Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do okreslania skladu materialu za pomoca wysoko- czestotliwosciowego ukladu pomiarowego, zwlasz¬ cza do okreslania wilgotnosci.W celu pomiaru wilgotnosci materialu stosuje sie liczne sposoby i urzadzenia. Jako pomiar bez¬ wzgledny najbardziej znane jest suszenie do chwili uzyskania ustalonego ciezaru. Z wartosciami wilgotnosci okreslonymi tym sposobem porównuje sie wartosci zmierzone pozostalymi metodami.Czesto stosowanym sposobem jest umieszczenie mierzonego materialu w polu elektrycznym kon¬ densatora i okreslenie za pomoca wysokoczestotli- wosciowego ukladu pomiarowego stalych dielek¬ trycznych materialu w funkcji wilgotnosci.Urzadzenia pracujace na tej zasadzie w przy- - padku pomiarów w warunkach przemyslowych wykazuja wiele wad ograniczajacych ich stosc^- walnosc.Przeszkoda w przemyslowym rozpowszechnieniu znanych dotychczas systemów wysokoczestotli- wosciowych jest to, ze bledna jest kompensacja zaleznosci temperaturowej stalej dielektrycznej dla mierzonego materialu. Mianowicie, dla znanych wykonan, systeim elektrod wysokiej czestoitli- 25 wosci i czujnik temperatury podajacy kompen¬ sacje cieplna tworza mechanicznie samodzielne jednostki. Czujnik temperatury podajacy korekcje nie mierzy w tym przypadku temperatury ma¬ terialu przenikanego przez linie sil pola wysokiej 10 15 20 30 2 czestotliwosci. Szczególnie niedokladne sa te ukla¬ dy, w których czujnik temperatury znajduje sie w poblizu scianki pojemnika zawierajacego mie¬ rzony material; W trakcie pomiaru wilgotnosci czujnik tempe¬ ratury, który umieszczony jest w materiale przy¬ legajacym do scianki pojemnika podaje nde efek¬ tywna korekcje temperatury mierzonego materialu, ale wartosc zalezna od temperatury bezposredniego otoczenia pojemnika. W wyniku tego czyjinik tem¬ peratury nie koryguje zaleznosci temperaturowej wlasnosci dielektrycznych materialu mierzonego przez elektrody wysokoczestotli/wosciowe. W prak¬ tyce przemyslowej róznica temperatur moze przez to osiagnac 10—20°C, co wplywa istotnie na ko¬ rekcje.Nastepna wada znanych dotychczas systemów wysokoczestotliwosciowych jest umieszczanie ze¬ spolu elektrod czujnika i wysokoczestotliwoscio¬ wego ukladu przetwarzajacego sygnal pochodzacy bezposrednio z tego czujnika w oddzielnych obu¬ dowach. System doprowadzen laczacych wysoko- czestotliwosciowy uklad przetwarzania sygnalu z czujnikiem zmienia swoje wlasnosci wysokbcze- stotliiwosciowe pod wplywem mechanicznych i cieplnych oddzialywan wystepujacych w trud¬ nych warunkach przemyslowych, a ponadto tlumi uzyteczny sygnal otrzymywany z czujnika, co po¬ ciaga za soba koniecznosc stosowania ukladów przetwarzania sygnalu wiekszej czulosci, 109 785109 785 [Zmiana wspólczynnika wypelnienia — masa ma¬ terialu przypadajaca na jednostke objejtosci — mimo jednakowej wilgotnosci wystepuje jako ko¬ lejne zródlo bledu w dotychczas znanych syste¬ mach pomiarowych. Przy pomiarach przemyslo- 5 wych czesto stawianym zadaniem jest koniecz¬ nosc okreslenia wilgotnosci materialu wystepuja¬ cego w róznych ilosciach i podawanego za pomoca przenosnika tasmowego do magazynu.Pojedyncze próbkowanie stosowane w systemach w znanych dotychczas nie stwarza mozliwosci uwzgledniania zmian spowodowanych wahaniami wartosci wspólczynnika wypelnienia. Niedoklad¬ nosc ta w praktyce przemyslowej moze powodowac blad pomiaru siegajacy 0,2—0,8P/c|. w Kolejna wada systemów pomiarowych stosowa¬ nych^ dotychczas — w wyniku czego ograniczona jest ich stosowalnosc przemyslowa — jest to, ze* ze wzrostem ^wilgotnosci maleje czulosc w; wiekszym zakresie pomiarowym wilgotnosci. 