2.1.3 Методы контроля электрического вида

Мы рассмотрим диэлькометрические влагомеры, ту разновидность приборов электрического вида, которые применяются в данной дисциплине.

Диэлькометрические влагомеры (исключая влагомеры СВЧ) работают в диапазоне частот от десятков килогерц до десятков мегагерц, наиболее распространенным является диапазон от сотен килогерц до 10 ÷ 15 МГц. В указанных диапазонах датчик представляет собой комплексное сопротивление, в котором преобладает реактивная (ёмкостная) или активная составляющая.

Современные влагомеры градуируются эмпирически. Поэтому от измерительных устройств не требуется определения действительных значений  и tg материала. Не следует также предъявлять слишком высокие требования к погрешности измерительного устройства, так как она не является основной составляющей общей погрешности влагомера.

В диэлькометрических влагомерах находят применения:

• резонансные схемы, использующие явление резонанса в колебательном контуре с сосредоточенными постоянными, одним из элементов которого является датчик;

• схемы измерения полного сопротивления без использования явления резонанса: мостовые, дифференциальные и так далее.

У нас резонансные схемы.

Резонансные схемы можно в свою очередь разделить по характеру выходной величины на: контурные и генераторные. У первых выходной величиной является один из параметров колебательного контура (в том числе его резонансная частота).

Рассмотрим один из приборов электрического вида влагомер ЭФ-10У. Электрический влагомер ЭФ-10У предназначен для автоматического измерения и регистрации влажности листовых и сыпучих диэлектрических материалов.

Принцип действия лабораторного диэлькометрического влагомера ЭФ-10У основан на наблюдении частот колебаний измерительного генератора, значения которых определяются диэлектрической проницаемостью исследуемого диэлектрика для сухого и влажного состояния его. Это связано с тем, что частота измерительного генератора зависит от ёмкости измерительного конденсатора, определяемой значением диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Принцип действия ЭФ-10У поясняется структурной схемой, представленной на рисунке 13.

Прибор состоит из: опорного генератора 1, работающего на фиксированной частоте f₁,частота колебаний которого может быть изменена при помощи регулятора частоты 2; измерительного генератора с измерительным конденсатором 3, частота колебаний которого f₂ определяется ёмкостью измерительного конденсатора; счётчика-делителя 4; устройства регулирования масштаба, состоящего из цифро-аналогового преобразователя 5 и регулятора калибровки 6, реверсивного счётчика 7 и индикатора 8.

5

3

4

6

7

1

2

8

Рис. 13. Структурная схема диэлькометрического влагомера.

1 – опорный генератор, 2 – регулятор частоты, 3 – измерительный генератор с измерительным конденсатором, 4 – счётчик-делитель, 5 – цифро-аналоговый преобразователь, 6 – регулятор калибровки, 7 – реверсивный счётчик, 8 – индикатор.

Для сухого состояния материала ёмкость измерительного конденсатора определяется:

, (2.4)

для влажного состояния материала имеем:

, (2.5)

где: – диэлектрическая проницаемость материала датчика,– диэлектрическая проницаемость воды,u – влагосодержание, т – константа для данной геометрии датчика.

Из (2.4) и (2.5) для влагосодержания будем иметь:

. (2.6)

Частота колебаний для «RC» генератора определяется:

(2.7)

где: C – ёмкость измерительного генератора (ёмкость измерительного конденсатора), R – подстроечное сопротивление измерительного генератора.

отсюда окончательно имеем:

(2.8)

где: f_{с ,} f_в – частоты измерительного генератора при измерении сухого и влажного материала соответственно.

Прибор осуществляет измерение влагосодержания, которое рассчитывается по формуле (2.8) в автоматическом режиме. В процессе измерений сигнал с измерительного генератора подаётся на счётчик-делитель с регулируемым коэффициентом пересчёта. Регулировка осуществляется с помощью ЦАП. Это позволяет сформировать временной интервал счёта, пропорциональный – . Регулятором К устанавливается пропорциональность.

Одновременно сигналы с измерительного и опорного генераторов подаются на реверсивный счётчик, выполняющий операцию . Частота опорного генератора при этом соответствует той частоте, которую имел бы измерительный генератор приu = 0.

ЭФ-10У предназначен для эксплуатации в лабораторных и цеховых условиях.

Конструктивно влагомер выполнен в виде прибора переносного типа, состоящего из двух частей: датчика и электронного блока. Конструкция датчика представляет стальной корпус, внутри которого смонтирована плата измерительного генератора, к которому прикреплён измерительный конденсатор. Последний в сою очередь представляет собой две обкладки – пластины фольгированного стеклопластика, разнесённых на некоторое расстояние и покрытые лаком.

Для применения прибора в производственных условиях – контроль влажности лесоматериала, используют датчик аналогичный лабораторному варианту, только измерительный конденсатор выполнен для осуществления режима РНО – одна пластина фольгированного стеклопластика с определенной конструкцией обкладок конденсатора.