поэтому можно записать

и вх--уо

f ZyiklL

20

откуда

,, . и вх - и вку и - --2

Напр жение U,, С)предел етс  выражением

30

и - iie.J тг - 1 TI

R+. juCi

Так как U U имеем

J

2 1 + JW RCj

и&х.

Упроща , получаем Ugbix l+J RCi) Uexd-juRC).

Дл  коэффи даента передачи каскада имеем

и &ЫХ 1 - j W КСг

К- --- .„ --,--.. «.„, -.

-1 и

SX

1 + j Li) RC,

RiC

I +ui R2C2

2wRC2 +0:2 R2 сг

Модуль коэффициента передачи усилител 

iK 1 .

|( 1+0)2 R2C2)2 (.)2

V

I l2w2 RiCi +afR4j.+4co2 R2 сi (, )

3

Таким образом, усилитель дает ление, равное единице, а фазовый

сдвиг (/ определ етс  выражением

1-

COSL/, --.--.---Ц- (1)

Второй усилитель 4 с датчиком С дает также единичное усиление I К,| 1 и сдвиг фазы 1, .

При включении в схеме возникают автоколебани , так как выполн ютс  услови  самовозбуждени 

МНВ чО

«не

|kg.l IKJ- Ikil- IfC

, + инб

Модуль коэффициента передачи | К инвертора 10 принимаем равным 1,

Фазовый сдвиг инвертора 180°, сумма фазовых сдвигов усилителей 4 и 8 Lf,+ ц 180°.

Частоту генератора определим из услови 

к

л

К;К, 1

Подставл   значени  К и К , имеем

- . 1

t,2 1 + j wRC/ 1 + j uJRCj

Упроща , получим 1 - j cjRCCj,+C)- ,- C - + j(JR()-(., откуда,

w 2 R2 с , С 1

35

40

R4C2

i

R2C4l-sin2jv)

откуда

С

1

djRcos 4f

(6)

Таким образом,по средней емкое- Таким образом, частота автоколеба-45 ™ определ етс  средн   влажность

НИИ

1

,

(2)

древесины, а по приращению емкости ЛС - перепад влажности относительно средней,

В блоке 13 происходит вычисление С и ;iC по уравнени м (5) и (6) и преобразование зтих сигналов в сигнал влажности с последующей их индикацией,

ц + 4 F. Обозначим С С + 4С Обработка может осуществл тьс  как в г лг. ГРГПМ «л жнАгтт, плс ппепе- аналоговом, так и в цифровом виде.

Если С, / С, сдвиги не равны Ч / Ц , но их сумма равна 7Г, т.е.

50

Устройство позвол ет одновременно

iSC (если влажность распределена неравномерно). Тогда первый уси-55 ,„ без переключени  схемы получить инфорлитель даст сдвиг по фазе tc , мацию о средней влажности древесины

перепаде ее по сечению. Это

а второй (f --- дц), причем суммар- . обеспечивает возможности измер ть эти

ньш сдвиг cf + ц остаетс  равным к , Подставл   значение L( --- -JC/B

выражение (1) получаем

cos 7 cos( -йф sin 41

l iJ i5ici .

+ u)2 R2C,

(3)

to

Подставл   (2) в(3), имеем

1 ci

sin;, -:-|§s..:L;:.

1 + Ы-1 + ki

.C, C2

C, . с 1 + Сг

(4)

Подставл   в (4) значение Cj С-4СиС,С+4С, получаем

sin (f

С +/1С-С+ С

с + лС+С- С

дс с

откуда ;:)C, завис щее от градиента влажности, равно

JC C-sin Cf

I

Подставл   в (2) значени  С и

С, получаем

оЯ

1

1

R4C2

i

R2C4l-sin2jv)

откуда

С

1

djRcos 4f

(6)

(2)

50

аботка может осуществл тьс  как в логовом, так и в цифровом виде.

Устройство позвол ет одновременно

переключени  схемы получить инфор

5135

параметры как в лабораторных услови х с неподвижным образцом, так и у движущегос  материала. Последнее необходимо при применении в лини х прочностной сортировки пиломатериалов,, на пакетофорг дарующих машинах, лини х по цроизводству клееных древесных кон- струк1щй,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Влагомер, содержаш 1й преобразователь с диэлектрическим основанием,, на котором расположены высокопотени;иаль ный и низкопотенциальный электроды,, выполненные в виде компланарных концентрических колец, между которыми расположен дополнительный электрод так5 что емкости между дополнител1,ным и каждым из крайних электродов равны в измерительную схему с балластным резистором, подключенным к высоко- потен1 1альному электроду, о т л и - ч.ающийс  тем, что, с целью расширени  функн;иональных возможностей за счет одновременного измерени  средней влажности и ее градиента по

   TojtiiiHHe тломатериала, в него введены второй балластный резистор, два ол,инаковых хаскада на операционных усилител х i: резистором отрицательной обратной св зи и резистором ин- . ве)ти1зую1Н 1х входов, инвертор, фазометр , частотомер, 1лок обработки и отображени  информации, причем дополнительный средний электрод преобразовател  заземлен,, каждый крайний электрод п 1еобразователч подключен к неин- зерти зуюш.ему входу одного из усилителей и через балластный резистор сое- jiHHeii с резистором И вертирующего входа того же каск-1да на операционном усилителе, выхэд первого каскада соединен с вторым балластным резистором и резистором инвертирующего входа второго каскада, нь-код второго каскада соеди} ен через инвертор с входом частотомера, балластным резистором и резистором инвер : ирующего входа первого каскада, в 11ходы первого и второго каскадов подключены к фазометру , а выходы час-тотомера и фазометра подключены к блоку обработки и отображени  информа.ции.

   tpui 1

   Фи2.2

   Составитель В.Немцов Редактор П.Гереши Техред М.Ходанич Корректор И. ска

   I п j „г- - I-I 1-- --. I- Заказ 5991/43 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Прои.-зводственно

   -полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

   Фиг. 3