20 W wyniku tego ^ad sygnalu zwiazanego z wilgot¬ noscia i stosowanego do sterowania jest nieliniowy i w przypadku automatycznego procesu przemyslo¬ wego, nie zapewnia to jednakowej zadanej do¬ kladnosci w calym zakresie pomiarowym. 25 Przy automatyzacji procesu przemyslowego sto¬ sowalnosc uzywanych dotychczas wysokoczestotld- wosciowych systemów pomiarowych jest ograni¬ czona tym, ze blad powodowany przez niesta¬ bilnosc ukladów i przez dryf poziomu zera moze 30 zostac skompensowany tylko. reczntie, przez mani¬ pulowanie poziomem zera zespolu nastawnego^ Dlatego wymagana jest stale biezaca i bezposred¬ nia kontrola systemu pomiarowego i jego fachowa obsluga. 35 Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia do okreslania skladu materialu pozbawionego wad dotychczas znanych rozwiazan w szczególnosci za¬ pewniajacego automatyczne korygowanie bledów wynikajacych z zaklócen, nadajacego sie do wy- 4D korzystania w trudnych warunkach.Cel wynalazku osiagniety zostal przez to, ze czujnik stalej dielektrycznej, czujnik temperatury i wysokociestotliwosciowy uklad przetwarzania sygnalu tworza mechanicznie pojedyncza jednostke, 45 przy czym czujnik temperatury okresla tempera¬ ture badanego materialu, wyjscie wysokoczesto¬ tliwosciowego ukladu przetwarzania sygnalu jest polaczenie z wejsciem ukladiu linearyzujacego, wyjscie ukladu linearyzujacego jest dolaczone do 50 wejscia ukladu próbkujacego, a wyjscie ukladu próbkujacego jeist ipoiaczone z wejsciem ukladu obróbki sygnalu, podczas gdy jedno wejscie ukladu obróbki sygnalu jest polaczone ze wskaznikiem,, a drugie wejscie tego ukladu z drugim wejsciem 55 ukladu próbkujacego.Wysokoczestotliwosciowy uklad przetwarzania sygnalu jest polaczony z czujnikiem stanu wy- pelnienlia, który to czujnik tworzy mechanicznie pojedyntaza jednostke razem z czujnikiem stalej 60 dielektrycznej, czujnikiem temperatury i wysoko- czestotliwosciowym ukladem przetwarzania sy¬ gnalu. lUklad linearyzujacy obejmuje korzystnie czlony liniowe i kwadratowe, 65 Trzelcie /wyjscie ukladu obróbki sygnalu jest polaczone z wejsciem stabilizatora poziomu zera., którego wyjscie jest polaczone z wejsciem czuj¬ nika stalej dielektrycznej, przy czym stabilizator poziomu zera periodycznie koryguje poziom zera urzadzenia i zapamietuje w przerwach miedzy korekcjami wartosc napiecia potrzebna do prze¬ prowadzenia korekcji.Czujnik i wysokoczestotliwosciowy uklad prze¬ twarzania sygnalu jest wbudowany jako mecha¬ nicznie pojedyncza jednostka w pojemniku mierzo¬ nego materialu w taki sposób, ze mierzony ma¬ terial otacza ja, dzieki czemu mierzone parametry odnosza sie zawsze do tego samego materialu.W wyniku wspólnego uwzglednienia okreslanych jednoczesnie stalej dielektrycznej materialu i wy¬ stepujacych jako parametry zaklócajace zmdan temperatury i wspólczynnnika wypelnienia, wzglednie przez odpowiednia kompensacje para¬ metrów zaklócajacych, osiaga sie zadana doklad¬ nosc pomiaru.Zbudowanie wysokoczestotliwosciowego ukladu przetwarzania sygnalu i systemu czujników jako konstrukcji bezposrednio wspólnej, jak równiez Wykonanie ukladów linearyzujacych i stabilizuja¬ cych poziom zera zapewnia pewna prace i doklad¬ nosc pomdafu równiez w warunkach przemyslo¬ wych.Przedmiot wynalazku jest zilustrowany przykla¬ dem wykonania na rysunku,, na którym fig. 1 przedistawlia ogólny schemat blokowy ukladu wedlug wynalazku, a fig 2 — szczególowy schemat blokowy ukladu wedlug wynalazku.Wedlug fig. 1 system czujników 3 i tworzacy z nim mechanicznie jedna jednostke wysokoczesto¬ tliwosciowy uklad 4 przetwarzajacy sygnal sa wbudowane w pojemnik 1. Uklad jest otoczony przez mierzony material 2 'wplywajacy do pojem¬ nika 1 przy stanie wypelnienia h. Sygnaly wyjscio¬ we wysokoczestotliwosciowego ukladu 4 przetwa¬ rzajacego sygnal sa doprowadzone do ukladu obróbki sygnalu 5. Sygnal uzyskany przez specjal¬ nie skonstruowane elektrody systemu czujników 3 mierzacego parametry dielekryczne i temperature tego samego materialu jest doprowadzony do wejscia wysokoczestotliwosciowego ukladiu 4 prze¬ twarzajacego sygnal i tworzacego z systemem czujników jedna jednostke.System czujników wykonany w ten sposób mozna jeszcze uzupelnic jedna elektroda,, która pokazuje stan wypelnienia materialem wprowa¬ dzanym do pojemnika i która wytwarza sygnal sterujacy do zatrzymywania procesu napelniania.Dzieki temu mozna uniknac okreslania masy mie¬ rzonego materialu, trudnego do zrealizowania w warunkach przemysloiwych.Blad powodowany przez zmienny wspólczynnik wypelnienia wprowadzanego materialu daje sie wyeliminowac, jesli podczas pomiaru stosuje sie próbkowanie i wartosc zawisze najwyzsza sposród wartosci posrednich jest zapamietywana do chwili odczytu wyniku pomiaru. Podczas pomiaru naj¬ wyzsza wartosc pojawia sie na jednostce wskaz¬ nikowej 6 ukladu obróbki sygnalu 5, wzglednie,109 785 6 przy dozowaniu wody, wartosc ta okresla ilosc wody konieczna do nawitlzenia.Sygnal wyjsciowy wysokoczestoitliwosciowego ukladu 4 przetwarzajacego sygnal — który nie jest juz wrazliwy na wplywy otoczenia — jest 5 doprowadzany do wejscia ukladu 5 obró;:ki sygnalu. Zawiera on wartosci charakterystyczne dla stalej dielektrycznej mierzonego materialu, dla jego temperatury, zmiany wspólczynnika wypel¬ nienia jak równiez masy mierzonego materialu. 1U Po korekcjach przeprowadzanych z uwzglednie¬ niem wszystkich /tych /wartosci na wskazniku 6 ukladu 5 obróbki sygnalu pojawia sie prawidlowa wartosc wilgotnoscL Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku jest 15 opasane dokladniej na podstawie fiig. 2. W srodku....... pojemnika 1 zawierajacego material mierzony znajduja sie czujnik stalej dielektrycznej 7, czuj¬ nik temperatury 8, czujnik stanu wypelnienia 9 i wysokoczestotliwosciowy uklad 4 przetwarzaj acy; 20 sygnal, które tworza razeim jedna jednostke.Dzieki takiej konstrukcji jest dokonywana korekcja odpowiadajaca temperaturze materialu mierzonego przez czujnik stalej dielektrycznej. Czujnik stanu wypelnienia 9 reguluje w tym przypadku jedna- 25 kowa wysokosc zapelnienia, dzieki czemu wyeli¬ minowane jest okreslanie masy, które w warun¬ kach przemyslowych jest trudne do realizacji.Bezposrednie przylaczenie wysokoczestotliwoscio¬ wego ukladu 4 przetwarzajacego sygnal pozwala 30 na calkowite wyeliminowanie podatnosci na za¬ klócenia, niestabilnosci i spadku czulosci, które sa powodowane przez przylaczane przewody. Syg¬ nal wyjsciowy wysokoczestotliwosciowego ukladu 4 przetwarzajacego sygnal mozna wyprowadzic 35 w dowolnej odleglosci bez zadnych problemów.Wyjscie wysokoczestotliwosciowego ukladu 4 prze¬ twarzajacego sygnal jest przylaczone do ukladu linearyzujacego 10.Uklad linearyzujacy 10 linearyzuje wartosci 40 sygnalu wyjsciowego wysokoczestotliwosciowego ukladu 4 przetwarzajacego sygnal za pomoca do¬ dawania wartosci proporcjonalnej do sygnalu wejsciowego i do kwadratu sygnalu wejsciowego.Zmiany charakterystyki zalezne od mierzonego 45 materialu lub od zakresu pomiaru moga byc kom¬ pensowane za pomoca regulacji stosunku sklado¬ wej liniowej i kwadratbwej. Pozwala to na dobre dopasowanie korekcji przy róznych zadaniach po¬ miarowych pojawiajacych sie w praktyce prze¬ myslowej. W wyniku tego jest zapewniona prawie liniowa charakterystyka, jak równiez zagwaran¬ towane sa zwiazane z nia w calym zakresie po¬ miarowym — jednakowa czulosc i dokladnosc po¬ miaru i sterowania.Wyjscie ukladu linearyzujacego 10 polaczone jest z wejsciem ukladu próbkujacego 11, którego wyjscie jest polaczone z ukladem obróbki sygnalu 5. Wspólczynnik wypelniemia pojemnika 1 mierzo¬ nym materialem zmienia sie statystycznie w ko¬ lejno po sobie nastepujacych fazach napelniania i oprózniania. Uklad próbkujacy 11 i uklad 5 obróbki sygnalu likwiduja zmiany wspólczynnika, wypelnienia, przy czym uklad 5 obróbki sygnalu zapamietuje najwyzszy wynik pomiaru, który od- c5 50 55 60 powiada najwyzszemu/wspóltez^ynnilkoiwii wypelnienia wstepujacemu podczas okresu pomiaru* Ten spo¬ sób pozwala na znaczne zmniejszenie bledów wy¬ stepujacych w nastepstwie zmian wspólczynnika wypelnienia, dzieki czemu zapewniona jest doklad¬ nosc pomiaru konieczna w praktyce przemyslo¬ wej. Wejscie wskaznika 6 przylaczone jest do ukladu obróbki sygnalu 5. Wskazuje on skorygo¬ wana wartosc uwzgledniajac tem|perature, linio¬ wosc, niezmiennosc masy i wspólczynnik wypel¬ nienia.Blad powodowany przez niestabilnosci ukladów i dryfu poziomu zera jest usuwany za pomoca stabilizatora zera 12. Wejscie, stabilizatora zera 12 jest przylaczone do innego wyjscia ukladu 5 .obróbki. sygnalu i pod dzialaniem jego sygnalu sterujacego podaje periodycznie na wejscie czuj¬ nika 7 stalejj dielektrycznej sygnal sterujacy, w wyniku czego korygowany jest poziom zera systemu. Stabilizator poziomu zera 12 zapamietuje wartosc napiecia „konieczna do korekty do chwili nadejscia nastepnego sygnalu sterujacego.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do okreslania skladu materialu za pomoca wysokoczejstotliwosciwego ukladu po¬ miarowego zwlaszcza do okreslania wilgotnosci, obejmujace pojemnik wypelniony mierzonym ma¬ terialem z usytuowanymi w nim czujnikiem stalej dielektrycznej, czujnikiem temperatury i wysoko- czestotliwosciowym ukladem przetwarzania syg¬ nalu, znamienny tym, ze czujnik (7) stalej dielek¬ trycznej, czujnik (8) item|peratury i wysoJooczesto- tliwosciowy uklad (4) przetwarzania sygnalu tworza mechanicznie pojedyncza jednostke, przy czym czujnik (£) temperatury okresla temperature badanego materialu, wyjscie wyspkoczestoitliiwo- sciowego ukladu (4) przetwarzania sygnalu jest polaczone z wejsciem ukladu linearyzujacego (10), wejscie ukladu lineairyzujajcego (10) jest dolaiczone do wejscia ukladu próbkujacego (11)/ a wyjscie ukladu próbkujacego (11) jest polaczone z wejs¬ ciem ukladu (5) obróbki sygnalu-, podczas gdy jedinp wyjscie ukladu (5) obróbki sygnalu jest po¬ laczone ze wskaznikiem (6), drugie wyjscie tego ukladu (5) z drugim wejsciem ukladu próbkuja¬ cego (11). 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne, tym, ze wysokoczestotliwosciowy uklad (4) przetwarza¬ nia sygnalu jest polaczony z czujnikiem (9) stanu wypelnienia, który to czujnik tworzy mechanicznie pojedyncza jednostke razem z czujnikiem (7) (stalej dielektrycznej czujnikiem (8) tejmpelratury i wy- sokoczestotliwosciowym ukladem (4) przetwarzania sygnalu. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze uklad linearyzujacy (10) obejmuje czlony linio¬ we i kwadratowe. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, ze trzecie wyjscie ukladu (5) obróbki sygnalu jest polaczone z wejsciem stabili¬ zatora (12) poziomu zec& którego wyjscie jest po¬ laczone z wejsciem iczj|p$ka (7) stalej dieHekitrycz- nej, przy czym stabilizator (12) poziomu zera perig.109 785 7 8 dycznie koryguje poziom zera urzadzenia i zapa- tosc napiecia patrzebna do przeprowadzenia ko- mietuje w przerwach pomiedzy korekcjami war- rekcji.FigA Fig. 2 LZGraf. 2-d Nr 2 — 728/81 HS egz. A4 Cena 45 zl PL